Brevet FR3074441A1 — publié le 20190607

La presente invention concerne la manutention d' objets formes a chaud, et plus particulierement la manipulation de la verrerie a chaud et vise notamment a proposer un nouveau materiau efficace pour la prehension et/ou le faconnage de tels objets a haute temperature. Dans la fabrication de la verrerie par des procedes automatiques, le verre fondu est mis en forme sur des chaines de production fonctionnant en continu et les articles verriers ainsi formes sont distribues, alors qu'ils sont encore a temperature tres elevee, sur des convoyeurs pour les acheminer rapidement (a une vitesse de plusieurs m/s) vers les zones de finition et de stockage. Sur ce trajet, des systemes rotatifs (carrousels) ayant des dispositifs a pinces en peripherie saisissent ces articles chauds (400-500°C) pour les distribuer sur les differentes lignes de fabrication de l'usine. L' extremite des outils, generalement des pinces, au contact du verre est donc exposee a des conditions extremement agressives qui sont de trois types : - chocs mecaniques, lorsque l'article arrive au contact de la pince avec une vitesse de plusieurs m/s, et qui engendrent un facteur d'usure important pour la pince en considerant que 55 a 140 articles sont saisis par minute, - chocs thermiques, lorsque l'extremite de la pince entre en contact avec un article verrier porte a une temperature de 400 a 500°C et ceci de maniere continue et. - agression physico-chimique, compte-tenu du caractere particulierement oxydant de la surface du verre chaud et du temps de contact, de l'ordre de 3 a 7 secondes, de extremite de la pince avec cette surface. Il a donc ete necessaire de developper des materiaux pour permettre la manutention de la verrerie a chaud, a toutes les temperatures allant jusqu'aux plus elevees selon l'usage general (normalement pas plus de 700°C), sans provoquer de choc thermique au produit ni endommager la surface du verre, et egalement permettre la manipulation d'autres produits formes a chaud qui exigent des materiaux de manipulation resistants thermiquement et qui ne marquent pas le produit. Idealement, un tel materiau se doit d' etre thermiquement stable, resistant aux chocs mecaniques et aux contraintes thermiques, resistant au pouvoir oxydant du verre, etre 2 non ou faiblement poreux pour s'affranchir du risque de contamination, et posseder une faible conductivite thermique ainsi qu'un haut degre de tenacite [1]. Toutefois, les materiaux composites, actuellement consideres comme consommables pour les chaines de production d'emballages verriers, ne permettent pas de 5 satisfaire a l'ensemble de ces exigences. A titre illustratif des materiaux actuellement disponibles pour cet usage peuvent etre notamment cites les composites a base de polyimide chargé en graphite a l'image notamment des produits Cerberite® [2] et Tecasint [5], voire complements en fibres de carbone comme par exemple les produits commerciaux Vespel® SP-22 et Vespel® SCP- 10 5050 [3] [4], les composites carbone/fibres de carbone comme par exemple les produits T26-HDP [6] et Isofral [7], les composites epoxy/fibres de verre comme en particulier l'Isofral GFE [8], les composites vitroceramiques tels que par exemple le produit Tactylit [9] et les composites bronze (75% vol.)/teflon, specifiques aux inserts de roues de transfert. Une difficulte majeure rencontree dans l'elaboration de tels materiaux est 15 l'ajustement d'un coefficient de friction ou d'un module d'Young non prejudiciable aux autres performances recherchees. A ce titre, les materiaux de type ceramique, carbure de silicium ou alumine, sont consideres comme trop durs pour une utilisation a titre d'insert dans le secteur de la fabrication de la verrerie. Une autre problematique rencontree avec des materiaux composites existants est 20 une duree de vie jugee insuffisante. Enfin, certains d' entre eux posent un probleme sanitaire dans la mesure on, a terme, ils generent des vapeurs toxiques lorsqu'ils sont chauffes a haute temperature. C' est notamment le cas des pieces de contact actuellement utilisees en verreries industrielles pour saisir les pieces de verre chaudes (400°C-800°C) et les deposer sur les convoyeurs. Ces 25 pinces sont en acier mais la zone de contact avec le verre comprend un premier composant qui joue le role d'amortisseur (teflon, polyimide), et un materiau conducteur thermique (graphite, bronze) qui joue le role de radiateur. La decomposition thermique du teflon qui finit par se produire genere des composes volatiles fluores toxiques (CH2F, CF2, HF, ...). En consequence, it demeure un besoin de nouveaux materiaux composites dont 30 les performances soient ameliorees. La presente invention a precisement pour objet de proposer un nouveau materiau permettant de repondre a ces attentes. 