CA2043724A1 - Macrospheres creuses et les materiaux de flottabilite les contenant - Google Patents

Macrospheres creuses et les materiaux de flottabilite les contenant

Info

Publication number
CA2043724A1
CA2043724A1 CA002043724A CA2043724A CA2043724A1 CA 2043724 A1 CA2043724 A1 CA 2043724A1 CA 002043724 A CA002043724 A CA 002043724A CA 2043724 A CA2043724 A CA 2043724A CA 2043724 A1 CA2043724 A1 CA 2043724A1
Authority
CA
Canada
Prior art keywords
macrospheres
hollow
weight
volume
resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
CA002043724A
Other languages
English (en)
Inventor
Jacques Jarrin
Eric Robert
Bernard Aubin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of CA2043724A1 publication Critical patent/CA2043724A1/fr
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/32Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof from compositions containing microballoons, e.g. syntactic foams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/12Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/58Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising fillers only, e.g. particles, powder, beads, flakes, spheres
    • B29C70/66Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising fillers only, e.g. particles, powder, beads, flakes, spheres the filler comprising hollow constituents, e.g. syntactic foam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D22/00Producing hollow articles
    • B29D22/04Spherical articles, e.g. balls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B3/00Hulls characterised by their structure or component parts
    • B63B3/13Hulls built to withstand hydrostatic pressure when fully submerged, e.g. submarine hulls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/50General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/51Joining tubular articles, profiled elements or bars; Joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; Joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/54Joining several hollow-preforms, e.g. half-shells, to form hollow articles, e.g. for making balls, containers; Joining several hollow-preforms, e.g. half-cylinders, to form tubular articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2023/00Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2023/10Polymers of propylene
    • B29K2023/12PP, i.e. polypropylene
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/16Fillers
    • B29K2105/165Hollow fillers, e.g. microballoons or expanded particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2309/00Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2303/00 - B29K2307/00, as reinforcement
    • B29K2309/08Glass
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/54Balls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/706Buoys
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/772Articles characterised by their shape and not otherwise provided for
    • B29L2031/7734Spherical

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

On décrit des macrosphères creuses constituées de polypropylène chargé de fibres de verre longues et leur utilisation dans la fabrication de matériaux de flottabilité. Les macrosphères creuses ont un diamètre de 2 à 20 cm et peuvent être fabriquées par assemblage de deux hémisphères creus obtenus par exemple par moulage ou par injiction de polypropylène chargé. Les materiaux de flottabilité considérés comprenant par exemple de 30 à 60 % en volume de telles macrosphères creuses, de 0 à 40 % en volume de macrosphères creuses de 0,2 à 1,5 cm de diamètre, de 20 à 50 % en volume de microbilles en verre creuses de 5 à 500 micromètres de diamètre et de 10 à 40 % d'au moins une résine thermodurcie telle qu'un polybutadiène, un polyépoxide, un polyester insaturé ou un polyuréthanne. Les materiaux de flottabilité de l'invention présentant des propriétés optimales de densité, de résistance à la compression hydrostatiques et d'absorption d'eau.

Description

~ IJ~ J ~7 ~,, S~

L'invention concerne le domaine des matériaux utilisés pour apporter de la flottabilité aux structures immergées.
Elle concerne plus particulièrement des macrosphères creuses d'allègement et lesmatériaux de flottabilité dans lesquels ces macrosphères creuses sont utilisées.
Les matériaux de flottabilité sont constitués généralement par l'association d'une résine, souvent thermodurcissable~ et de charges d'allègement résistant à la pression hydrostatique.
Ces charges d'allègement sont le plus souvent des microsphères de verre creuses (ou microballons), qui peuvent être préparées notamment selon les descriptifs 0 des brevets US A-2 797 ~01 et US A-3 365 315. Les matériaux obtenus par l'association d'une résine thermodurcissable et de microsphères creuses de verre(ou mousses syntactiques) ont des caractéristiques qui dépendent de la qualité
de la résine utilisée et de celles des microballons. La fabrication de ces matériaux se fait en mélangeant la résine à l'état liquide à une proportion aussi élevée 15 que possible de microbilles de verre creuses tout en évitant l'apparition d'une porosité dans la résine.
La résine est alors thermodurcie et l'on obtient des matériaux composites con-stitués par exemple de 55 à 65 5'o en volume de microbilles de verre creuses et de 45 à 35 % en volumes de résine thermodurcie. Les conditions de fabrication 20 de tels matériaux syntactiques sont décrites par exemple dans les documents de brevets FR A-') 346 403, FR A-'> 361 438, US A-4 107 134, au nom de la demanderesse.
Les caractéristiques généralement reconnues à ces matériaux sont leur faible densité~ leurs propriétés mécaniques en compression hydrostatique et leur faibleabsorption d'eau.
La faible densité dépend de la densité de la résine thermodurcie, de la den-
2~ ~ 3~2~

