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PROCEDE DE FABRICATION DE CORPS CELLULAIRES DE FORME INALTERABLE.
Les corps cellulaires à cellules fermées, en matières thermoplastiques et élastomères, se-modifient plus ou moins à la suite d'un usage un peu prolongé ou quand on les garde en magasin un certain temps à la temperature ordinaire ou à température élevée, et cela parce qu'il se produit un retrait avec le temps. C'est ainsi que dans une pièce cellulaire- de préférence molle, préparée,, par exemple à partir de masses à base de chlorure polyvinylique, le retrait peut atteindre, en cas de mise en magasin prolongée ou d'utilisation prolongée, 10% et davantage et même jusqu'à 25% (vieillissement naturel).
Ce retrait peut sans doute être attribué avant- tout au fait que lors de la fabrication de la pièce ou du corps cellulaire il se forme des tensions élastiques dans les parais des cellules, sous l'action de la dilatation due à l'échauffement dit gaz enfermé dans les cellules, et sous la pression de ce gaz. Ces tensions ont naturellement tendance à réduire le volume des cellules et à en expulser le gaz qui y est enfermé. Or-, les gaz enfermés dans les cellules des corps cellulaires connus, comme par exemple l'azote ou l'air, ne sont à même de diffuser à.travers les parois des cellules que difficilement à la température ordinaire. Toutefois, les parois des cellules ne sont pas. tout à fait étanches, de sorte qu'on peut admettre qu'il se produit une perte de gaz dans les cellules avec le temps.
La tension des parois des cellules diminue par conséquent, ce qui conduit à des déformations, en particulier au retrait précité des-corps cellulaires.
Par suite de ces déformations, les corps cellulaires fabriqués jusqu'à présent ne sont pas stables et ils ne conservent pas leurs dimensions Pour de nombreux domaines d'application, un retrait se produisant après coup n'a pas grande-importance. Toutefois, pour des domaines d'application importants comme les dalles pour planchers, les revêtements des murs ou parois; les semelles de chaussures et autres objets, il est indispensable que
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les corps cellulaires mis sur le marché à l'état terminé conservent de fa- çon durable leur forme ou leurs dimensions, par exemple en vue de la mise en place ou pose ultérieure sous la forme de plaques suivant'des dimensions définies ou d'autres applications.
Cependant, on n'est pas encore parvenu, jusqu'ici, à cause de ce retrait, à fabriquer des plaques pour ces applica- tions en caoutchouc cellulaire ou en matières thermoplastiques ou élastomères sous la forme de corps cellulaires à cellules fermées.
Le présent procédé est relatif à la fabrication de corps cel- lulaires à cellules fermées qui conservent leurs dimensions et cela en par- ticulier à partir de corps cellulaires contenant un plastifiant et tels qu'on les obtient dans la fabrication normale, et qui, par conséquent, sont en totalité ou dans une large mesure parvenus à leur forme définitive ou dilatés. Le procédé consiste, selon la présente invention, en ce que l'on soumet les corps cellulaires à un traitement par la chaleur pendant un - temps relativement court, de sorte qu'après le refroidissement, par exem- ple lors de leur mise en magasin et lors de leur utilisation, ils ne présen- tent plus de déformations se produisant après-coup comme il s'en présente- rait autrement de façon spontanée et nuisible au bout d'un temps prolongé avec ces corps cellulaires.
L'expression "pendant un temps relativement court"..doit s'entendre, par rapport aux intervalles de temps longs que de- mande le vieillissement naturel qui ne se termine,qu'après des mois ou des années, comme désignant un temps d'une durée sensiblement moindre, égale par exemple à quelques minutes ou heures ou quelques jours. On con- state qu'après le traitement par la chaleur et le refroidissement consé- eutif des corps cellulaires, il ne se produit plus, dans ces derniers,'de déformations appréciables, notamment de phénomènes de retrait. Il est probable que cela doit être attribué au fait que la pression du gaz se trouve réduite et qu'elle ne produit plus de tensions, de sorte que les cellules n'ont pratiquement plus tendance à se déformer avec le temps.