3 Ainsi, la presente invention vise a titre principal un materiau composite adapte pour une mise en contact avec un ou des objet(s) ayant une temperature superieure ou egale a 250°C, caracterise en ce que ledit materiau est un bois chargé en nanoparticules metalliques. 5 De maniere inattendue, les inventeurs ont en effet constate qu'il est possible de modifier les proprietes du bois et en particulier ses proprietes thermiques, sous reserve de le charger en particules metalliques. Selon une variante preferee, le materiau composite selon l'invention est forme d'un materiau de type bois chargé en nanoparticules un &at d' oxydation zero. 10 Selon un mode de realisation prefere, l'objet ayant une temperature superieure ou egale a 250 °C est un materiau forme a chaud de type verre, ceramique, metal ou composite et est de preference est un article verrier. Comme it ressort des exemples ci-apres, le materiau composite selon l'invention s' avere avantageux a plusieurs titres. 15 Son coat et son poids sont diminues comparativement aux inserts déjà existants. Bien entendu, it est egalement resistant a la corrosion et a l'oxydation. Il est ainsi adapte pour une mise en contact avec un objet dont la temperature est comprise entre 250 °C et 400 °C. Enfin, it n' est pas affecte par les chocs mecaniques lies a la reception des articles 20 dont le poids peut etre compris entre 100 et 300 grammes et qui se deplacent, avant le contact, avec une vitesse de plusieurs metres par seconde. L'invention vise egalement un objet forme en partie d'un materiau composite conforme a l'invention. Un tel objet peut etre un insert, notamment a l'image de ceux 25 destines a etre utilises pour la prehension d'objets a chaud. L'invention vise en outre un procede de preparation d'un materiau composite conforme a l'invention. Plus particulierement, elle concerne un procede pour charger un materiau de type bois avec une ou plusieurs nanoparticules metalliques, caracterise en ce qu'il met en contact 30 un materiau de type bois avec un fluide a un &at supercritique vehiculant des nanoparticules metalliques a un &at oxyde, dans des conditions de pression et de temperature propices a la 4 penetration de tout ou partie desdites nanoparticules dans ledit materiau et a la reduction in situ de tout ou partie desdites nanoparticules en particulier a un &at d'oxydation zero. A la connaissance des inventeurs des fluides en conditions supercritiques ont essentiellement ete mis en oeuvre avec du bois a des fins bien differentes de celle consideree 5 selon l'invention. Ainsi, it a ete propose de mettre a profit un vehicule de type dioxyde de carbone (CO2) en conditions supercritiques pour vehiculer un certain nombre de composes dans du bois en vue de le traiter en profondeur. En particulier, le document J. Mater. Sci., 2011, 46, 5406-5411 met a profit cette technologie pour l'introduction de sels de calcium (CaC12) et 10 de sodium (NaC1), les documents Wood Sci. Technol., 2012, 46, 643-656, WO 00/27601 et WO 03/095165, pour l'impregnation de composes antifongiques, le document DE 4202320 Al pour l'impregnation d'une huile de silicone et le document WO 2011/066830 pour une diffusion de copolymeres blocs. L'invention decoule notamment de l'observation par les inventeurs, qu'il est 15 possible d'utiliser un fluide supercritique pour charger en profondeur un bois, avec des nanoparticules metalliques, et de conferer ainsi au bois traite des proprietes accrues en termes de resistance mecanique et a l' egard de la corrosion et de l'oxydation. MATERIAU COMPOSITE SELON L'INVENTION 20 a) Bois Dans la description qui suit, le terme « bois » sera utilise de maniere generique pour designer toute essence de bois en tant que telle. Il existe un grand nombre d'essences de bois comme en particulier le Peuplier, le Merisier, le Chataigner, le Hetre, le Frene, le Platane, le Noyer. 25 Bien entendu, ces differentes essences peuvent se distinguer egalement les unes des autres par leurs proprietes mecaniques et leurs conductivites thermiques qui sont correlees a leurs densites. Le tableau ci-dessous renseigne pour les essences de bois precitees, leurs 30 densites et leurs valeurs de durete selon la norme NF B51-013. 