sité des microbilles de verre creuses et du taux de remplissage volumique enmicrobilles de verre creuses. Les résines généralement utilisées peuvent être des polyépoxydes (brevet FR A-2 592 385), des polyesters insaturés ou des polyuréthannes, ou être à base de polybutadiène, comme décrit dans les docu-5 ments de brevets au nom de la demanderesse déjà mentionnés plus haut, oudans le document de brevet GB A-l 195 568.
Une description générale des matériaux se trouve dans l'article de M. Puterman, N. Narkis et S. Kenig intitulé: "Syntactic Foams I: preparation, structures and properties". Les brevets US A-3353981 et US A-3230 184 décrivent également 0 la fabrication de mousses syntactiques.
Dans la descritpion qui suit, les densités pourront être assimilées à des massesspécifiques et seront souvent données en g/cm3.
Les propriétés mécaniques en compression hydrostatique des matériaux syn-tactiques dépendent du degré de réticulation de la résine thermodurcie, de ses 15 propriétés mécaniques et des propriétés mécaniques des microbilles de verre creuses incorporées dans la résine.
La faible absorption d'eau sous pression permet de maintenir stable dans le temps l'apport de flottabilité aux structures immergées.
On donne ci-après certaines caractéristiques standard de matériaux syntactiques 20 décrits dans les documents de brevets au nom de la demanderesse, et l'on in-dique les profondeurs d'utilisation auxquelles ces matériaux sont adaptés. Les matrices de ces matériaux sont à base de résine entièrement hydrocarbonée et constituée d'un mélange thermoréticulé comprenant un ou plusieurs monomères styréniques et du polybutadiène riche en unités 1,2.
25 Les valeurs données à titre indicatif dans le tableau 1 montrent que ce type de matériaux peut être utilisé dans une gamme de profondeur comprise entre 0 et ~ ~f ~ J f 6000 m environ pour des densités variant de 0,43 à 0,59 g/cm3.

~Iicrosphères creuses Kl' B28/750~D 32/4500 Profondeur d'utilisation (m) L~ 2500 6000 5Densité du matériaux 0,43 0,52 0,59 syntactique (g/cm3) Absorption d'eau ('~o) < 1 < 1 < 1 après 24 h à (MPa) 15 _5 60 * marques déposées de microsphères creuses 0commercialisées par la Société 3~1.

La gamme des pressions d'utilisation couvre bien le domaine d'utilisation po-tentiel de ces matériaux. Les fonds sous-marins plus profonds que 6000 m sont relativement peu nombreux et on n'envisage pas pour l'instant de les exploiter.
Par contre, la densité des matériaux est une caractéristique très importante à
5 contrôler.
En eflfet, lors de l'utilisation, le volume de matériaux de flottabilité immergédoit être le plus faible possible pour limiter les contraintes hydrodynamiques s'appliquant à la structure (courants, effets de houle) et les coûts liés au trans-port, à la manipulation et à la pose des éléments de flottabilité autour de la 20 structure. C'est pourquoi l'utilisateur recherche toujours un compromis optimal entre la densité du matériau et sa résistance à la compression hydrostatique.
En particulier dans le domaine des faibles profondeurs d'eau (0 à 1000 m en-v iron), l'utilisateur préférera employer des matériaux de plus faibles densités.
Ces matériaux peuvent être des mousses expansées en polychlorure de vinyle i 2 ,~