Il est avantageux d'effectuer le traitement thermique des corps cellulaires dont on part au moins à des températures auxquelles l'état élas- tique souple des masses commence à faire place à l'état plastique (état où la matière est dépourvue de son aptitude à l'allongement élastique), c'est- à-dire à des températures comprises entre un point situé plus ou moins loin en-dessous de la limite supérieure d'écoulement et le voisinage même de cette limite (Houwink). Dans le cas du chlorure de polyvinyle conte- nant un plastifiant, cet intervalle de température est compris en général par exemple entre 105 et 140 C environ.
Dans de nombreux cas, il sera avantageux, suivant la structu- re du corps cellulaire dont on part, suivant la pression du gaz et la com- position de ce corps, de même que la structure finale désirée, qui sera d' une dureté variable, d'une- élasticité différente et d'autres caractéristiques diverses, de soumettre les corps cellulaires au-traitement thermique à des températures élevées de telle sorte et d'une durée telle qu'ils perdent ai moins une partie du gaz occlus dans les cellules avec abaissement de la pression. Ce cas est le plus fréquent, car,les corps dont on part con- tiennent en général après la dilatation un gaz diffusant difficilement qui se trouve sous une surpression considérable dans les cellules.
Cependant cette possibilité de laisser sortir par diffusion à température élevée uns partie du gaz des cellules ne constitue pas une condition absolument néces- saire pour le procédé indiqué ci-dessus du traitement par la chaleur en vue du vieillissement dit artificiel. Bien au contraire, il est probable que le traitement par la chaleur provoque également par lui-même, en particu- lier quand il a lieu au voisinage de la limite supérieure d'écoulement, et par suite de l'allongement, déjà une réduction considérable ou même une disparition des tensions élastiques dues au procédé de fabrication.
La température élevée de traitement précitée à laquelle le gaz occlus s'échappe plus où moins par diffusion peut, le cas .échéant, se trouver en totalité dans la zone de plasticité de la matière, par exemple, dans le cas du chlorure de polyvinyle, entre 140 et 180 C. Le traitement
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par la chaleur doit simplement se faire avec précaution et rester un peu en-dessous de la température à laquelle la structure cellulaire du . corps disparaîtrait ou serait altérée.
La température qui convient exactement dans chaque cas particulier dépend, naturellement, de la nature et de la composition de la matière et en particulier de la quantité du plastifiant qu'on lui a ajouté ainsi que de la structure du corps cellulaire et du gaz occlus dans les cellules, mais on peut sans difficulté la déterminer dans chaque cas particulier d'après les indications données ci-dessus.
Le traitement par la chaleur peut se faire de n'importe quelle manière quelconque, pourvu que cette manière conduise au but qui est de faire passer le corps cellulaire à un état dans lequel il conserve sa forme. Les considérations théoriques qui ont été exposées à ce propos pour expliquer les différents phénomènes qui s'accomplissent ne sont pas encore entièrement au point. Elles peuvent contribuer à la compréhension du procédé, mais elles ne conduisent pas à une définition exacte de ce dernier.
Ce qui est essentiel dans tous ces cas, c'est, d'une part, que les parois des cellules ne doivent pas subir de la part du gaz encore occlus, par la dilatation provoquée par le traitement par la chaleur, une contrain- te allant jusqu'à la rupture, et, d'autre part, que les tensions qui existent dans le corps cellulaire dont on est parti, et qui peuvent donner lieu à des déformations, soient supprimées.
Dans les cas où une partie du gaz occlus doit être éliminée des cellules malgré la résistance qu'il offre à la température ordinaire à la diffusion à travers les parois des cellules, il importe que le traitement par la chaleur soit fait à des températures telles et pendant des temps d'une durée telle que la perméabilité des parois des cellules soit suffisante également avec de tels gaz diffusant difficilement pour que le refroidissement ramène la pression des gaz à la valeur nécessaire.
Les corps cellulaires sont souvent revêtus, du fait de leur procédé de fabrication, d'une pellicule extérieure dense qui pourrait empêcher la diffusion même à température élevée. Dans ces cas, il est avantageux d'enlever cette pellicule, avant le traitement par la chaleur, au couteau ou d'une façon analogue, pour faciliter la diffusion des gaz.