5 Classes de densite et Densite d Durete Essences de durete (echelle Chalais- Meudon) Bois tres lourds et tres > 0,85 >9 durs Bois lourds et durs 0,70 a 0,85 5a9 Frene Bois mi-lourds et mi- 0,56 a 0,70 2,5 a 5 Chataigner, durs Hetre, Noyer, Platane Bois legers et tendres 0,45 a 0,55 1,25 a 2,5 Merisier Bois tres legers et tres REVENDICATIONS1. Materiau composite adapts pour une miss en contact avec un ou des objet(s) ayant une temperature superieure ou egale a 250°C, caracterise en ce que ledit 5 materiau est un bois chargé en nanoparticules metalliques. 2. Materiau selon la revendication precedente dans lequel le bois possede une durete superieure a 2,5. 3. Materiau selon l'une quelconque des revendications precedentes dans lequel le bois est choisi parmi les essences de franc, hetre et de bois exotiques tel que 10 l'ebene et le palissandre. 4. Materiau scion rune quelconque des revendications precedentes dans lequel les nanoparticules metalliques contiennent a titre d'element metal, un metal choisi parmi l'etain, le bronze et leurs alliages, notamment a base de cuivre. 5. Materiau scion l'une quelconque des revendications precedentes possedant 15 un taux de charge en nanoparticules metalliques reduites d'au moires 3% en poids, de preference de 3% a 10% en poids, et de preference 5% en poids, par rapport au poids total du materiau composite awes chargement des nanoparticules. 6. Materiau selon l'une quelconque des revendications precedentes forme d'un bois de fiene, de hetre ou de charme chargé en nanoparticules d'etain, de preference a 20 un taux de charge de 3 % a 10 %, et de preference 5 %. 7. Materiau selon l'une quelconque des revendications precedentes, au format de la piece qu'il doit constituer. 8. Objet forme en partie d'un materiau composite selon l'une quelconque des revendications precedentes, cet objet &ant en particulier un insert. 25 9. Procede de preparation d'un materiau composite selon l'une des revendications 1 a 7, caracteiise en ce qu'il met en contact un materiau de type bois avec un fluide a un etat supercritique vehiculant des nanoparticules metalliques a un etat oxyde, dans des conditions de pression et de temperature propices a la penetration de tout ou partie desdites nanoparticules dans ledit materiau et a la reduction in situ de tout ou partie 30 desdites nanoparticules a un etat d'oxydation zero. 10. Procede selon la revendication 9 comprenant au moires les stapes consistant a. 16 i) disposer, au sein d'un reacteur, par exemple un reactenr de type autoclave, d'un materiau de type bois, chargé ou non en particules metalliques, et d'un fluide liquide apte a evoluer sous pression a un etat supercritique et contenant des nanoparticules metalliques a un etat oxyde ; et exposer l'ensemble a des conditions de pression et temperature efficaces pour faire evoluer ledit fluide a un etat supercritique et charger ledit materiau en nanoparticules metalliques oxydees ; et iii) mettre en presence le materiau charge en nanoparticules oxydees, obtenu l'issue de l'etape prececlente, avec un agent reducteur dans des conditions propices a la 10 transformation in situ de nanoparticules metalliques oxydees en nanoparticules metalliques a un degre d'oxydation moindre, et en particulier a un degre d'oxydation zero. 11. Procede scion Tune quelconque des revendications 9 ou 10, dans lequel l'etape ii) est realisee a une pression comprise entre 20,0 et 35,0 MPa, de preference d'environ 30,0 MPa, et a une temperature variant de 50 °C a 150 °C, et de preference 15 d'environ 100°C. 12. Procede selon l'une quelconque des revendications 9 a 11 comprenant en outre consecutivement a Petape une etape ii)b de refroidissement a la temperature ambiante et pression atmospherique. 13. Procede scion la revendication 12 dans lequel ladite ≊ ii)b peat etre 20 re:ails& anterieurement ou simultanement a l'etape 14. Procede selon l'une quelconque des revendications 9 a 13, (inns lequel un materiau obtenu a l'issue de l'etape ou de l'etape si existante, ou a l'issue de l'etape iii), est mis en oeuvre comme un materiau de bois de l'etape i) et est traite scion les etapes ii) et eventuellement Petape 25 15. Procede scion rune quelconque des revendications 9 a 14, dans lequel le bois est tel que deflni en revendication 3. 16. Procede scion l'une quelconque des revendications 9 a 15, dans lequel le fluide supercritique est le CO2. 17. Procede selon l'une quelconque des revendications 9 a 16, dans lequel les 30 nanoparticules metalliques oxydees se presentent sous la forme de sells) ou de complexe(s) metalliques. 17 18. Procede selon l'une quelconque des revendications 9 a 17, dans lequel la reduction est realisee avec un agent reducteur notamment choisi parmi l'hydrazine, la phenylhydrazine et des reducteurs alcooliques.