INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
- pour un injecteur donné, le capteur de pression est situé à une distance inférieure ou égale à 20 mm du joint d’étanchéité, relativement à une direction d’élongation dudit injecteur. Préférentiellement, le capteur de pression d’un injecteur donné est situé à une distance inférieure ou égale à 5 mm du joint d’étanchéité associé audit injecteur. La distance est ici mesurée selon la direction d’élongation de l’injecteur et du canal dans lequel il est inséré. Cette configuration avantageuse permet de détecter plus efficacement et avec une meilleure précision l’éventuelle surpression ;
I.4 Détermination du coefficient de frottement Le coefficient de frottement a été mesuré sur éprouvette et est répertorié dans le tableau des exemples sous l’appellation « µ laboratoire ». Les mesures de coefficient de frottement dynamique ont été réalisées selon une méthode identique à celle décrite par L. Busse, A. Le Gal, et M. Küppel (Modelling of Dry and Wet Friction of Silica Filled Elastomers on Self-Affine Road Surfaces, Elastomere Friction, 2010, 51, p. 8). Les éprouvettes sont réalisées par moulage, puis réticulation d'un support caoutchouteux carré (50mmx50mm) de 6 mm d'épaisseur. Après fermeture du moule, celui-ci est placé dans une presse à plateaux chauffants à une pression de 16 bars, à la température (typiquement 150°C) et pendant le temps (typiquement plusieurs dizaines de minutes) nécessaires à la réticulation du matériau. Le sol utilisé pour réaliser ces mesures est une carotte prélevée sur un sol routier réel en béton bitumineux de type BBTM (norme NF P 98-137). Pour éviter les phénomènes de démouillage et l'apparition de forces d'adhésion parasites entre le sol et le matériau, le système sol+éprouvette est immergé dans une solution aqueuse à 5% d'un agent tensio-actif (Sinnozon - numéro CAS : 25155-30-0). La température de la solution aqueuse est régulée à l'aide d'un bain thermostatique. L'éprouvette est soumise à un mouvement de glissement en translation parallèlement au plan du sol. La vitesse de glissement Vg est fixée à 1.2 m/sec. La contrainte normale appliquée σ n est de 300 kPa. Ces conditions sont décrites ci-après par « conditions de sol mouillé ». On mesure en continu la contrainte tangentielle σ t opposée au mouvement de l'éprouvette sur le sol. Le rapport entre la contrainte tangentielle σ t et la contrainte normale σ n donne le coefficient de frottement dynamique μ. Les valeurs de µ sont mesurées pour une température de solution aqueuse de 5 à 45°C, et obtenues en régime permanent après stabilisation de la valeur de la contrainte tangentielle σ t . Le maximum du coefficient de frottement dynamique sur la plage de température de solution aqueuse de 5 à 45°C (noté « µ laboratoire max » dans le tableau des exemples) est un descripteur pertinent de la performance d’adhérence sur sol mouillé intrinsèque de la composition de caoutchouc testée. Les résultats étant exprimés en base 100, une valeur supérieure à celle de la référence, arbitrairement fixée à 100, indique un résultat amélioré.
I.5 Détermination du facteur de perte Les propriétés dynamiques tan δ max sont mesurées sur un viscoanalyseur (Metravib VA4000), selon la norme ASTM D 5992-96. On enregistre la réponse d’un échantillon de composition vulcanisée (éprouvette cylindrique de 4 mm d’épaisseur et de 400 mm² de section), soumis à une sollicitation sinusoïdale en cisaillement simple alterné, à la fréquence de 10Hz, dans les conditions normales de température (23°C) selon la norme ASTM D 1349-99. On effectue un balayage en amplitude de déformation de 0,1% à 100% (cycle aller), puis de 100% à 0,1% (cycle retour). Le résultat exploité est le facteur de perte tan δ entre les valeurs à 0,1 et 100% de déformation (effet Payne). Pour le cycle retour, on indique la valeur maximale de tan δ observée, noté tan δ max retour. Le tan δ max retour est un descripteur de la performance de résistance au roulement intrinsèque de la composition de caoutchouc testée. Les résultats étant exprimés en base 100, une valeur inférieure à celle de la référence, arbitrairement fixée à 100, indique un résultat amélioré (résistance au roulement moins élevée).