La forme de réalisation la plus simple de l'invention consiste en un échauffement prolongé du corps cellulaire à traiter, échauffement effectué aux températures élevées précitées, par exemple par mise en place du . corps cellulaire dans une étuve. Le corps cellulaire se dilate tout d'abord progressivement et peut ensuite se contracter par abandon d'une partie du gaz qu'il contient. Lors du refroidissement, son volume diminue plus ou moins et les tensions élastiques des parois des cellules sont alors réduites ou entièrement supprimées. De cette façon le corps cellulaire a passé à l'état stable désiré dans lequel il conserve sa forme.
La durée du traitement par la chaleur dépend de¯la structure du corps cellulaire et de la nature ainsi que de la composition de la matière et de sa teneur, en particulier, en plastifiant. En général, on procède au traitement par la chaleur pendant quelques heures au moins, par exemple une à quatre heures. Mais, dans certains cas, par exemple avec les corps eellulaires à parois très épaisses,le traitement peut être prolongé davantage, par exemple atteindre 6 à 24 heures et davantage.
Pour ce qui est de la température de traitement, c'est ce qui a été dit ci-dessus qui s'applique, et on peut déterminer cette température dans chaque cas particulier, c'est-à-dire pour des corps cellulaires initiaux déterminés-, à l'aide d'un essai préalable simple.
Dans beaucoup de cas, il sera avantageux d'effectuer le traitement par la chaleur directement à la suite de la dernière phase de son processus de fabrication.'
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Une autre forme d'exécution de l'invention consiste à exposer le corps cellulaire pendant quelques temps à un vide pendant le traitement par la chaleur. Par ce moyen, on peut réduire la durée et la température du traitement par la chaleur.
Cette manière d'opérer peut être appliquée avec avantage à des corps cellulaires à parois de cellules minces et dans ces cas il peut suf- fire éventuellement d'une température d'environ 100 C pour le traitement par la chaleur. Le corps cellulaire se dilate fortement au cours de ce traitement, atteignant par exemple entre deux et six fois son volume. lors de la suppression du vide et du refroidissement, il se contracte de nouveau. En général, un traitement par le vide de quelques minutes seulement fournit déjà le résultat voulu, par exemple avec les masses contenant du chlorure polyvinylique. Toutefois, dans ce cas également, la durée néces- saire du traitement par le vide dépend, ainsi que cela a été exposé ci- dessus, de la nature du corps cellulaire.
Suivant le genre et la grandeur du corps cellulaire, il peut aussi être avantageux de soumettre 'ce corps avant l'introduction dans le vide à un traitement par la chaleur dans le sens ci-dessus exposé et à la pression ordinaire. Il peut alors être éven- tuellement superflu de continuer de faire apport de chaleur lors du trai- tement par le vide ou de prévoir une température plus élevée lorsque le :corps est encore chaud du fait du traitement préalable.
Une autre forme d'exécution du procédé selon l'invention con- siste enfin à traiter les corps cellulaires, dont le gaz qu'ils contien- nent est formé par de l'azote ou un- autre gaz diffusant difficilement, comme l'air, l'oxygène ou l'argon, lorsque le dit corps est à l'état plasti- que commençant ou nettement à l'état plastique et à une température élevée par un gaz ou une vapeur qui diffuse à travers les parois des cellules plus rapidement et plus facilement que le gaz occlus. Ce gaz, qui diffuse en général plus facilement, comme par exemple l'hydrogène ou l'anhydride car- bonique, pénètre alors dans les cellules par diffusion suivant la valeur de sa pression et élève la pression gazeuse dans les cellules de la valeur de sa pression partielle, de sorte que le corps cellulaire se dilate encore davantage.
Dans ce cas, on laisse le corps cellulaire se dilater, au cours du traitement par la chaleur et le gaz, jusqu'à ce que son volume ait aug- menté considérablement, par exemple de 30 à 50%. Lors de la suppression de l'atmosphère extérieure formée par le gaz qui diffuse facilement, le corps cellulaire revient à un volume moindre, car le gaz qui diffuse facile- ment sort de nouveau des cellules par diffusion, de sorte que ces derniè- res perdent les tensions qui ont donné lieu à des déformations.
