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PROCEDE DE FABRICATION DE CORPS CELLULAIRES.
On a déjà proposé divers procédés de fabrication de corps cellu- laires à cellules fermées. Ces procédés se répartissent en deux groupes prin- cipaux :
Le premier groupe comprend les procédés dans lesquels le gonflement de la matière première a lieu par dilatation de gaz produits par la décompo- sition d'agents de gonflement dans la masse même et dissous dans cette masse.
Le second groupe comprend les procédés dans lesquels on introduit les gaz sous pression de l'extérieur dans la masse réchauffée et où après refroidis- sement on provoque leur dilatation avec formation de cellules. Les procédés du premier groupe ont l'inconvénient- qu'ils utilisent des produits de gonfle- ment qui non seulement sont coûteux, mais ont en outre souvent un effet toxi- que et laissent subsister dans la masse des constituants étrangers indésira- bles; en outre, lors de leur mise en oeuvre, il faut utiliser des températures élevées pour la décomposition de l'agent de gonflement.
Les procédés du second groupe, dont la présente invention dérive, présentaient jusqu'à présent encore divers inconvénients, à savoir qu'il faut comprimer les gaz à l'aide de compresseurs jusqu'à des pressions très élevées, allant de plus de 100 atmosphères à 500 atmosphères environ, et qu'il faut en- suite les faire agir sur la masse dans un autoclave à paroi épaisse corres- pondant à ces pressions. D'autre part, les substances comme les mélanges de caoutchouc, en particulier les masses à base de matières synthétiques, ont été utilisées jusqu'ici le plus souvent sous la forme de pâtes ou de plaques.
Quand elles sont dans cet état, elles n'ont qu'une faible aptitude à l'absorp- tion des gaz. Aussi la profondeur de pénétration et la vitesse à laquelle les gaz se dissolvent dans la masse sont faibles. Même pour le caoutchouc, qui a encore un pouvoir d'absorption meilleur, à l'égard des gaz, que les résines synthétiques, l'incorporation des gaz demande dans la pratique environ 2 heu- res, dans le cas de plaques minces, et jusqu'à 24 heures dans le cas de pla- que-- plus épaisses. On peut donc fabriquer des corps cellulaires relativement minces, ou bien on obtient, lorsqu'on veut fabriquer des corps cellulaires plus épais et d'une densité moindre sans y consacrer un temps excessif, des
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corps d'une structure irrégulière qui comportent par exemple des parties in- térieures qui sont massives et non gonflées.
La présente invention a pour but de supprimer les inconvénients précités, dans les procédés du second groupe, et cela grâce à des conditions de travail spéciales, et de parvenir à des corps cellulaires ayant le poids spécifique voulu et une constitution cellulaire très régulière et cela en peu de temps.
D'après la présente invention, on fait usage d'un moule de presse avec piston ou poinçon de presse mobile. D'autre part, la présente invention résoud le problème posé, au moyen de trois dispositions nouvelles qui coopè- rent et qui consistent en ce que : a) Avant son introduction dans le moule de la presse, on met la - matière première dans un état de fine division, meuble et permettant la compres- sion,la matière étant mise sous la forme de petits grumeaux, de grains, de poudre ou de feuilles fines et étant accompagnée-en même temps de solvants ou de plastifiants qui provoquent dès la température ordinaire sous une pression élevée du gaz une dissolution du gaz dans la masse ou la favorisent;
b) L'on fait arriver de l'extérieur sur la masse finement divisée et meuble, dans le moule de la presse, le gaz qui doit lui être incorporé, sous une pression de préférence de beaucoup inférieure à celle qu'il faudrait pour sa dissolution dans la masse chauffée; c) On comprime la masse, éventuellement après réchauffage, en mê- me temps que le gaz, dans le moule de la presse au moins jusqu'à ce qu'on at- teigne la pression de gaz élevée nécessaire à la dissolution du gaz dans la masse, cette compression s'obtenant par l'introduction du poinçon ou piston de la presse, de telle sorte que l'on obtienne la dissolution du gaz et la compression de la masse.