I.6 Détermination du renforcement sur une courbe force-allongement Les essais de traction sont effectués conformément à la norme française NF T 46-002 de septembre 1988. On mesure le module sécant nominal (ou contrainte apparente) en MPa calculé en se ramenant à la section initiale de l’éprouvette en MPa, à 100% d’allongement noté MA100, et 250% d'allongement noté MA250. Toutes ces mesures de traction sont effectuées dans les conditions normales de température (23+/- 2°C) et d'hygrométrie (50 +/- 5% d'humidité relative), selon la norme française NF T 40-101 (décembre 1979). Le ratio entre le module de rigidité sous traction à 250% d’allongement et le module de rigidité sous traction à 100% d’allongement, noté par la suite MA250/MA100, est un descripteur du renforcement de la composition de caoutchouc testée aux grandes déformations. Les résultats étant exprimés en base 100, une valeur supérieure à celle de la référence, arbitrairement fixée à 100, indique un résultat amélioré.
II Préparation des élastomères Les élastomères utilisés pour les exemples sont préparés de la manière suivante :
Synthèse du copolymère de 1,3-butadiène et de méthacrylate de 2-éthylhexyle (Elastomère 1) : La réaction a lieu dans un réacteur de 100 litres. 0,7 Kg (0,5 pce) de dodécylsulfate de sodium (SDS) sont dissous dans 15 litres d'eau déminéralisée. 6,29 g d’hydroperoxyde de cumène (0,05 équivalent d'agent de transfert par rapport au SDS), 2,5 Kg de 1,3-butadiène et 3 Kg de méthacrylate de n-butyle sont ajoutés au milieu réactionnel. Le réacteur est mis en chauffe à 5°C avec une vitesse d'agitation de 80 tr/min, avant d'introduire 0,23 Kg (1,2 pce) de persulfate de potassium. Après 410 minutes de réaction de polymérisation, 62% de conversion de monomères en copolymère est atteint. La réaction est alors arrêtée par ajout de 0,67 Kg (3 pce) de résorcinol. Le latex est ensuite coagulé dans deux volumes d'un mélange acétone/éthanol. Le copolymère est ensuite séché en étuve à 45°C. 3,4 Kg de copolymère de 1,3-butadiène et de méthacrylate de 2-éthylhexyle sont récupérés avec un taux de matière volatile inférieure à 1%.
Synthèse du copolymère de 1,3-butadiène et de méthacrylate de n-butyle (Elastomère 2) : La réaction a lieu dans un réacteur de 10 litres. 67 g (5 pce) de stéarate de sodium sont dissous dans 2,56 litres d'eau déminéralisée. 1 g de tert-dodecyl mercaptan (0,05 équivalent d'agent de transfert par rapport au persulfate de potassium), 369 g de 1,3-butadiène et 990,5 g de méthacrylate de n-butyle sont ajoutés au milieu réactionnel. Le réacteur est mis en chauffe à 50°C et l'agitation est mise en fonctionnement. 25,6 g (1,2 pce) de persulfate de potassium en solution dans 789 ml d'eau sont ensuite ajoutés. Après 80 minutes de réaction de polymérisation, 60% de conversion de monomères en copolymère est atteint. La réaction est alors arrêtée par ajout de 27,5g de résorcinol (2,6 équivalents de résorcinol par rapport au persulfate de potassium) en solution dans 789 ml d'eau. Le latex est ensuite coagulé dans deux volumes d'un mélange acétone/éthanol. Le copolymère est ensuite séché en étuve à 45°C. 0,74 Kg de copolymère de butadiène et de méthacrylate de n-butyle sont récupérés avec un taux de matière volatile inférieure à 1%.
Les copolymères obtenus possèdent les caractéristiques suivantes :
Pour l’élastomère 1 (copolymère de 1,3-butadiène et de méthacrylate de 2-éthylhexyle) : Tg = -53°C et ΔTg = 8°C Mn = 238 000 g/mol (étalonnage PS) et Ip = 2,5 % molaire (unité monomère de méthacrylate de 2-éthylhexyle) = 43,9 % molaire (unité monomère de butadiène) = 56,1
Pour l’élastomère 2 (copolymère de 1,3-butadiène et de méthacrylate de n-butyle) : Tg = -46°C et ΔTg = 7°C Mn = 356 000g/mol (étalonnage PS) et Ip = 3,4 % molaire (unité monomère de méthacrylate de n-butyle) = 44,4 % molaire (unité monomère de butadiène) = 55,6
III Préparation des compositions de caoutchouc
Deux compositions de caoutchouc C1 et C2 sont préparées. Les formulations (en pce) des compositions C1 et C2 sont décrites dans le Tableau 1.