On peut aussi procéder au traitement par la chaleur en lais- sant le corps cellulaire se dilater d'abord et en le fixant à l'état dila- té. Dans le cas, par exemple, d'élastomères, on peut obtenir ce résultat par exemple en durcissant les parois des cellules à l'aide de procédés chi- miques connus par eux-mêmes, comme par exemple la vulcanisation, de telle sorte qu'elles ne suivent plus la contraction du gaz lors du refroidisse- ment . On peut aussi réchauffer le corps cellulaire dans un moule fermé mais perméable aux gaz,de telle sorte qu'il ne puisse pas se dilater ou ne puisse se dilater que jusqu'à atteindre une dimension déterminée.
Le moule est perméable aux gaz, c'est-à-dire qu'il contient des ouvertures, des trous ou des fentes d'où le gaz qui sort par diffusion sous l'effet de l'échauffement peut s'échapper. Le corps cellulaire enfermé dans le moule abandonne par conséquent à ce moment sous l'action du traitement par la chaleur une partie du gaz qu'il contient et fournit après le refroidis- sement un produit de forme stable.
Si les corps cellulaires se composent par exemple de matières synthétiques contenant du chlorure de polyvinyle ou de matières synthéti- ques analogues, on met souvent ces matières en oeuvre lors de la fabrica- tion des corps cellulaires initiaux, avec ce qu'on appelle des plastifiants ou produits de gonflement ou solvants volatils, c'est-à-dire avec des plas- tifiants qui sont volatils dès la température ordinaire ou à température
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peu élevée. On peut citer comme plastifiants et solvants de ce genre par exemple pour le chlorure de polyvinyle, le benzène chloré, le butanol, le tétrahydrofurane, la méthyl-éthyl-cétone, etc... Grâce à l'addition de tels solvants ou plastifiants, on peut mieux faire dilater les corps cel- lulaires pour une même ,quantité de gaz agissant dans ce sens.
La résistance opposée à la dilatation est alors, en effet, d'autant plus faible que la teneur en solvant ou en plastifiant est plus grande. On chasse ensuite les agents volatils lors de l'opération de dilatation ou après cette opération, et on peut réduire ou faire disparaître par ce moyen un degré de molesse sou- vent nuisible du corps cellulaire. Dans les corps cellulaires fabriqués suivant ce mode opératoire, le traitement par la chaleur assure alors selon la présente invention en même temps l'expulsion des fractions de plasti- fiants volatils qui subsistent éventuellement.
Il est connu de chasser, dans la fabrication des corps cellulai- res qui contiennent des plastifiants volatils qui s'échappent en général dès la dilatation, des restes des plastifiants volatils à température peu élevée. Les températures et durées appliquées à cette occasion ne suffisent pas, toutefois, pour assurer le vieillissement artificiel recherché en l'es- pèce. Cependant, lors du traitement par la chaleur selon la présente inven- tion, les restes sont chassés, bien entendu, en même temps et encore plus efficacement et plus rapidement.
Par corps cellulaires terminés dont on part ou initiaux, il faut entendre, au regard du procédé selon la présente invention, seulement et uniquement des corps cellulaires dont la dilatation est terminée et dans lesquels le proc essus de fabrication est terminé, par conséquent des corps dans lesquels les plastifiants volatils précités et nuisibles dans le pro- duit final ont été sensiblement éliminés ou se sont échappés d'eux-mêmes.
Ce n'est que dans le cas exceptionnel précité qu'on peut aussi envisager, comme corps cellulaires dont on part, des corps qui contiennent encore des restes de plastifiants volatils.
Les corps cellulaires utilisés comme matière première peuvent être fabriqués de n'importe quèlle manière, pourvu- qu'ils forment des cel- lules fermées. Un procédé -qui convient particulièrement bien, c'est le procédé pour corps cellulaires d'un poids volumétrique inférieur à 0,4.
Le corps cellulaire peut être exécuté en n'importe laquelle des matières thermoplastiques traitée selon les conditions opératoires précitées, ou en n'importe quel élastomère, ou à la fois en l'une des dites matières et en l'un des élastomères, autrement dit, pratiquement, en tout thermoplaste ou élastomère dilatable ou susceptible de fluer chaud, comme par exemple le caoutchouc, les matières à base de chlorure de polyvinyle, les mélanges à base de polystyrolène et autres compositions appropriées de matières syn- thétiques.