ou en polyimide (brevet US A-4 433 068).
Dans ce cas, il est très difflcile d'obtenir une structure expansée avec des cellules fermées à 100 %. On observe généralement que pour ce type de matériau, la résistance à la pénétration de l'eau sous pression est beaucoup plus faible que dans le cas des mousses syntactiques et les utilisateurs préférent utiliser à nouveau des mousses syntactiques, allégées cette fois par l'incorporation de macroboules creuses d'allègement.
Ces macroboules creuses sont des sphères creuses de diamètre compris entre 1 mm et 200 mm environ, ce qui les différencie des microsphères creuses. La préparation de matériaux syntactiques avec macroboules creuses est décrite par exemple dans le brevet US A-3 622 437.
Les macroboules d'allègement peuvent être réalisées de diverses manières. L'enro-bage de sphères en polystyrène expansé par une résine thermodurcissable chargée de fibres courtes de verre, puis la réticulation de la résine à chaud permet de réaliser des macrosphères creuses. ~vlais dans ce cas, il devient très délicat de fabriquer des macroboules dont le diamètre excède '> cm environ, alors que pour optimiser le taux de remplissage en charge d'allègement, une répartition bino-dale en macroboules est nécessaire, une répartition binodale en macroboules étant constituée d'un ensemble de macroboules de diamètres variés dans lequel la variation de la fréquence statistique des macroboules en fonction du diamètre comporte deux maxima bien différenciés. Il peut s'agir plus particulièrement de l'association de deux populations de macrosphères creuses de diamètres suf-fisamment différents. Le texte du brevet publié sous le numéro international de publication WO 87/04 662 décrit une technique de soufflage de bulles dont le diamètre est limité à 10 mm et qui présente donc le même inconvénient.
Pour augmenter le diamètre des macroboules, des techniques telles que le ro-72~

tomoulage ou l'expansion de mélanges de résines liquides chargées en micro-billes de verre ont été proposées dans les brevets US A-4 111 713 et US A-4 482 590. Ces modes de préparation sont délicats à mettre en oeuvre du fait du temps de cycle relativement long lors du rotomoulage et de la ther-moréticulation des résines. De plus, il est très difflcile d'éviter une décantation ou une porosité des macroboules fabriquées selon ces techniques, en particulier lors de l'expansion des agents porogènes. L'absorption d'eau de ce type de macroboules est généralement très supérieure à celle obtenue par collage ou soudage de demi-sphères en matériaux thermoplastiques chargés obtenues par 0 injection ou moulage, comme décrit par exemple dans le brevet US A-3 622 437.
Cette dernière technique d'injection puis assemblage d'hémisphères en matériaux thermoplastiques renforcés en fibres de verre courtes semble être la plus ap-propriée pour réaliser des macroboules de diamètre compris entre '~ et 0 cm environ.
5 Ces macrosphères sont caractérisées par leur densité (rapport du poids de matière utilisé au volume de la macrosphère), leur résistance à l'implosion et leur absorption d'eau sous pression hydrostatique en fonction de la durée d'utilisation. Elles sont également caractérisées par leur compatibilité chimi-que avec les résines employées dans la fabrication des mousses syntactiques~ en 20 particulier lors de la réticulation à chaud des matériaux.
On a maintenant découvert qu'il était possible de fabriquer des macrosphères creuses qui présentent un compromis optimal entre les diverses propriétés recher-chées dans la fabrication de matériaux de flottabilité. Ces macrosphères creusesainsi que leur utilisation seront décrites plus précisément ci-après.
2s Les macrosphères creuses de l'invention peuvent être définies d'une manière générale par le fait qu'elles sont constituées de polypropylène chargé à 25-50 ~o 2~ ~ ~72~

en poids de fibres de verre longues et que leur diamètre peut aller de 2 à 20 cm.
L'épaisseur de leur paroi est plus particulièrement de 0,S à 5 mm.
Ces macrosphères présentent les propriétés optimales de densité et de résistanceà la compression hydrostatique, cette dernière propriété étant le moins possibleaffectée par un séjour prolongé en immersion dans l'eau.
Les polypropylènes utilisables dans la fabrication des macrosphères creuses de l'invention présentent un indice de fluidité compris entre 0,2 et 50 g/10 mn.
Cet indice est défini d'après la norme ASTM D-1238 et n'est autre qu'une mesure de la masse de polymère qui s'écoule à 230C et sur une durée de 10 mn 0 lorsque l'on extrude ledit polymère à travers une filière de dimension standard et de diamètre égal à 2,095 mm sous une charge de '>1,6 ~.
Les fibres de verre longues ont en général une longueur allant de 1 à 10 mil-limètres, alors que les fibres de verre dites "courtes" ont en général une longueur allant de 0,2 à 1 millimètre.
Les macrosphères creuses de l'invention peuvent être fabriquées par assemblage, par exemple par soudage ou collage, de deux hémisphères creux. eux-mêmes obtenus par exemple par moulage ou par injection du polypropylène chargé tel que décrit plus haut. Le soudage des deux hémisphères peut être réalisé par friction ou par ultra-sons, et le collage, au moyen de colle de type époxyde, acrylique ou néoprène.
Les matériaux de flottabilité de l'invention sont obtenus par incorporation no-tamment des macrosphères creuses telles qu'elles ont été décrites précédemment, dans une résine thermodurcissable.
Ils sont définis plus particulièrement par le fait qu'ils comprennent:
2s de 30 à 60 % en volume de macrosphères creuses telles que définies plus haut;