La masse obtenue de cette façon est ensuite soumise aux autres conditions connues de température et de dilatation nécessaires à la forma- tion du corps cellulaire, ces conditions consistant dans le réchauffage du moule jusqu'à la gélatinisation et homogénéisation de la masse, dans le re- froidissement du moule avec la masse, dans la suppression de la pression et dans la dilatation de la masse formée, par réchauffage, avec formation du corps cellulaire.
Par la mesure indiquée ci-dessus sous a), on augmente très forte- ment la solubilité et la vitesse d'absorption de la masse à l'égard du gaz, cette vitesse d'absorption dépendant des surfaces qui lui sont offertes et du solvant, et en même temps on rend possible la compression accentuée de la masse selon la mesure c).
Grâce aux mesures énoncées sous b) et c), on peut se dispenser aussi bien de la pression extérieure élevée pour le gaz que-d'un autoclave à haute pression et remplacer ce dernier par un moule de compression meilleur marché. Ce n'est que dans ce dernier qu'on produit alors la pression élevée qui est nécessaire à la dissolution du gaz. L'utilisation d'un moule de com- pression permet en outre, par différence avec l'autoclave, d'y fabriquer di- rectement des corps cellulaires d'une forme déterminée.
Ainsi que cela a été exposé ci-dessus, l'utilisation d'une matière première meuble et finement divisée, contenant, des solvants et plastifiants, est d'une importance essentielle pour lâ mise en oeuvre de la présente inven- tion. Il est important de n'utiliser que des proportions d'addition des pro- duits précités qui favorisent la dissolution des gaz dans la masse et qui ont un certain pouvoir minimum de dissolution et de gonflement à l'égard de la mas- se dont on part. Les agents qui n'ont pas de pouvoir dissolvant ne conviennent pas pour le présent procédé. Quand on les utilise, la matière synthétique se précipite, lors de la mise en oeuvre, sous la forme d'une masse compacte.
Les solvants et plastifiants peuvent être utilisés seuls ou sous la forme de mé- langea On choisit leur nature et la composition des mélanges de telle sorte qu'ils soient les plus appropriés pour le processus de fabrication et pour le
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produit final désiré.,
Pour la fabrication de corps cellulaires durs, on mélange des matiè- res synthétiques dures en elles-mêmes avec des solvants ou des plastifiants, ou à la fois des solvants et des plastifiants distillant à température rela- tivement basse et qui peuvent facilement être chassés du corps cellulaire.
Lors de la fabrication de corps cellulaires mous, on utilise des solvants ou des plastifiants, ou à la fois des solvants et des plastifiants à température d'ébullition élevée, qui ne sont pas volatils et qui se maintiennent dans le corps cellulaire. Les solvants et les plastifiants volatils peuvent être ajou- tés à la masse avant, pendant ou après sa transformation qui la fait'passer sous la forme meuble et finement divisée conforme à la présente invention.
En tout cas, les solvants et plastifiants ajoutés doivent rendre' possible ou améliorer l'absorption de gaz par la masse. La faculté de disso- lution des gaz des solvants et des plastifiants est variable. Les solvants-ou plastifiants non volatils ont souvent un faible pouvoir de dissolution à l'é- gard des gaz. Il faut par conséquent, quand on les utilise, ajouter en outré aux masses des agents qui provoquent la formation d'un bon pouvoir de disso- lution de la masse à l'égard des gaz, Ces agents sont le plus souvent volatils et une partie de ces derniers peut se volatiliser au cours de l'élaboration.
Il faut toutefois qu'une certaine partie reste dans la masse afin d'accroître son pouvoir d'absorption à l'égard des gaz.
On choisit les solvants et les plastifiants d'après la masse dont on part. Pour les matières synthétiques, comme le chlorure polyvinylique, les agents qui provoquent la formation d'un bon pouvoir de dissolution à l'égard des gaz sont constitués par exemple par l'acétone, l'éthylméthylcétone, l'acé- tate de butyle, la cyclohexanone, et pour le caoutchouc par exemple par l'es sence.
