Brevet FR2802641A1 — publié le 20010622

L'invention concerne un appareil et un procédé permettant d'obtenir, des échantillons de gaz à des tempéra tures élevées. L'obtention d'échantillons de gaz à des températures élevées peut être utile pour contrôler des opérations chimiques, des compositions en phase gazeuse, etc. Une utilisation possible du procédé et de l'appareil de l'invention est l'analyse de gaz qui provoquent des soufflures dans les produits élastomères. . La composition d'un gaz qui provoque une soufflure dans un produit élastomère peut donner des indications sur la source du gaz. Connaissant la composition des gaz contenus dans la soufflure, le spécialiste peut être capable d'identifier leur source et de supprimer la formation de soufflures. Les soufflures se forment habituellement lorsqu'un produit élastomère est chauffé, par exemple dans un traite ment de cuisson. Si l'on ne prélève pas un échantillon du gaz de la soufflure dans les quelques minutes qui suivent sa formation, le refroidissement de l'article élastomère peut entraîner d'importantes variations de la composition du gaz par des effets de condensation, d'absorption, de déperdition et éventuellement des réactions chimiques. I1 n'est ni pratique, ni économique, d'installer des appareillages d'analyse tel que spectromètres de masse, chromatographes à gaz, etc., dans l'atelier de fabrication, en sorte qu'un technicien puisse prélever un échantillon de gaz d'un produit élastomère immédiatement après son dégagement d'un moule, et injecter le gaz directement dans l'appareil d'analyse de gaz. Par conséquent, l'échantillon de gaz doit être prélevé, emmené hors de l'atelier, puis soumis à l'analyse. Si on laisse le gaz refroidir pendant qu'il est transporté de l'atelier au laboratoire, on peut facilement perdre les informations relatives à sa composition, dont l'analyste a besoin pour résoudre le problème de formation des soufflures. Un but de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil par lesquels un échantillon de gaz puisse être maintenu sensiblement dans le même état, y compris avec la même composition et la même température, que celui où il était à l'instant de son prélèvement. D'autres buts de l'invention ressortiront de la description qui suit. Un appareil pour le prélèvement d'échantillons de gaz à des températures élevées comprend (a) une seringue étanche aux gaz comprenant un corps ayant un intérieur et un extérieur, un piston disposé à l'intérieur du corps et s'étendant à partir d'une première extrémité de celui-ci, (b) une aiguille creuse fixée à une seconde extrémité du corps, l'aiguille creuse communiquant avec l'intérieur du corps, (c) un moyen d'isolement thermique entourant le corps de la seringue et (d) un bloc chauffant conçu pour recevoir la seringue, le bloc chauffant étant entouré d'un moyen d'isolement. Dans la forme de réalisation représentée, le moyen d'isolement thermique comporte des éléments chauffants qui sont utilisés pour chauffer le corps de la seringue. Le moyen d'isolement est également utilisé pour chauffer le bloc chauffant. Un procédé selon l'invention, pour l'obtention d'échantillons de gaz à des températures élevées, comprend les étapes suivantes : (a) préchauffer une seringue étanche aux gaz, la seringue comprenant un corps à l'intérieur duquel est disposé un piston s'étendant à partir d'une première extrémité de celui-ci, et une aiguille creuse en communication avec l'intérieur du corps et fixée à la seconde extrémité de celui-ci, à une température comprise dans un intervalle de 10 C par rapport à la température prévue d'un échantillon, (b) introduire l'aiguille dans les gaz qui doivent être prélevés et analysés, (c) reculer le piston dans le corps sur une distance déterminée pour obtenir un échantillon de gaz d'une taille spécifiée, et (d) retirer l'aiguille des gaz. Dans la forme de réalisation représentée, le procédé comprend l'étape supplémentaire consistant à placer une seringue contenant un échantillon dans un bloc chauffant afin de maintenir la température de l'échantillon. De plus, le procédé peut comprendre les étapes supplémentaires consistant à (e) préchauffer