, 7 2 f~

de 20 à 50 ~o en volume de microbilles creuses ayant un diamètre de 5 à 500 micromètres; et de 10 à 40 ~o en volume d'au moins une résine thermodurcie.
I1 est également possible selon l'invention d'incorporer une proportion pouvant aller jusqu'à 40 ,~o en volume de macrosphères creuses ayant un diamètre de 5 0,2 à 1,5 cm, dans le but d'améliorer le remplissage de la résine en charges d'allègement. Ces macrosphères sont connues de l'art antérieur. Il peut s'agir par exemple de macrosphères creuses fabriquées par enrobage de sphères en polystyrène expansé par une résine thermodurcissable chargée de fibres de verre courtes, suivi de la réticulation à chaud de la résine. De telles macrosphères 0 sont commercialisées par la Société Emerson & Cumming.
La résine thermodurcie utilisée comme matrice des matériaux de flottabilité
de l'invention peut être choisie parmi les résines hydrocarbonées insaturées (par exemple polybutadiènes), les polyépoxydes, les polyesters insaturés et les polyuréthannes .
15 Elle résulte plus particulièrement de la cuisson d'une résine thermodurcissable à base de polybutadiène, comprenant de préférence de 30 à 70 Yo en poids d'au moins un polybutadiène contenant au moins 30 ,~o d'unités - 1,2 et présentant une masse moléculaire moyenne en nombre inférieure à 20 000, de 29,5 à 69,5 ~o en poids d'au moins un monomère vinylique choisi par exemple parmi le styrène, 20 le vinyltoluène, l'cY-méthylstyrène et le tertiobutylstyrène, ainsi qu'au moins un peroxyde organique, comme composé initiateur de réactions radicalaires, en une proportion de 0,5 à 5 % en poids.
On peut en outre introduire dans la résine thermodurcissable du vinyltriéthoxy-silane, par exemple en une proportion allant jusqu'à 2 ~0 en poids par rapport 25 au poids total de la résine, pour améliorer l'adhérence de la résine sur les parois de verre des microbilles.

, ' ~
3 7 ~ ~

La résine thermodurcie considérée peut encore résulter de la cuisson d'une résine époxyde comprenant un ou plusieurs prépoiymères portant des fonctions époxydes, mélangée en des proportions sensiblement stoechiométriques avec au moins un durcisseur choisi parmi les composés portant au moins une fonction anhydride, amine, alcool ou acide carboxylique et les catalyseurs usuels pour cetype de résines.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. Certainsmatériaux sont décrits et testés à titre de comparaison.

72~

EXEMPLE 1:
Dans cet exemple, on compare les propriétés de macrosphères creuses numérotées de 1 à 10, réalisées à partir de divers matériaux numérotés 1 à 9.
Matériau 1: résine époxy chargée de fibres de verre courtes; de masse volu-5 mique: 1,35 g/cm3.
Matériau 2: résines polymère acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) chargée de 20 5'o en poids de fibres de verre courtes; masse volumique: 1,23 g/cm3.
Matériau 3: résine polybutylène téréphtalate (PBT) chargée de 30 % en poids de fibres de verre courtes; masse volumique: 1,53 g/cm3.
lo Matériau 4: résine polypropylène (PP) chargée de 40 % en poids des fibres de verre longues; masse volumique: 1,22 g/cm3.
Matériau 5: résine polypropylène (PP) chargée de 30 ,~o en poids de fibres de verre courtes; masse volumique: 1,14 g/cm3.
Matéria,u,, ~: résine polyamide dérivant du caprolactame (PA 6); masse volu-5 mique: 1 ,12 g/cm3 .
Matériau 7: résine polyamide PA 6 chargée de 30 % en poids de fibres de verre courtes; masse volumique: 1,37 g/cm3.
Matériau 8: résine polyamide dérivant d'acide adipique et d'hexaméthylène diamine (PA 6.6) chargée de 50 % en poids de fibres de verre courtes; masse volumique: 1,57 g/cm3.
Matériau 9: résine polyarylamide chargée de 50 % en poids de fibres de verre courtes; masse volumique: 1,64 g/cm3.
Les macrosphères creuses réalisées à partir de ces matériaux ont les caractéristiques et propriétés indiquées ci-après dans le Tableau 2.