Les matières premières qu'on utilise pour le procédé peuvent être constituées aussi bien par des matières synthétiques thermoplastiques non susceptibles de vulcanisation, comme par exemple le chlorure de polyvinyle, le polystyrolène et d'autres produits de polymérisation, d'autre part l'acé- tate de cellulose et les composés analogues, que par des élastomères comme . les caoutchoucs synthétiques et naturels. Les matières doivent, conformément à la présente invention, se présenter sous une forme meuble et à l'état fine- ment divisé et être accompanées de solvants et de plastifiants qui favori- sent le pouvoir de dissolution à l'égard des gaz.
Le passage des matières premières à la forme meuble finement divi- sée peut se faire de différentes manières et dépend de la nature des matières.
Les matières synthétiques thermoplastiques peuvent être utilisées à l'état non plastifié ou à l'état plastifié. Dans le premier cas, on fait passer les matiè- res à la forme d'une masse meuble, sèche, granuleuse et grumeleuse à l'aide de solvants ou de plastifiants ou à la fois de solvants et de plastifiants et de diverses manipulations comme l'agitation, le réchauffage et des manipula- tions analogues, Les solvants distillant à basse température sont aspirés par les matières synthétiques quand ils sont bien dosés et ils fournissent alors directement des grains gonflés et secs, Si on utilise par contre des solvants distillant à des températures plus élevées, ces derniers fournissent, surtout quand on les utilise en quantités assez grandes, et lorsqu'on les mélange de la manière habituelle, des masses souvent pâteuses qu'il ne faut pas utiliser,
d'après le présent procédé, Mais si on met ces mélanges en oeuvre en utilisant en même temps des solvants volatils.,--on parvient à mettre également ces mélan- ges sous une forme granuleuse. Il ne se 'produit pas de plastification de la masse. Cette masse meuble n'oppose pas de résistance mécanique à la pression des gaz et elle possède une surface aussi étendue que possible, c'est-à-dire une surface du type le plus favorable pour la dissolution des gaz. Mais on peut aussi réduire dans un broyeur la matière première, constituée par une résine synthétique thermoplastique, en particules d'une grosseur allant de cel- le de grumeaux à celle d'une poudre et l'humecter en même temps avec des sol- vants ou des plastifiants ou encore des produits de gonflement.
Dans certains cas, il peut au contraire être avantageux de commen-
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cer par plastifier ou par gélatiniser la masse et de la décomposer ou broyer ensuite. Cette manière d'opérer a l'avantage que le mélange est d'abord rendu homogène, de sorte que lors de la compression dans le moule sous haute pres- sion, il ne peut pas arriver que les constituants du mélange se séparent, com- me cela se produit souvent avec les mélanges non plastifiés., En outre, les masses plastifiées peuvent sans difficultés être mises dans un état finement divisé et homogène, tandis que le simple mélange des matières synthétiques avec des solvants et des plastifiants demande souvent, suivant la nature des constituants, une habileté particulière ou une technique spéciale quand on veut obtenir des poudres régulières.
La plastification peut se faire de n'importe quelle manière, par exemple par chauffage jusqu'à des températures assez élevées, par compression et chauffage ou par le travail sur des cylindres. On obtient des masses plas- tifiées sous différentes formes telles que des plaques, des galettes minces, des feuilles,des barres, etc... Le broyage de la masse plastifiée obtenue de cette façon peut également se faire de différentes façons. C'est ainsi qu'on peut éventuellement soumettre les différents morceaux, les plaques etc... à un concassage préalable et ensuite les faire passer par broyage à l'état de poudre dans un broyeur ou dans n'importe quel autre dispositif de pulvérisati- on.
Au lieu de commencer par préparer la masse plastifiée, on peut aus- si partir de déchets des matières déjà plastifiées, comme il s'en produit lors de la fabrication et de la mise en oeuvre de telles matières.
En tout cas, il se produit dans tous ces modes possibles de mise en oeuvre des petits morceaux de poudre plus ou moins fins et plus ou moins mous, qui reposent les uns sur les autres sans compression et qui absorbent facilement le gaz de traitement et qui se laissent très bien mettre en oeuvre.