la seringue et l'échantillon à une température sensiblement équivalente à la température à laquelle l'échantillon a été prélevé, et (f) analyser l'échantillon. Dans une forme de réalisation particulière, le procédé est utilisé pour prélever un échantillon de gaz provoquant une soufflure pendant la cuisson d'un pneuma tique, et l'étape (b) d'introduction de l'aiguille dans les gaz à analyser comprend l'étape supplémentaire consistant à faire pénétrer l'aiguille dans la soufflure, et l'étape supplémentaire consistant à délivrer une quantité spécifique des gaz prélevés de la seringue dans un appareil d'analyse choisi parmi un chromatographe à gaz, un spectromètre de masse, un analyseur à infrarouge (IR), un analyseur de gaz, et leurs combinaisons. L'invention est davantage expliquée dans la descrip tion suivante en regard des dessins annexés sur lesquels La Figure 1 illustre une forme de réalisation de l'invention dans laquelle l'appareil comprend une seringue isolée et un bloc isolé. La Figure 2 illustre une seconde forme de réalisa tion comprenant une seringue constituée d'un seul matériau, et un bloc chauffant capable de recevoir et retenir toute la seringue. La Figure 3 illustre la manière dont on peut utiliser une seringue dans le procédé de l'invention pour obtenir un échantillon de gaz. Dans la forme de réalisation représentée de l'inven tion, on décrit la manière dont un dispositif portatif peut être utilisé pour prélever des échantillons de gaz à partir d'une soufflure dans un produit élastomère, tandis que le produit est encore chaud. D'autres utilisations seront évidentes pour l'homme de l'art. Par référence à la Figure 1, l'appareil 10 de l'invention comprend une seringue 15 comportant une aiguille 20, et un bloc métallique 1 2 percé d'un trou 1 6 pour recevoir l'aiguille 20. Le bloc 12 est de préférence constitué un matériau conducteur de la chaleur et, dans la forme de réalisation représentée, le bloc 12 est en aluminium. Le bloc 12 est enveloppé d'une bande chauffante 14 qui non seulement isole le bloc, mais contient des fils chauffants qui peuvent être utilisés pour maintenir le bloc à une température élevée. La seringue 15 comprend l'aiguille 20, le support d'aiguille 22 qui raccorde l'aiguille 20 au corps 26, et un piston 30 qui s'ajuste étroitement à l'intérieur du corps 26. Le piston 30 comporte un bouton de prise 32 qui peut être utilisé pour exercer une force lorsque le piston 30 est enfoncé ou reculé dans le corps 26. La seringue comporte un robinet 24 qui peut être utilisé pour fermer ou ouvrir un passage de communication entre le corps 26 et l'aiguille 20. La seringue 15 est également enveloppée d'une bande isolante 28 qui isole le corps 26 et contient des fils chauffants pouvant être utilisés pour maintenir le corps 26 à une température élevée. Dans la forme de réalisation représentée la seringue 15 comprend un corps en verre 26, un robinet en matière plastique 24, qui peut être constitué de polypropylène, poly(chlorure de vinyle), Teflon ou nylon, par exemple, et un support d'aiguille métallique 22. En utilisant cette forme de réalisation, on a constaté que les différents matériaux utilisés dans la fabrication de la seringue 15 se dilatent à des degrés différents et que les degrés de dilatation différents peuvent provoquer des fuites. Par conséquent, bien que cette forme de réalisation soit utile dans l'invention, l'intervalle de températures dans lequel on peut l'utiliser est limité. On a constaté expérimen talement que de bons résultats sont obtenus jusqu'à 90 C pour des échantillons qui sont prélevés en utilisant la seringue 15. Par référence aux figures 2 et 2a, selon une seconde forme de réalisation de l'invention, un appareil 10a comprend un bloc métallique 12a qui est usiné de manière à présenter des cavités 36 pouvant servir à recevoir une seringue 15a jusqu'à son collier 38. Le bloc 12a est enveloppé d'une bande isolante 14a contenant des fils chauffants pouvant être utilisés pour maintenir le bloc 12a à une température élevée. Un thermostat 34 est inclus dans la bande 14a et peut être utilisé pour régler la température du bloc 12a. Le bloc 12a