Macrosphères Matériau Diamètre Masse volumuque Résistance à I
la compression hydrostatique (cm) (g/cm3) (MPa) 1 1 0,15-1,3 0,32 7 2 2 5,0 022 7,5 3 2 5,0 0,275 10 d~ 3 5,0 0,29 11
4 5,0 0,23 12 6 5 5,0 0~22 7 7 6 5,0 0,21 7 8 7 5,0 0,26 > 10 9 8 5,0 0,30 > 10 9 5,0 0,31 > 10 Les macrosphères creuses 1 sont commercialisées par Emerson ~ Cummings.
Les macrosphères creuses 2 à 10 sont préparées par assemblage de 2 demi-sphères obtenues par injection à partir du matériau 2 à 9 considéré.
Des caractéristiques et propriétés lues sur le tableau 2, il apparait que le meilleur 20 compromis entre la résistance à la compression et la densité est obtenu avec les macrosphères creuses 5 réalisées à partir de polypropylène chargé à 40 % en poids de fibres de verre longues.
E~EivlPLE 2:
On a déterminé, pour les macrosphères creuses 1, 3, 4, 5, 7, 8, 9 et 10, la ~ ~ "l~ ~J ~

pression de collapse, l'absorption d'eau pendant divers séjours en immersion et la pression de collapse après chaque séjo~ur. Les résultats sont donnés dans le tableau 3 suivant.

PressionAbsorption d'eau Pression ~Iacrosphères Collapse Collapse creusesinitiale après immersion (MPa) après a (~o) (MPa) 1 7 10 jours ~0C 4 4 o 10 2 jours 20C 0,7 6 4 10 125 jours 20C 0~3 10 12 125 jours '>0C 0'3 12 7 10 jours 20C 6,2 2,4 14 jours 60C 8,6 _~0 3 > 10 10 jours 20C 3'4 6~2 14 jours 60C 5,2 6~6 9 > 10 10 jours _0C 2,3 8,3 14 jours 60C 3'9 6,6 .
> 10 10 jours 200C 3'3 7'0 20 Il apparait que les macrosphères creuses selon l'invention (n ~) absorbent le minimum d'eau et ont les mêmes résultats en pression de collapse après et avant un séjour en immersion de longue durée (125 jours).

2~7~
_ 12_ EXEMPLE 3:
On a fabriqué des matériaux de lqottabilité en utilisant les macrosphères creuses notées 1, 3, 4 et 5 et deux résines thermodurcissables différentes: une résine époxyde et une résine hydrocarbonée insaturée. La résine époxyde est constituée de 41,5 ~o en poids d'Epikote 815 (marque déposée de la Société Shell) de 57,5 %en poids d'anhydride dodécylsuccinique et de 1 ~o en poids de tri n-butyl amine.Les conditions de thermoréticulation mises en oeuvre sont les suivantes:

20 heures à 80C
10 heures à 130C

0 La résine époxyde a une masse volumique de 1,04 g/cm3 et une viscosité de 350 10~6m2/s à 20C.
La résine hydrocarbonée insaturée est constituée de:
48 Yo en poids de polybutadiène, commercialisé par la Société Revertex sous la référence Lithène AH (marque déposée);
48 5'o en poids de vinyl toluène;
1 % en poids de perbenzoate de tertiobutyle - Trigonox C
(marque déposée de AI~;ZO);
2 ~o en poids de peroxyde de dicumyle - Perkadox BC 95 (marque déposée de AI~;ZO); et 1 ~o en poids de vinyltriéthoxysilane.
Les conditions de thermoréticulation sont les suivantes:

20 heures à 80C
20 heures à 140C
Cette résine a une masse volumique de 0,98 g/cm3 et une viscosité de 80 2s 10~6m2/s à 20C.