La composition C2 est conforme à l’invention ; la composition C1 est non conforme à l’invention. Les compositions C1 et C2 contiennent aussi toutes les deux une charge renforçante, en l’occurrence, une silice. Les compositions C1 et C2 contiennent toutes les deux un élastomère, copolymère statistique comprenant des unités monomères d’un 1,3-diène (en l’occurrence, des unités monomères du 1,3-butadiène) et des unités monomères d’un ester de l’acide méthacrylique (un méthacrylate d’alkyle), les unités monomères de l’ester de l’acide méthacrylique représentant au moins 30% en mole (en l’occurrence, 44 % en mole pour élastomère 1 dans C1, et 44% en mole pour élastomère 2 dans C2) des unités monomères de l’élastomère. Dans la composition C1, non conforme à l’invention, le groupe alkyle est le 2-éthylhexyle (un groupe alkyle C 8 ), le méthacrylate étant le méthacrylate de 2-éthylhexyle (noté par la suite EHMA). Dans la composition C2, conforme à l’invention, le groupe alkyle est le n-butyle (un groupe alkyle C 4 ), le méthacrylate étant le méthacrylate de n-butyle (noté par la suite BuMA). Les systèmes de réticulation des compositions C1 et C2 sont des systèmes de vulcanisation.
On procède pour la fabrication de ces compositions de la manière suivante : on introduit dans un mélangeur interne (taux de remplissage final : environ 70% en volume), dont la température initiale de cuve est d'environ 60°C, successivement l’élastomère, la silice, l'agent de couplage, le plastifiant ainsi que les divers autres ingrédients à l'exception du système de réticulation. On conduit alors un travail thermomécanique (phase non-productive) en une étape, qui dure au total 5 min, jusqu'à atteindre une température maximale de « tombée » de 165°C. On récupère le mélange ainsi obtenu, on le refroidit puis on incorpore le système de réticulation sur un mélangeur (homo-finisseur) à 23°C, en mélangeant le tout (phase productive) pendant un temps approprié (par exemple entre 5 et 12 min). Les compositions ainsi obtenues sont ensuite calandrées sous forme de plaques (d’une épaisseur allant de 2 à 3 mm) ou fines feuilles de caoutchouc, pour la mesure de leurs propriétés physiques après vulcanisation pendant 30 min à 170°C.
IV Propriétés des compositions de caoutchouc Les propriétés des compositions C1 et C2 sont données en base 100 par rapport à C1 dans le Tableau 2.
La composition C2, conforme à l’invention, présente un maximum de tan δ retour à 23°C et 10Hz très proche de celui de la composition C1 (97 vs 100) , ce qui permet de présager une performance de résistance au roulement semblable entre un pneumatique pour lequel la composition C2 est utilisée en bande de roulement et un pneumatique pour lequel la composition C1 est utilisée en bande de roulement. De plus, la composition C2, conforme à l’invention, présente un maximum de µ laboratoire à 3 bars et 1.2m/s très proche de celui de la composition C1 (98 vs 100), ce qui permet de présager une performance d’adhérence sur sol mouillé semblable entre un pneumatique pour lequel la composition C2 est utilisée en bande de roulement et un pneumatique pour lequel la composition C1 est utilisée en bande de roulement. Par ailleurs, la composition C2, conforme à l’invention, présente un ratio MA250/MA100 nettement amélioré par rapport à la composition C1 (113 vs 100), ce qui permet de présager un renforcement et une performance de résistance à l’usure et aux agressions nettement supérieurs pour un pneumatique pour lequel la composition C2 est utilisée en bande de roulement que pour un pneumatique pour lequel la composition C1 est utilisée en bande de roulement. Les résultats obtenus montrent donc que la composition conforme à l’invention permet bien ici de résoudre le problème technique en ce qu’elle aboutit à un renforcement amélioré tout en conservant un bon compromis entre la résistance au roulement et l’adhérence sur sol mouillé.