Les corps cellulaires stabilisés selon la'présente invention ne présentent plus de retrait appréciable même, par un fait surprenant, quand on les met en usage aussi longtemps que l'on veut et même quand le degré de souplesse est élevé. C'est ainsi qu'on parvient à fabriquer-par exemple des.corps cellulaires qui présentent un retrait de vieillissement d'un pour cent au maximum et souvent même ne présentent aucun retrait me- surable, quelle que soit la durée de leur conservation en magasin ou de leur utilisation Par suite de leur bonne aptitude à conserver leurs dimensions, les corps cellulaires stabilisés peuvent être envisagés pour des domaines d'application intéressants et avantageux à divers égards, com- me par exemple comme produits de capitonnages comme dalles pour les sols, comme produits isolants,
contre la chaleur ou insonores ou à la fois calorifuges et insonores, pour les isolements électriques, eomme cales d'a- mortissement, comme semelles de chaussures, etc...
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Exemples d'exécution.
1 - On utilise un corps cellulaire à cellules fermées en chlo- rure de polyvinyle et dioctyle-phtalate dans la proportion de 50/50, dans lesquels la dilatation a été effectuée après la dissolution d'azote ga- zeux dans les masses par compression, gélification et refroidissement de ces masses d'une manière connue.
Le corps cellulaire préparé de cette façon et dont la dilata- tion est terminée a un poids spécifique d'environ 0,07 g/cm3; à environ 100 à 110 C, il commence à perdre son élasticité et à devenir plastique. D'a- près la présente invention, on le fait chauffer dans une étuve pendant 2 à 4 heures par exemple à des températures d'environ 100 à 110 C, ce qui a pour effet qu'il commence par se dilater, à la suite de quoi il prend plus ou moins un peu de retrait lorsque le traitement par la chaleur con- tinue. Ensuite, on le laisse refroidit jusqu'à' la température normale.
On obtient un corps cellulaire d'un poids spécifique d'environ 0,10 g/cm3.
Le corps cellulaire conserve dans une large mesure sa forme et ne présente, même quand on élève la température, aucun phénomène de retrait appréciable.
Ce produit peut être utilisé pour la-fabrication de matelas, de coussins, etc...
2 - On utilise, pour en élaborer, d'une manière connue, des corps cellulaires à cellules fermées, un mélange de 60 parties en poids, de chlo- rure de polyvinyle et de 40 parties en poids, d'un plastifiant, par exemple de tricrésylphosphate, avec 15 parties, en poids, d'un composé amino-azoï- que dégageant du gaz par dissociation, comme le diazo-amino-benzène. Le corps cellulaire terminé dans lequel la résistance élastique à l'allonge- ment cesse également de 100 à 110 C environ, est mis, après extraction du moule ou du four où en provoquerait sa dilatation par échauffement, dans une chambre dans laquelle règne le vide.
Dans cette chambre, on expose le corps cellulaire, ou bien en même temps une série de corps cellulaires de ce gen- re, pendant quelques minutes à une température d'environ 100 C et à un vide d'environ 100 mmo de hauteur d'eau, ce qui a pour effet que le- corps cellu- laire se dilate formetent,. Ensuite, on supprime le vide et on laisse le corps se refroidir, tandis qu'il revient à peu près à ses dimensions pri- mitives. On obtient un produit final conservant. à un degré élevé ses dimen- sions et présentant une grande stabilité, qu'on peut utiliser par exemple comme capitonnage pour les meubles et objets analogues ou bien pour des éléments de capitonnage complets terminés.
3 - On prépare un corps cellulaire selon l'exemple 1 en par- tant d'un mélange de 60 parties en poids, de chlorure de polyvinyle et de 40 parties en poids, de dioctylphtalate avec 20 parties en poids, de méthyl-éthyl-cétone à titre de plastifiant volatil. On porte ensuite le corps cellulaire pendant 3 à 4 heures de 100 à 110 C, ce qui a pour effet qu'il commence par se dilater, à la suite de quoi son volume diminue de nouveau. Le produit obtenu de cette façon a une grande stabilité de forme même quand il a été coupé en morceaux et il convient en conséquence à de, nombreuses applications.