2 ~ 2 ~

Chacune des deux résines utilisées contient de microbilles de verre creuses ayant un diamètre de 5 à 500 micromètres, en une proportion de 29 à 33 % en poids selon la viscosité de la résine. (microbilles commercialisées par 3M sous la dénomination K1).
Pour les matériaux A et F (voir tableau 4) le taux de remplissage en macrosphères creuses est d'environ 60 % en volume pour 40 ,~o en volume de mélange résine-microbilles. Pour les matériaux B, C, D, G, H et I, le taux de remplissage en macrosphères creuses est de l'ordre de 35 % en volume pour 65 % en volume de mélange résine-microbilles. Pour les matériaux E et J, on a utilisé deux sortes 0 de macrosphères creuses: des macrosphères creuses de type 1 (diamètre moyenenviron 0,5 cm) occupant environ 20 % en volume et des macrosphères creuses de type 5 (diamètre 5 cm) occupant environ 33 % en volume, pour 47 % en volume de mélange résine-microbilles.
Les pièces dont on a déterminé les caractéristiques sont des cylindres de 30 cm de haut et 15 cm de diamètre.
Les caractéristiques ont été mesurées sur les pièces telles que sorties du moule, c'est-à-dire sans revêtement extérieur. Dans ces conditions, les macrosphères creuses présentes en paroi sont directement au contact de l'eau sous pression lors de la mesure de la résistance à la compression hydrostatique.
Il apparait tout d'abord (matériau G) que l'association de macrosphères en ABS avec la résine hydrocarbonée n'est pas judicieuse puisque, après ther-moréticulation, les macrosphères en ABS sont fortement déformées. La mousse syntactique G est poreuse et fragile.
Il apparait également qu'avec les deux tvpes de résines, les densités les plus faibles sont obtenues en utilisant les macrosphères 5 en polypropylène renforcé
par des fibres de verre longues. De même, quel que soit le type de macrosphères utilisé, la résine hydrocarbonée insaturée conduit au matériau présentant la plus faible densité.

~Iatériau Résistance compression 5Référence Résine Macrosphères SyntactiqueHydrostatique densité (MPa) A époxy 1 0,42 8~3 B 3 0 ,40 9, 5 C " 4 0,41 11,5 0 D " 1 0,39 9~5 E " ;) 0.36 8~5 F hydrocarbonée 1 0,39 7 ,8 G " ~ 3 ~0~38 _ H .. 4 0,38 10,7 `~ ~ 36 11~3 Dans le cas de la réalisation de pièces de faibles volumes, le taux de rem-plissage accessible avec les macrosphères de 5 cm de diamètre reste peu élevé
(environ 35 %) et il est alors avantageux d'optimiser le taux de remplissage en macrosphères en associant deux populations de macrosphères de diamètres suf-fisamment différents. (Matériaux E et J). Il apparait alors que l'association dela résine hydrocarbonée insaturée, des macrosphères en polypropylène chargé
à 40 ~o en fibres de verre longues et de macrosphères de plus faible diamètre permet de préparer les matériaux de plus faibles densités (Matériau J).

: ' 2 ~

EXEMPLE 4:
Cet exemple illustre les caractéristiques des macrosphères selon l'invention lors de la fabrication de pièces de volume pl~s important. Dans ce cas, le taux de remplissage en macrosphères est supérieur.
Des pièces de 60 litres (cylindre de 35 cm de diamètre et 60 cm de hauteur) ont été fabriquées avec différentes macrosphères et la résine hydrocarbonée in-saturée décrite dans les exemples précédents, associée à des microbilles K1.
Les caractéristiques des matériaux syntactiques réalisés sont données dans le tableau 5, ci-après:

Densité Résistance Matériau Macrosphères mousse compression syntactiquesyntactique hydrostatique ( MPa) .
K 5 0~3'~ 1'2,3 L 4 0~36 10~5 M 1 0~36 6~5 20 ~1 ~ ~

Dans ce cas, il apparait clairement que les meilleurs résultats sont obtenus avec les macrosphères 5 (matériau K) ou par l'association de ces macrosphères avec d'autres macrosphères de diamètres nettement inférieurs (matériau N).