C1 C2 Elastomère 1 (1) 100 - Elastomère 2 (2) 100 Silice (3) 86.1 86.1 Silane Si69 (4) 8.9 8.9 Plastifiant (5) 31.4 31.4 DPG (6) 1.5 1.5 Antioxydant (7) 1.9 1.9 Acide stéarique 2 2 ZnO (8) 3 3 Soufre 1.5 1.5 Sulfénamide (9) 1.5 1.5 Copolymère de 1,3-butadiène et de méthacrylate de 2-éthylhexyle (voir paragraphe II.) Copolymère de 1,3-butadiène et de méthacrylate de n-butyle (voir paragraphe II.) Silice "Zeosil 1165 MP" de la société Solvay-Rhodia sous forme de microperles Silane liquide triéthoxysilylpropyltétrasulfure (TESPT) « Si69 » de la société Evonik Trioctyl phosphate (tri-2-éthylhexyl phosphate) « Disflamoll TOF » de la société Lanxess Diphénylguanidine (« Perkacit » DPG de la société Flexsys) N-(1,3-diméthylbutyl)-N’-phényl-p-phénylènediamine (« 6PPD » de la société Flexsys) ZnO, oxyde de zinc de grade industriel de la société Umicore N-cyclohexyl-2-benzothiazol-sulfénamide (« Santocure CBS » de la société Flexsys)
Toutefois, bien que nécessitant des surfaces d’échange thermique plus élevées que les échangeurs de chaleur métalliques, les échangeurs de chaleur en polymère sont de plus en plus fréquemment intégrés dans des véhicules afin d’en réduire la masse, en particulier suite à la mise à disposition de nouveaux matériaux polymère à haute conductivité thermique et mécanique. Par ailleurs, ces échangeurs de chaleur sont généralement obtenus par injection et collage.
Les échangeurs de chaleur en polymère peuvent être de type à mono-flux, pour chauffer ou refroidir des pièces ou des fluides (échangeur à immersion). Ils sont souvent utilisés dans l’industrie des traitements de surface, de la chimie, afin par exemple de contrôler la température de bains acides ou alcalins ou de solutions de haute pureté.
Des échangeurs de chaleur en polymère à double flux sont aussi connus pour échanger de la chaleur entre deux flux de matière, solide ou fluide, circulant dans l’échangeur. Les échangeurs à tubes et calandre et les échangeurs à plaques sont des exemples d’échangeurs de chaleur à double flux.
Il existe donc un besoin pour un nouvel échangeur de chaleur présentant une faible masse et une bonne efficacité d’échange de chaleur, et en particulier adapté à une application dans le domaine de l’automobile.
L’invention répond au moins partiellement à ce besoin et propose un échangeur de chaleur comportant un corps monolithique comportant, voire consistant en, un matériau polymérique, le corps comportant une paroi ayant une face intérieure qui délimite une cavité dont le volume est supérieur au volume de la paroi, au moins un conduit de circulation fluidique étant ménagé dans la masse de la paroi, débouchant hors de la paroi par une entrée de fluide et une sortie de fluide, et comportant au moins une portion courbée et/ou coudée.
L’échangeur de chaleur permet ainsi d’échanger efficacement de la chaleur, par exemple avec un liquide ou une pièce contenue dans la cavité. Il présente en outre l’avantage d’une faible masse par l’intégration du conduit de circulation fluidique dans le volume de la paroi.
Le volume de la cavité peut être plus de deux fois, voire plus de dix fois, voire plus de vingt fois, voire plus de cinquante fois, voire plus de cent fois supérieur au volume de la paroi.
Le volume de la paroi est délimité par les faces intérieure et extérieure de la paroi. Il comprend donc le volume occupé par le conduit de circulation fluidique.
Le volume de la cavité peut être compris entre 10 cm 3 et 10000 cm 3 .
La longueur de cavité peut être plus de deux fois, voire plus de dix fois, voire plus de vingt fois supérieure à l’épaisseur minimale de la paroi. La « longueur » de la cavité est la plus grande distance séparant deux parties opposées de la face intérieure, la distance étant mesurée normalement à la face intérieure de la paroi. L’« épaisseur minimale », respectivement l’ « épaisseur maximale » de la paroi est la plus petite, respectivement la plus grande distance séparant la face intérieure de la face extérieure de la paroi, mesurée normalement à la face intérieure de la paroi.