La masse plastifiée peut également être transformée par laminage en feuilles minces, par exemple en feuilles d'une épaisseur de O,lmm. et moins, et être utilisée comme matière première dans le moule de moulage sous pressi- on. A cet effet, on découpe dans les feuilles des morceaux adaptés au contour du moule de presse et on les superpose dans ce moule sans les serrer les uns contre les autres. Le cas échéant, on peut aussi étirer les masses plastifiées sous la forme de fils.
Tout comme avec les matières synthétiques, on peut également pla- cer dans le moule de presse des feuilles d'élastomères, comme le caoutchouc, préparées d'une manière connue, et les transformer ensuite en corps cellulai- res,
Lors de la mise en oeuvre de matières en feuilles, il importe que ces feuilles reposent les unes sur les autres sans compression à l'état meu- ble et comprimable quand on les utilise dans la presse, de telle sorte que le gaz ait accès entre les feuilles partout jusque dans la masse. Dans le cas de feuilles relativement plus dures, en chlorure polyvinylique, cela se réa- lise sans précautions spéciales.
Si les feuilles tendent au contraire à se coller les unes aux autres, comme par exemple dans le cas du caoutchouc, on obtient l'état meuble en séparant les feuilles les unes des autres à l'aide d'une substance de préférence pulvérulente, qu'on répand entre les feuilles, substance qui est absorbée par la masse ou liée par elle dans la suite du travail de celle-ci. Dans le cas des élastomères, on utilise comme poudre par exemple du stéarate de zinc, dans le cas de masses à base de résines syn- thétiques de préférence de la poudre de'résine synthétique, cette résine étant avec avantage identique à celle de la matière dont on est parti.
Dans le trai- tement thermique consécutif des feuilles, la poudre de séparation disparaît dans la masse chauffée ou rendue gélatineuse, et après le refroidissement on est en présence d'un corps parfaitement ou tout au moins pratiquement homo- gène.
Par ailleurs, on sait que les élastomères dn peuvent pas être fa- cilement transformés en des passes pulvérulentes, parce que la masse brute tend sans cesse à s'agglomérer par collage, au cours de .son broyage ou après
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son broyage, de sorte qu'on ne peut en obtenir que de gros morceaux ayant un faible pouvoir de dissolution à l'égard des gaz. Conformément à la présente invention, on peut toutefois faire passer cette masse facilement dans un état de fine division, meuble, comprimable, par exemple d'une poudre, si on com- mence par la vulcaniser au préalable (vulcanisation partielle) et-si on la broie ensuite dans un broyeur ou dans un autre dispositif de réduction à l'é- tat de très petits morceaux.
Dans le cas- de ces élastomères réduits en petits morceaux, on élève également avec avantage le pouvoir de dissolution des gaz par un commencement de dissolution ou de gonflement à l'aide d'agents appro- priés comme l'essence.
Lorsque les masses ont alors été mises dans l'état de fine divisi- on désirée, meuble et comprimable, à pouvoir accru de dissolution à 1''égard' des gaz, on les charge dans la presse, on les traite comme cela a été indiqué sous b) et c), de sorte que le gaz s'y dissout, puis on lés soumet ensuite aux autres traitements connus qui les font passer à l'état de corps cellulaires.
Conformément à la mesure indiquée ci-dessus sous b), on peut, par différence avec les procédés connus, se contenter de pressions de-gaz exté- rieures inférieures à 100 atmosphères, par exemple de 10 à 30 atmosphères, et on introduit alors, par exemple à travers un clapet de retenue, le gaz dans le moule de presse. Si on dispose dans certains cas d'un moule de presse re- lativement grand par rapport à la charge de matière, on peut laisser le gaz pénétrer dans le moule à la pression atmosphérique sans compression préalable, l'élévation de la pression n'étant assurée que dans la phase suivante c) du procédé.
Selon cette phase c), on élève la pression du gaz, après fermeture de l'arrivée du gaz, par exemple par compression du moule à.l'aide d'une pres- se hydraulique, jusqu'à la valeur habituelle et nécessaire d'après la matière dont on est parti, par exemple jusqu'à 50 à 300 atmosphères, par introduction de piston dans le moule, la masse étant alors comprimée autant que possible jusqu'au voisinage du volume qu'elle occuperait dans la cellule sous la forme d'un corps solide continu.