- ~ ~

Claims (9)

1 - Macrosphères creuses caractérisées en ce qu'elles ont un diamètre de 2 à
20 cm et en ce qu'elles sont constituées de polypropylène chargé à 25-50 % en poids en fibres de verre longues.
2 - Macrosphères selon la revendication 1, caractérisées en ce que leur paroi présente une épaisseur de 0,5 à 5 mm.
3 - Macrosphères selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisées en ce que le polypropylène présente un indice de fluidité, mesuré selon la norme ASTM
D-1238 à 230°C sous 21.6 N, de 0,2 à 50 g/10 mn.
4 - Macrosphères selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisées en ce que les fibres de verre longues présentent une longueur allant de 1 à 10 mm.
5 - Méthode de fabrication de macrosphères selon l'une des revendications 1 à
4, caractérisées en ce que l'on assemble deux hémisphères préparés par moulage ou par injection.
6 - Matériau de flottabilité caractérisé en ce qu'il comprend:
de 30 à 60 % en volume de macrosphères creuses selon l'une des revendications 1 à 5:
de 0 à 40 % en volume de macrosphères creuses ayant un diamètre de 0,2 à
1,5 cm;
de 20 à 50 % en volume de microbilles en verre creuses ayant un diamètre de 5 à 500 micromètres; et de 10 à 40 % en volume d'au moins une résine thermodurcie.
7 - Matériau selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite résine thermo-durcie est choisie parmi les résines hydrocarbonées insaturées les polyépoxydes,les polyesters insaturés et les polyuréthannes.
8 - Matériau selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite résine ther-modurcie résulte de la cuisson d'une composition comprenant:
de 30 à 70 % en poids d'au moins un polybutadiène contenant au moins 30 %
d'unités 1,2 et présentant une masse moléculaire moyenne en nombre inférieure à 20 000;
de 29,5 à 69,5 % en poids d'au moins un monomère vinylique choisi parmi le styrène, le vinyltoluène, l'.alpha.-méthylstyrène et le tertiobutylstyrène;
de 0,5 à 5 % en poids d'au moins un peroxyde organique; et de 0 à 2 % en poids de vinyltriéthoxysilane.
9 - Matériau selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite résine ther-modurcie résulte de la cuisson d'une résine époxyde comprenant au moins un prépolymère portant des fonctions époxydes mélangé en des proportions sub-stantiellement stoechiométriques avec au moins un durcisseur choisi parmi les composés portant au moins une fonction anhydride, amine, alcool, ou acide carboxylique.
CA002043724A 1990-05-31 1991-05-31 Macrospheres creuses et les materiaux de flottabilite les contenant Abandoned CA2043724A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR90/06907 1990-05-31
FR9006907A FR2662634B1 (fr) 1990-05-31 1990-05-31 Macrospheres creuses et les materiaux de flottabilite les contenant.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CA2043724A1 true CA2043724A1 (fr) 1991-12-01

Family

ID=9397240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CA002043724A Abandoned CA2043724A1 (fr) 1990-05-31 1991-05-31 Macrospheres creuses et les materiaux de flottabilite les contenant

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JPH04232034A (fr)
BR (1) BR9102194A (fr)
CA (1) CA2043724A1 (fr)
FR (1) FR2662634B1 (fr)
GB (1) GB2244490B (fr)
NO (1) NO912069L (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110965145A (zh) * 2019-11-26 2020-04-07 湖南中泰特种装备有限责任公司 一种浮力超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法
CN112694717A (zh) * 2020-12-01 2021-04-23 河北汉光重工有限责任公司 一种混合空心玻璃微珠固体浮力材料的制备方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6058979A (en) * 1997-07-23 2000-05-09 Cuming Corporation Subsea pipeline insulation
US20070131348A1 (en) * 2005-10-19 2007-06-14 Katsuhiko Nakajima Process for laser welding
NO327689B1 (no) * 2007-10-22 2009-09-14 Statoilhydro Asa Fremgangsmate for a installere et rorlegeme i en olje-/gassbronn og rorlegeme for gjennomforing av fremgangsmaten
CN113621168B (zh) * 2021-09-10 2022-09-30 嘉兴学院 一种毫米级核壳结构球体材料及其制备方法
CN114605697B (zh) * 2022-04-20 2023-07-25 郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司 一种低密度高强度浮力材料及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3353981A (en) * 1963-01-28 1967-11-21 Michael S Striker Plastic articles of manufacture and methods of preparing the same
US3178736A (en) * 1963-08-02 1965-04-20 Gross Seymour Deep submergence type buoys
US3365315A (en) * 1963-08-23 1968-01-23 Minnesota Mining & Mfg Glass bubbles prepared by reheating solid glass partiles
US3622437A (en) * 1969-05-09 1971-11-23 Gen Dynamics Corp Composite buoyancy material
FR2361438A1 (fr) * 1976-08-11 1978-03-10 Inst Francais Du Petrole Compositions de resines allegees et leur preparation
SU801869A1 (ru) * 1979-04-09 1981-09-07 Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Синтетических Смол Способ получени полых макросфер
US4433068A (en) * 1982-09-27 1984-02-21 Long John V Process for producing bonded macroballoon structures and resulting product
US4482590A (en) * 1983-08-09 1984-11-13 Syncom International, Inc. Deep water flotation devices
FR2592385B1 (fr) * 1985-12-30 1987-12-31 Poudres & Explosifs Ste Nale Mousse syntactique, et procede de fabrication de cette mesure
US4671994A (en) * 1986-02-10 1987-06-09 Materials Technology Corporation Method for producing fiber reinforced hollow microspheres