est également de préférence en aluminium. D'autres matériaux qui peuvent être utilisés pour fabriquer le bloc 12, 12a comprennent l'acier de ,toute nuance, le cuivre ou le laiton. La seringue 15a comporte une aiguille 20, un robinet 24a qui s'emboîte dans la cavité 36, un corps 26a et un piston 30a. Toutes les parties de la seringue 15a, y compris le collier 38 et le bouton de prise 32a, et à l'exception de l'aiguille 20, sont constituées du même matériau. Étant donné que tous les éléments de la seringue 15a sont cons titués du même matériau, le coefficient de dilatation de toutes les parties de la seringue est le même, et toutes les parties de la seringue se dilatent ou se contractent au même degré lorsque la seringue est chauffée. La seringue 15a peut être constituée tout matériau approprié qui possède des propriétés de dilatation conve nable et soit suffisamment résistant à la chaleur pour l'usage prévu. Des exemples de ces matériaux sont le nylon, le polyéthylène, le polypropylène, le poly(chlorure de vinyle), les polyaryléthercétones et les polymères fluorés. Dans la forme de réalisation représentée, la seringue 15a est constituée de polypropylène. Le polypropylène présente un haut degré d'inertie envers les substances organiques réactives, et son faible coût permet de jeter la seringue après une seule utili sation, ce qui supprime le risque de contamination entre échantillons successifs. Des essais conduits à des tempéra tures de la seringue de 115 C pour des mélanges air/eau ayant des humidités relatives de 10-90 % à 21 C indiquent que l'humidité n'est pas absorbée à la surface de la seringue. Des essais effectués dans ces conditions indiquent également qu'il ne se produit pas de lixiviation de plastifiant. Dans la forme de réalisation représentée, l'aiguille métallique est fixée définitivement à l'adaptateur à embout Luer situé sur la seringue par une résine époxy thermo- durcie. Dans l'utilisation la seringue 15a, on a constaté que le corps 26a peut se déformer légèrement tandis que le piston 30a est enfoncé et reculé dans le corps 26a et, par conséquent, un ajustement très serré présentant un joint très hermétique peut être réalisé entre le corps 26a et le piston 30a. Le polypropylène se ramollit à 140 C et peut être utilisé sans risque jusqu'à une température d'environ 130 C. Par référence à la Figure 3, le procédé de l'invention est illustré dans sa mise en oeuvre pour l'obtention d'un échantillon de gaz de soufflure à partir d'un pneumatique élastomère 42. Dans le procédé de l'inven tion, un analyste de laboratoire vérifie la température d'un article élastomère et ajuste la température du bloc chauffant 12, 12a à une valeur supérieure ou égale à la température maximale de l'article. Dans la forme de réalisation représentée, lorsque la température du bloc chauffant 12, 12a se stabilise, l'analyse de laboratoire 40 retire une seringue préchauffée 15, 15a du bloc chauffant 12, 12a où elle repose, de préfé rence avec le robinet 24, 24a ouvert, et ferme le robinet 24, 24a, et utilise l'aiguille 20 de la seringue 15, 15a pour la faire pénétrer dans une soufflure 44, ouvre le robinet 24, 24a et, en saisissant le bouton de prise 32, 32a et en tirant le piston 30, 30a, crée un vide dans le corps 26a, ce qui fait entrer le gaz de soufflure dans le corps 26a par le robinet 24, 24a ouvert. Après que l'échantillon a été aspiré dans la seringue 15, 15a, l'analyste 40 ferme le robinet 24, 24a pour emprisonner les gaz à l'intérieur du corps 26, 26a. L'analyste place ensuite la seringue 15, 15a dans le bloc chauffant 12, 12a. Lorsqu'on utilise la seringue 15a, celle-ci est placée dans l'une des cavités 36 du bloc chauffant 12a, et la seringue est introduite dans la cavité 36 jusqu'au collier 38 de la seringue. La seringue 15, 15a peut rester dans le bloc chauffant 12, 12a pratiquement à la même température que celle à laquelle l'échantillon a été prélevé, jusqu'à ce que l'analyste puisse soumettre l'échantillon de gaz à l'analyse. L'invention est davantage expliquée en référence à l'exemple suivant. EXEMPLE Dans cet exemple, la technique de prélèvement d'échantillon de l'invention est