Pendant ou, de préférence, après la compression, on élève la tem- pérature de telle sorte que la masse se prenne en gelée lors de la compres- sion par le piston ou se transforme en une masse continue. La masse devient alors homogène ou d'une consistence régulière et contient les gaz uniformément dissous dans toutes ses parties. Ensuite, on continue à travailler la masse d'une manière connue pour en tirer le corps cellulaire désiré, par exemple par refroidissement du moule d'une manière connue sous pression, et ensuite suppression de la pression. Le corps a alors pris la forme du moule et n'est pas dilaté ou n'est que peu dilaté. On le retire alors du moule et on en pro- voque la dilatation par réchauffage.' Dans le cas d'élastomères, on procède pendant la dilatation ou après celle-ci à la vulcanisation finale.
Les solvants et plastifiants volatils s'échappent alors plus ou moins rapidement du corps cellulaire, tandis que les plastifiants peu volatils restent dans le corps cellulaire et rendent celui-ci plastique.
On a trouvé d'autre part qu'on peut favoriser de façon considérable la formation d'une constitution cellulaire régulière et plus fine si on ajou- te aux matières premières de faibles quantités, par exemple 1 à 2% en poids, d'un produit de gonflement, comme du dinitrile d'acide azoisobutyrique ou du diazoaminobenzène. Pour ne pas¯nuire à l'agent de gonflement par le traite- ment préalable de la masse de résine¯synthétique, on peut avec avantage ne l'ajouter qu'après le traitement préalable, de préférence avec le solvant ou produit de gonflement ou en solution avec ce dernier, ou à la fois en même temps et en solution avec le solvant ou produit de gonflement qui peut être par exemple le solvant ou le plastifiant volatil.
Exemples
1 ) On ajoute 300 grammes de chlorure polyvinylique à un solvant volatil, par exemple 200 grammes de tétrahydrofurane et'on mélange le tout dételle
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se a absorbé la totalité du solvant sans que les petits grains individuels col- lent les uns aux autres pour former une bouillie pâteuse, et elle a un poids apparent d'un peu plus de 500 gr, par litre. On met cette quantité de poudre dans un moule dont le vide peut recueillir cette quantité en totalité, soit d'un volume d'environ 1000 cm3.. Le moule est constitué par un récipient à parois épaisses dans lequel le piston peut pénétrer.
Le moule doit pouvoir ê- tre comprimé par le piston de telle 'sorte que les 500 gr. totaux qui y ont été introduits puissent être comprimés entièrement ou presque entièrement jusqu'au point où leur densité devient normale. Il aura donc pratiquement, à l'état comprimé, un volume d'à peu près 500 cm3 . Le piston du moule doit être mis en place avant la compression dans la partie supérieure du moule de telle sorte qu'il ferme le moule de façon étanche. A ce moment, on introduit de 1' extérieur, d'une manière appropriée, de l'azote gazeux à 20 atmosphères envi- ron, dont on remplit le moule. L'azote est retenu par un clapet de retenue et le piston est ensuite introduit dans le moule à l'aide d'une presse hydrauli- que jusqu'à la compression voulue du gaz et de la matière introduite.
Avec le gaz comprimé à 100 atmosphères environ, on porte la matière comprimée, sous cette pression, de la manière habituelle, par réchauffage pendant 30 minutes environ, à 170 C environ, à la suite de quoi on laisse le moule se refroidir et on l'ouvre. Le gaz est absorbé par la matière de façon pratiquement complè- te. Le corps retiré du moule est ensuite dilaté, par un nouveau réchauffage, avec formation du corps cellulaire désiré, comportant des cellules fermées, En réchauffant le corps, on provoque l'expulsion partielle ou totale, par éva- poration, du solvant hors du corps cellulaire formé. L'enlèvement du reste du solvant peut également s'obtenir sans réchauffage, en laissant la pièce reposer à la température ordinaire pendant un temps prolongé.
Le corps cellulaire for- mé comporte des cellules entièrement fermées, il est dur et rigide et a un poids spécifique d'environ 0,025. Son épaisseur est d'environ 5 à 6 cm, sui- vant la construction du moule, et le corps comporte une constitution cellulai- re régulière et serrée.