L’épaisseur minimale de la paroi peut être comprise entre 500 µm et 5 mm.
L’épaisseur maximale de la paroi peut être inférieure à 25 mm.
De préférence la paroi présente une épaisseur, au moins dans une section transverse, comprise entre 500 µm et 20 mm.
La paroi peut être pleine. En variante, elle peut comporter un ou plusieurs ajours qui la traversent de part en part dans son épaisseur. Le cas échéant, la cavité est délimitée par la surface enveloppe de la face intérieure de la paroi.
La paroi peut comporter plusieurs cloisons, par exemple une ou plusieurs cloisons latérales qui s’étendent à partir d’une cloison de fond. Par exemple, la paroi présente une forme générale parallélépipèdique.
En variante, elle peut présenter une forme générale hémicylindrique.
Toujours en référence à la , le dispositif comprend : - un socle 1 destiné à supporter l’échantillon 2 à étudier, le socle 1 présentant une surface plane 10 ; - un système 3 de génération d’un faisceau laser 30 destiné à impacter l’échantillon 2 à étudier, pour générer un plasma P engendrant l’émission optique 40 ; - des moyens de collecte 4 de l’émission optique 40 ; - un porte-échantillon 5 destiné à porter l’échantillon 2 à étudier au-dessus du socle 1, le porte-échantillon 5 reposant sur le socle 1, et plus précisément sur la surface plane 10 du socle 1.
Le système 3 de génération d’un faisceau laser 30 est configuré pour émettre le faisceau laser 30 selon une direction perpendiculaire à la surface plane 10 du socle 1.
Le système 3 de génération d’un faisceau laser 30 comprend une source de générations d’un faisceau laser, des moyens de mise en forme du faisceau laser, ainsi que des moyens optiques de focalisation du faisceau laser.
Le système 3 de génération est configuré pour que la focalisation du faisceau laser 30 soit adaptée à l’échantillon 2 à étudier.
Cette focalisation est définie en partie par une profondeur de champ à l’intérieur de laquelle la surface de l’échantillon 2 à étudier impactée par le faisceau laser 30 doit être située.
Les moyens de collecte 4 de l’émission optique 40, quant à eux, comprennent par exemple une fibre optique 41 orientée vers le plasma P, et positionnée au plus près du plasma P pour collecter l’émission optique 40.
Le porte-échantillon 5 est décrit plus en détail ci-après.
En référence aux figures 2, 3 et 7, le porte-échantillon 5 comprend : - un bloc 54 ; - une embase 55 ; - des moyens de maintien 56 du bloc 54 sur l’embase 55.
Dans une conception simplifiée, le porte-échantillon 5 comprend : - une face inférieure plane 50 destinée à reposer sur la surface plane 10 du socle 1 ; - une cavité 51 destinée à accueillir l’échantillon 2 ; - une surface d’appui 520 orientée vers la cavité, cette surface d’appui 520 s’inscrivant dans un plan parallèle à la face inférieure plane 50 du porte-échantillon 5 ; - des moyens de rappel élastique 53 configurés pour plaquer l’échantillon 2 contre la surface d’appui 520.
Selon les présents modes de réalisation, la face inférieure plane 50 est présentée par l’embase 55.
Lorsque le porte-échantillon 5 est posé sur le socle 1, alors la face inférieure plane 50 de l’embase 55 est en contact plan avec la surface plane 10 du socle 1.
La cavité 51, destinée à accueillir l’échantillon 2, est présentée par le bloc 54.
Le porte échantillon 5 comprend également au moins un épaulement 52 qui forme la surface d’appui 520.
La surface d’appui 520 est en l’occurrence formée par un unique épaulement 52.
Cet épaulement 52 est présenté par le bloc 54 qui est destiné à accueillir l’échantillon 2 dans sa cavité 51.
En l’occurrence, l’épaulement 52 prend une forme annulaire. Cet épaulement 52 correspond ainsi à un épaulement interne du bloc 54 qui est, selon le présent mode de réalisation cylindrique, et plus spécifiquement cylindrique de révolution autour d’un axe central.
