Brevet FR3029828A1 — publié le 20160617

COMPOSITION POLYMERIQUE DE COULEUR NOIRE ADAPTEE A LA SOUDURE LASER 10 DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne une composition polymérique de couleur noire adaptée à la soudure laser, et plus particulièrement présentant des propriétés de transparence au rayonnement laser. L'invention concerne également des pièces fabriquées à partir de cette composition, telles que des 15 pièces de circuit de transport de fluide (notamment dans le domaine automobile). ARRIERE-PLAN TECHNIQUE Il existe diverses méthodes permettant de souder des éléments en 20 matière thermoplastique. Ainsi, il est connu d'utiliser des lames chauffantes avec ou sans contact, d'appliquer des ultrasons, d'appliquer des vibrations ou encore de procéder par rotation d'un élément à souder contre l'autre. Toutes ces méthodes engendrent des problèmes pratiques, par exemple l'apparition de bavures (dans le cas de la soudure par rotation) ou encore la génération d'une 25 poudre d'abrasion. La technique de soudure laser constitue une méthode d'assemblage alternative particulièrement avantageuse. Elle permet notamment une bonne tenue axiale et une bonne étanchéité, elle est résistante aux attaques chimiques et elle offre une grande flexibilité en termes de formes de pièces 30 soudées. La soudure laser nécessite que les deux éléments à souder présentent des propriétés différentes vis-à-vis du rayonnement laser : l'un des éléments doit être transparent au rayonnement laser, et l'autre doit absorber le rayonnement laser. Le rayonnement laser traverse ainsi l'élément transparent 35 puis atteint l'élément absorbant, où il est converti en chaleur. Cela permet de faire fondre la zone de contact entre les deux éléments et donc de réaliser la soudure. 302 982 8 2 Les polymères thermoplastiques sont généralement transparents pour les besoins de la soudure laser. Afin de les rendre absorbants, il est connu de leur ajouter divers additifs, dont par exemple le noir de carbone, qui confère au polymère une couleur noire. Dans certaines applications, il est souhaitable que les deux pièces à souder soient de couleur noire, y compris donc la pièce transparente au rayonnement laser. C'est notamment le cas dans le domaine des véhicules et plus particulièrement des automobiles : pour des raisons commerciales, les constructeurs souhaitent que les circuits de transport de fluide (par exemple le circuit de distribution de carburant) soient entièrement de couleur noire - notamment parce que les autres couleurs subissent un vieillissement à l'usage. L'utilisation de la technique de la soudure laser dans ce contexte suppose donc de disposer de matériaux plastiques de couleur noire et transparents au rayonnement laser. Le document US 2003/0125429 décrit des compositions thermoplastiques de couleur sombre et transparentes au rayonnement laser, dans lesquelles la couleur sombre est fournie par une combinaison de colorants non-noirs, par exemple des pigments organiques jaunes, rouges et verts. Les formulations correspondantes sont complexes, sont effectuées en batch et ne permettent pas aisément d'obtenir une couleur noire suffisamment pure. En outre les pigments organiques peuvent être extraits si les pièces ainsi fabriquées sont mises au contact de certains solvants (par exemple les alcools présents dans certains carburants). Le document US 2004/0140668 décrit la réalisation d'une connexion par soudure laser entre deux pièces absorbantes au rayonnement laser, au moyen d'un adaptateur transparent. Les documents US 2005/0137325 et EP 1533105 décrivent l'utilisation de colorants noirs du type anthraquinone pour conférer une apparence noire à des compositions thermoplastiques transparentes au rayonnement laser. Les mêmes remarques que pour le document US 2003/0125429 s'appliquent, s'agissant de ces deux documents. Le document US 2005/0217790 décrit des compositions thermoplastiques de coloration naturelle ou pigmentées et absorbantes pour le rayonnement laser. Le document EP 1552916 décrit différentes modalités de connexion entre tubes par soudure laser reposant sur l'utilisation de diverses pièces absorbantes ou transparentes vis-à-vis du rayonnement laser. 