Si on utilise pour la préparation de la masse de départ meuble, grumeleuse et granuleuse, en plus du solvant non volatil, des plastifiants, par exemple du tricrésylphosphate, on obtient un corps cellulaire analogue, mais mou et élastique.
2 ) On transforme en plaques, en les faisant se prendre en gelée, 300 parties en poids de chlorure polyvinylique et 200 parties en poids de dioctylphtalate. On réduit les plaques en petits morceaux et on broie ces derniers à l'état de poudre dans un broyeur. On humecte ensuite le poudre avec 100 parties en poids de tétrahydrofurane, en tant que solvant volatil, éven- tuellement dès la phase de broyage. On obtient une poudre fine et sèche à par- tir d'une masse gélatinisée et gonflée.
On peut aussi faire se prendre en gelée les mêmes matières premiè- res et les étirer en feuilles minces d'environ 0,1mm. sur des cylindres. On découpe ensuite les feuilles en morceaux ou bien on le.s emboutit d'une fagon correspondante qui correspond à la section du moule de la presse. On humecte ensuite les différents morceaux de feuilles avec du tétrahydrofurane et on les superpose dans le moule de la presse, en répandant chaque fois entre les feuil- les, à la façon d'une poudre, du chlorure polyvinylique pulvérulent.
On ferme ensuite le moule qui contient ,-la'poudre gélatinisée ou les feuilles, d'une manière connue, on le remplit de gaz à une pression d'en- viron 10 à 30 atmosphères, par exemple d'azote, et on le presse contre la matière jusqu'à ce que la pression du gaz atteigne environ 200 atmosphères.
Pendant ou après la compression, on chauffe jusqu'à la température de for- mation de la gelée et on refroidit à 70 ou 90 C, tandis qu'après une faible dilatation préalable dans le moule on refroidit de la manière habituelle à peu près jusqu'à la température ordinaire. Le produit obtenu de cette façon est ensuite retiré du moule et on en provoque la dilatation à chaud. Lors de la compression et du réchauffage à l'intérieur du moule, les différentes par- ticules individuelles de poudre ou les feuilles se fondent ensemble pendant la gélification et forment après l'ouverture du moule un corps parfaitement
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homogène qui comporte des cellules dans toute son étendue, après la dilatati- on..
3 ) On fait subir à 400 grammes de caoutchouc un commencement de vulcanisation à 60 à 80 C environ, de la manière habituelle, on refroidit, on broie dans un broyeur et dans ce broyeur ou à la suite on humecte avec 100 gr. d'essence. La suite du traitement dans le moule de la presse se fait comme dans l'exemple 1, mais on ne porte la température qu'à 100 C environ et on ne vulcanise pas à fond. On termine la vulcanisation en dehors du mou- le de la presse, après la dilatation, à 1400 C environ.
Revendications.
1 ) Procédé de fabrication de corps cellulaires, à cellules fer- mées, en matières synthétiques thermoplastiques, par incorporation de gaz sous pression aux dites matières dans un moule pouvant être comprimé, la masse contenant des gaz étant soumise à une dilatation après le refroidisse- ment, éventuellement par l'action d'un nouveau réchauffage, caractérisé par le fait qu'on fait passer les matières premières, avant l'introduction dans un moule de presse muni d'un piston mobile, dans un état finement divisé, meu- ble, comprimable, et par le fait qu'on incorpore des solvants ou des plasti- fiants qui dès la température ordinaire favorisent sous une pression élevée une dissolution des gaz dans la masse, et par le fait qu'ensuite on fait arri- ver de l'extérieur dans cette masse, dans le moule de la presse, des gaz sous une pression de préférence modérée,
égale par exemple à 10 à 30 atmosphères, par le fait qu'ensuite on comprime la masse avec le gaz, dans le moule de la presse, par introduction du piston au moins jusqu'à ce qu'on atteigne la pres- sion de gaz nécessaire à la dissolution des gaz dans la masse, à la suite de quoi on réchauffe le moule avec la masse et qu'on la soumet ensuite à la sui- te des traitements avec formation du corps cellulaire.