Puis, ces nappes 3 et plaques d’extrémités 5 sont soudées entre elles de préférence par un soudage laser ( ).
Au lieu de réaliser des plaques 1 qui intègrent dès leur fabrication les surépaisseurs, on peut prévoir de réaliser des plaques 1 sans surépaisseur sur leur face principale 20 et de réaliser les surépaisseurs au moyen de peignes 6, 7 imbriqués dans l’empilement de nappes 3.
Une fois l’imbrication réalisée, l’assemblage entre les nappes 3 et les peignes 6, 7 est alors réalisé par compression uni-axiale (Soudage Diffusion Uni-axiale (SDU)) pour constituer le module d’échangeur M, comme montré à la .
La forme des peignes longitudinaux 6 et latéraux 7 ainsi que l’imbrication individuelle de leurs dents 60, 70 entre deux nappes adjacentes sont montrées aux figures 6 à 9.
Les figures 10 et 11 illustrent les circulations des fluides primaire F1 et secondaire F2 au sein de l’empilement assemblé de nappes et plaques d’extrémité 5 d’un module d’échangeur M selon l’invention, sans ses collecteurs.
Les hauteurs des bords latéraux et longitudinaux discontinus des faces principales 20 des plaques 1 qui délimitent la circulation du deuxième fluide F2 peuvent être adaptées en fonction de l’application selon les règles de dimensionnement usuelles, de tenue mécanique aux pressions, de pertes de charges et de la distribution de débit de fluide.
Les géométries des plots et la périodicité du pas du motif rectangulaire, carré ou triangulaire de leur répartition, sont à déterminer en fonction de l’application selon les règles de dimensionnement usuelles, de tenue mécanique aux pressions, de pertes de charges et de distribution de débit de fluide dans les canaux.
Si dans l’ensemble des exemples illustrés, toutes les faces principales 10 des plaques 1 sont réalisées avec des pré-collecteurs à plots 14, on peut envisager de ne réaliser que celles d’un seul circuit de fluides, l’autre pouvant comprendre des pré-collecteurs classiques.
On peut envisager d’autres formes que des plots 14 cylindriques. Par exemple, on peut envisager des géométries elliptiques, en forme de gouttes d’eau…
Par ailleurs, si dans les exemples illustrés, les canaux de la zone d’échange thermique (Z E ) sont des canaux droits, le pré-collecteur selon l’invention est indépendant de cette géométrie et on peut donc envisager d’autres géométries pour les canaux d’échange (Z E ), par exemple des canaux de forme incurvée, en zig-zag, en double zig-zag… Quelle que soit la géométrie retenue, au final, la profondeur des canaux d’échange détermine la hauteur des plots du pré-collecteur selon l’invention.
Dans l’exemple illustré, les collecteurs 11, 12 respectivement d’entrée et de sortie, sont de forme tubulaire et agencés selon l’axe longitudinal du module. On peut aussi envisager d’autres agencements de tubes collecteurs.
Également, si dans l’exemple illustré, on ne prévoit pas de collecteurs d’entrée en tant que tels pour le fluide secondaire, ceux-ci étant réalisés par les ouvertures d’entrée 200 du pré-collecteur d’entrée Z H , on peut prévoir d’en rajouter, à l’instar des collecteurs de sortie 22.
De manière générale, les collecteurs des deux circuits sont susceptibles d’être dimensionnés sous pression (différence de pression entre deux circuits) ou pas.
Echangeur de chaleur en polymère La présente invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur.
Les échangeurs de chaleur en polymère sont connus de longue date. Compte tenu de la faible conductivité thermique et de l’excellente résistance à la corrosion des polymères qui les constituent, les échangeurs de chaleur en polymère sont généralement utilisés pour chauffer ou refroidir des fluides hautement corrosifs, ou pour la circulation de fluides ultrapurs pour lesquels aucune contamination métallique n'est permise, comme dans l'industrie des semi-conducteurs. Ils peuvent par ailleurs opérer jusqu’à une température de fonctionnement pouvant atteindre 350 °C pour les polymères les plus résistants thermiquement.
La teneur totale en liant hydrocarboné est de 2,5% à 7%, avantageusement de 3% à 5%, en poids par rapport au poids des particules solides.