comparée à une technique de prélèvement d'échantillon de l'art antérieur. Le Tableau 1 montre les résultats d'échantillons examinés en utilisant l'appareil de l'invention, compara tivement à la technique de l'art antérieur consistant à chauffer une seringue dans un four et à la transporter à un chromatographe à gaz (CG). TABLEAU 1 Prélèvement d'échantillons de vapeur d'hexane saturée à 50, 0 C Technique de prélèvement Concentration mesurée % de réel d'échantillon m/m % Four classique 50,5 95 30 s de transport au CG 53,3 100 60 s de transport au CG 78,9 148 Présente technique a 52,3 98 b 58,0 109 c 53,3 100 d 54,8 103 e 57,4 108 moyenne . 103 Les résultats montrent qu'en utilisant le procédé de l'invention, il existe une différence de 11 % entre cinq échantillons, tandis qu'en utilisant les techniques de l'art antérieur, il existe une différence de 53 % entre quatre échantillons qui sont manipulés pendant différentes périodes de temps. Il est à noter que, pour les échantillons de l'invention, il n'y a qu'un petit délai entre l'enlèvement de la seringue d'un bloc chauffant et l'injection d'un échantillon dans l'appareil d'analyse. Le Tableau 2 illustre les changements de composition occasionnés en laissant refroidir l'échantillon. TABLEAU 2 Prélèvement d'échantillons de soufflures de pneumatiques chauds Soufflure 1 Soufflure 2 Chaud Froid Chaud Froid Air 95,0 $ 99,2 $ 93,0 % 99,2 Composant 1 5,0 % 0,80 ô 5,0 $ 0,70 Composant 2 2,0 $ 0,1 % Le Tableau 2 montre que, lorsqu'on maintient la température du gaz (analyse à chaud), on détecte une moindre quantité d'air et davantage de composant du gaz de soufflure que lorsqu'on laisse l'échantillon refroidir. Dans les deux soufflures examinées, le pourcentage d'air augmente et le pourcentage de composants autres que l'air diminue de plus de 20 a dans chaque cas. Bien que la présente invention ait été décrite et illustrée en considérant des formes de réalisation particu lières, il doit être évident pour l'homme de l'art que diverses variantes et modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil pour prélever des échantillons de gaz à des températures élevées, comprenant (a) une seringue étanche aux gaz (15; 15a) compre nant un corps (26; 26a) ayant un intérieur et un extérieur, un piston (30f 30a) disposé à l'intérieur dudit corps et s'étendant à partir d'une première extrémité de celui-ci, (b) une aiguille creuse (20) fixée à une seconde extrémité dudit corps, ladite aiguille creuse communiquant avec l'intérieur dudit corps, caractérisé en ce que (c) un moyen d'isolement thermique (28) entoure le corps de ladite seringue; et (d) un bloc chauffant (12; 12a) est conçu pour recevoir ladite seringue, et ledit bloc chauffant est entouré d'un moyen d'isolement (14; 14a). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen d'isolement thermique comporte des éléments chauffants qui sont utilisés pour chauffer le corps de ladite seringue et ledit bloc chauffant. 3. Procédé pour prélever des échantillons de gaz à des températures élevées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à (a) préchauffer une seringue étanche aux gaz, ladite seringue comprenant un corps, un piston disposé à l'inté rieur dudit corps et s'étendant à partir d'une première extrémité de celui-ci, et une aiguille creuse en communi cation avec l'intérieur dudit corps et fixée à la seconde extrémité de celui-ci, à une température comprise dans un intervalle de 10 C par rapport à la température prévue d'un échantillon, (b) introduire l'aiguille dans les gaz qui doivent être prélevés et analysés, (c) reculer le piston dans ledit corps sur une distance déterminée pour obtenir un échantillon de gaz d'une taille spécifiée, et (d) retirer ladite aiguille desdits gaz. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend de plus les étapes consistant à (e) placer une seringue contenant un échantillon dans un bloc chauffant pour maintenir la température dudit échantillon en vue d'une analyse, (f) préchauffer ladite seringue et ledit échantillon à une température sensiblement équivalente à la température à laquelle l'échantillon a été prélevé, et (g) analyser ledit échantillon.