302 982 8 3 Le document WO 02/36329 décrit une composition comprenant un polyamide et du noir de carbone en une quantité de 100 ppm. Le document WO 2011/088869 décrit une pièce comprenant des composants individuels tels qu'un filtre en tant que composant et d'autres 5 composants de filtre, l'un au moins des composants étant constitué d'un matériau au moins partiellement transparent à la lumière laser et au moins un des autres composants étant constitué d'un matériau au moins partiellement opaque à la lumière laser de manière à connecter les différents éléments de filtre par soudure laser. 10 Le document Larry Dosser et al. (Proc. of SPIE, Vol. 5339, p465-474) décrit la soudure laser de nanocomposites de carbone. Le document WO 2008/047022 décrit un matériau composite conducteur à base de polymère thermoplastique et de nanotubes de carbone dans une quantité de moins de 6 % et notamment de 0,2 à 2 %. 15 Le document IN 1037K02008 décrit un procédé de soudure laser dans lequel la solidité du joint soudé est améliorée par la présence de reliefs. Le document US 2011/0288220 décrit des compositions thermoplastiques à base de polyesters présentant une transparence améliorée au rayonnement laser grâce à l'emploi de sels et d'autres additifs. Il est précisé 20 que la teneur en charges ayant une absorbance élevée pour le rayonnement laser est avantageusement inférieure à 1 % et plus particulièrement inférieure à 0,05 %. Le document US 2012/0183778 décrit des compositions comprenant un mélange de polymère cristallin ou semi-cristallin et de polymère amorphe afin 25 d'obtenir une transparence améliorée au rayonnement laser. Le document US 2013/0062271 décrit un élément de filtration comportant une portion transparente au rayonnement laser et une portion absorbante pour le rayonnement laser afin de permettre une soudure laser de ces portions. Des additifs peuvent être employés pour obtenir une propriété de 30 conductivité électrique, parmi lesquels les nanotubes de carbone. Au vu de ce qui précède, il existe un besoin de mettre au point des compositions thermoplastiques permettant la réalisation de pièces transparentes au rayonnement laser pour une majorité de polymères, présentant un aspect visuel noir satisfaisant et résistant à l'extraction, 35 notamment au contact de certains solvants (par exemple les alcools présents dans certains carburants) et n'affectant pas les propriétés mécaniques de la composition. 302 982 8 4 RESUME DE L'INVENTION L'invention concerne en premier lieu une pièce comportant une portion adaptée à être soudée à une portion d'une autre pièce par application d'un rayonnement laser, ladite portion de la pièce étant transparente au 5 rayonnement laser et ladite portion de l'autre pièce étant absorbante pour le rayonnement laser, et ladite portion de la pièce étant de couleur noire et comportant au moins une couche d'une composition comprenant un polymère thermoplastique PT-1 et un mélange maître comprenant au moins un polymère thermoplastique PT-2 à l'exclusion de polystyrène, et au moins un, en 10 particulier au moins deux, notamment trois pigment(s) et/ou colorant(s), pour le(s)quel(s) la transmission dans la lumière visible, au moins dans des régions partielles du spectre, est inférieure à 10% et pour l'infra rouge est supérieure à 10%, notamment supérieure à 20%, ladite couche comprenant le polymère PT1 présentant une épaisseur de 0,1 à 4 mm, de préférence de 0,5 à 3 mm et plus 15 particulièrement de 1 à 2 mm. Dans toute la description, le polystyrène est donc exclu des polymères thermoplastiques PT-2 mais peut être l'un des polymères thermoplastiques PT1. Avantageusement, la composition est dépourvue de nanocharges 20 carbonée, de nanofibres de carbone, de graphène et de noir de carbone nanométrique. Par « lumière visible », il faut entendre la région du spectre comprise de 400 à 700 nm. Par « infra rouge », il faut entendre la région du spectre comprise de 700 25 à 1200nm. Avantageusement, la valeur standard de couleur de la couleur noire de la pièce comportant au moins une couche d'une composition comprenant un polymère thermoplastique PT-1 est Y 20 % 20 % 20 % 20 % 30 % 30 % 30 % 30 % 40 % 40 % 40 % 50 % 60 % 60 % 60 % 60 % 70 % 70 % 70 % 70 % 20 % 20 % 20 % 20 % 30 % 30 % 30 % 30 % 40 % 40 % 40 % 50 % 60 % 60 % 60 % 60 % 70 % 70 % 70 % 70 % REVENDICATIONS1. Pièce comportant une portion adaptée à être soudée à une portion d'une autre pièce par application d'un rayonnement laser, ladite portion de la pièce étant transparente au rayonnement laser et ladite portion de l'autre pièce étant absorbante pour le rayonnement laser, et ladite portion de la pièce étant de couleur noire et comportant au moins une couche d'une composition comprenant un polymère thermoplastique PT-1 et un mélange maître comprenant au moins un polymère thermoplastique PT-2 à l'exclusion de polystyrène, et au moins un, en particulier au moins deux, notamment trois pigment(s) et/ou colorant(s), pour le(s)quel(s) la transmission dans la lumière visible, au moins dans des régions partielles du spectre, est inférieure à 10% et pour l'infra rouge est supérieure à 10%, notamment supérieure à 20%, ladite couche comprenant le polymère PT-1 présentant une épaisseur de 0,1 à 4 mm, de préférence de 0,5 à 3 mm et plus particulièrement de 1 à 2 mm. 2. Pièce selon la revendication 1, dans laquelle la quantité de pigment(s) et/ou colorant(s) dans le mélange maître est comprise de 10 à 14% en poids, de préférence 12% en poids par rapport au poids total de mélange maître. 25 Pièce selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle le polymère thermoplastique PT-2 est choisi parmi un polyamide PA-2 et un polyéthylène. 30 4. Pièce selon la revendication 3, dans laquelle le polyamide PA-2 est choisi parmi le PA11, le PA12 et le PA6.12, ou un mélange de ceux-ci Pièce selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle le 35 rayonnement laser est un rayonnement laser infrarouge, et de préférence présente une longueur d'onde comprise entre 700 et 1200 nm, et de préférence entre 800 nm et 1100 nm. 10 15 20 3029828 26 6. Pièce selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle le polymère thermoplastique PT-1 est choisi parmi les polyamides, les polyacétals, les polycétones, les polystyrènes, les 5 polyacryliques, les polyoléfines, les polycarbonates, les polyesters, les polyéthers, les polysulfones, les polymères fluorés, les ,polyuréthanes, les polyamideimides, les polyarylates, les polyarylsulfones, les polyéthersulfones, les sulfures de polyarylène, les chlorures de polyvinyle, les polyétherimides, les polyéthercétones, les copolymères de ceux-ci et les mélanges miscibles de ceux-ci ; et de préférence est un polyamide PA-1 compatible avec le polyamide PA-2 dudit mélange maître, 7. Pièce selon la revendication 6, dans laquelle le polyamide PA-1 est choisi parmi un PA6.10, un PA6.12, un PA11, un PA12, un PA11/6.T et un PA11/10.T. 8. Pièce selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle le mélange maître est présent en proportion de 0,1% à 2%, en particulier 1% en poids par rapport au poids total de la composition. 9, Pièce selon l'une des revendications 1 à 8, qui est choisie parmi les tubulures, les connecteurs pour tubulures et les éléments de filtration. 10. Pièce selon l'une des revendications 1 à 9, qui est une pièce d'un circuit de transport de fluide, et qui de préférence est une pièce de circuit de transport de fluide pour véhicule et notamment pour automobile ; et / ou qui est une pièce d'un circuit de transport de carburant, d'huile, d'air, de fluide frigorigène ou de solution aqueuse tel qu'un liquide de refroidissement moteur ou un mélange urée-eau. 11, Utilisation d'un mélange maître comprenant au moins un polymère thermoplastique PT-2, à l'exclusion de polystyrène, et au moins un, en particulier au moins deux, notamment trois pigment(s) et/ou 3029828 27 colorant(s), pour le(s)quel(s) la transmission dans la lumière visible, au moins dans des régions partielles du spectre, est inférieure à 10% et pour l'infra rouge est supérieure à 10%, notamment supérieure à 20%, pour conférer une couleur noire à 5 une couche d'une composition comprenant un polymère thermoplastique PT-1, tout en conservant la transparence au rayonnement laser de ladite couche, ladite couche comprenant le polymère PT-1 présentant une épaisseur de 0,1 à 4 mm, de préférence de 0,5 à 3 mm et plus particulièrement de 1 à 2 mm. 10 12. Utilisation selon la revendication 11, dans laquelle la quantité de pigment(s) et/ou colorant(s) dans le mélange maître est comprise de 10 à 14% en poids, de préférence 12% en poids par rapport au poids total de mélange maître. 15 13. Utilisation selon l'une des revendications 11 ou 12, dans laquelle le polymère thermoplastique PT-2 est choisi parmi un polyamide PA-2 et un polyéthylène. 20 14. Utilisation selon la revendication 13, dans laquelle le polyamide PA-2 est choisi parmi le PA11, le PA12 et le PA6.12 ou un' mélange de ceux-ci 15. Utilisation selon l'une des revendications 11 à 14, dans laquelle le 25 polymère thermoplastique PT-1 est choisi parmi les polyamides, les polyacétals, les polycétones, les polystyrènes, les polyacryliques, les polyoléfines, les polycarbonates, les polyesters, les polyéthers, les polysulfones, les polymères fluorés, les polyuréthanes, les polyamideimides, les polyarylates, les 30 polyarylsulfones, les polyéthersulfones, les sulfures de polyarylène, les chlorures de polyvinyle, les polyétherimides, les polyéthercétones, les copolymères de ceux-ci et les mélanges miscibles de ceux-ci ; et de préférence est un polyamide PA-1 compatible avec le polyamide PA-2 dudit mélange maître. 35 3029828 28 16. Utilisation selon la revendication 15, dans laquelle le polyamide PA-1 est choisi parmi un PA6.10, un PA6.12, un PA11, un PA12, un PA11/6.T et un PA11/10.T. 5 17. Utilisation selon l'une des revendications 11 à 16, dans laquelle le mélange maître est présent en proportion de 0,1% à 2%, en particulier 1°/0 en poids par rapport au poids total de la composition. 10 18. Composition comprenant un polymère thermoplastique PT-1 et un mélange maître comprenant au moins un polymère thermoplastique PT-2, à l'exclusion de polystyrène, et au moins un, en particulier au moins deux, notamment trois pigment(s) et/ou colorant(s), pour le(s)quel(s) la transmission dans la lumière 15 visible, au moins dans des régions partielles du spectre, est inférieure à 10% et pour l'infra rouge est supérieure à 10%, notamment supérieure à 20%, ladite couche comprenant le polymère PT-1 présentant une épaisseur de 0,1 à 4 mm, de préférence de 0,5 à 3 mm et plus particulièrement de 1 à 2 mm. 20 19. Composition selon la revendication 18, dans laquelle la quantité de pigment absorbant dans le mélange maître est comprise de 10 à 14% en poids, de préférence 12% en poids par rapport au poids total de mélange maître. 25 20. Composition selon l'une des revendications 18 ou 19, dans laquelle le polymère thermoplastique PT-2 est choisi parmi un polyamide PA-2 et un polyéthylène, en particulier un polyamide PA-2 choisi parmi le PA11, le PA12 et le PA6.12 ou un mélange 30 de ceux-ci 21. Composition selon l'une des revendications 18 à 20, dans laquelle le polymère thermoplastique PT-1 est choisi parmi les polyamides, les polyacétals, les polycétones, les polystyrènes, les 35 polyacryliques, les polyoléfines, les polycarbonates, les polyesters, les polyéthers, les polysulfones, les polymères fluorés, les polyuréthanes, les polyarnideimides, les polyarylates, les 3029828 29 polyarylsulfones, les polyéthersulfones, les sulfures de polyarylène, les chlorures de polyvinyle, les polyétherimides, les polyéthercétones, les copolymères de ceux-ci et les mélanges miscibles de ceux-ci ; et de préférence est un polyamide PA-1 5 compatible avec le polyamide PA-2 dudit mélange maître. 22. Composition la revendication 21, dans laquelle le polyamide PA-1 est choisi parmi un PA6.10, un PA6.12, un PA11, un PA12, un PA11/6.T et un PA11/10.T. 10 23. Composition selon l'une des revendications 18 à 22, dans laquelle le mélange maître est présent en proportion de 0,1% à 2%, en particulier 1% en poids par rapport au poids total de la composition. 15 24. Composition selon la revendication 23, comprenant : a) 1% en poids de mélange maître par rapport au poids total de la composition; b) de 79 à 59% en poids d'un polyamide PA-1 ; 20 c) de 20 à 40% d'un additif. 25. Utilisation d'une composition selon l'une des revendications 18 à 24, pour le domaine médical, en particulier la fabrication de cathéter et de parties de matériel médical, le soudage de tube 25 pour automobile, en particulier des connecteurs pour tube automobile, de chaussure de sport.