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110965145A (zh) * 2019-11-26 2020-04-07 湖南中泰特种装备有限责任公司 一种浮力超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法
CN112694717A (zh) * 2020-12-01 2021-04-23 河北汉光重工有限责任公司 一种混合空心玻璃微珠固体浮力材料的制备方法
CN112694717B (zh) * 2020-12-01 2023-04-07 河北汉光重工有限责任公司 一种混合空心玻璃微珠固体浮力材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
FR2662634A1 (fr) 1991-12-06
NO912069D0 (no) 1991-05-29
NO912069L (no) 1991-12-02
FR2662634B1 (fr) 1992-08-28
GB2244490A (en) 1991-12-04
GB2244490B (en) 1993-11-17
JPH04232034A (ja) 1992-08-20
BR9102194A (pt) 1992-01-07
GB9111618D0 (en) 1991-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2419408C (fr) Structure multicouche thermoplastique pour reservoir a gaz
FR2567530A1 (fr) Article de matiere polymere synthetique et matiere synthetique polymere pouvant etre mise en forme, charge(e) de perles de verre; perles de verre destinees a leur preparation
EP2971327B1 (fr) Sirop (meth) acrylique liquide d&#39;impregnation d&#39;un substrat fibreux, procede d&#39;impregnation d&#39;un substrat fibreux, materiau composite obtenu apres polymerisation dudit substrat pre-impregne
CA2043724A1 (fr) Macrospheres creuses et les materiaux de flottabilite les contenant
EP3237538B1 (fr) Sirop (meth)acrylique liquide, procede d&#39;impregnation d&#39;un substrat fibreux par ledit sirop, et procédé de fabrication de pièces ou d&#39;articles mécaniques structurés à l&#39;aide de ce syrop
WO1993001372A1 (fr) Elements de structure composite transparents et leurs procedes de fabrication
CA2161653A1 (fr) Liant d&#39;adhesion a motifs glutarimides
EP3237471B1 (fr) Sirop (meth) acrylique liquide, procédé d&#39;imprégnation d&#39;un substrat fibreux par ledit sirop, et matériau composite obtenu après polymérisation dudit sirop d&#39;imprégnation
EP1957266A2 (fr) Panneau en materiau (ligno)cellulosique recouvert d&#39;un film multicouche a base de pmma et de pvdf
EP1405872A1 (fr) Utilisation d&#39;un film à base de PVDF, de PMMA ou leur mélange pour recouvrir des objets en matériau thermodur
FR2666176A1 (fr) Separateur et accumulateur plomb-acide scelle.
FR2837493A1 (fr) Aerogel a base d&#39;un polymere ou copolymere hydrocarbone et leur procede de preparation
EP0324680A2 (fr) Procédé de préparation d&#39;une feuille de matériau thermoplastique renforcé et feuille ainsi obtenue
CH518993A (fr) Procédé de fabrication d&#39;un produit moulé durci non poreux et résistant
EP1448706A2 (fr) Materiau polymere thermoplastique et disques moules
EP1313602B1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une piece de revolution par rotomoulage et piece obtenue
EP1397248A1 (fr) Tube protege en matiere plastique et procede de fabrication dudit tube
FR2469429A1 (fr) Materiau plastique a conductibilite thermique elevee et bonne resistance mecanique
CN105778420B (zh) 一种环氧树脂基复合材料及其制备方法
CA3163645A1 (fr) Structure multicouche pour le transport ou le stockage de l&#39;hydrogene
WO1996036664A1 (fr) Composition destinee a la fabrication de materiaux solides, notamment d&#39;objets sanitaires
JP2006512501A5 (fr)
EP1171279B1 (fr) Materiau composite cellulaire et produits obtenus a partir de ce materiau
WO2005068522A1 (fr) Procédé de greffage de polymère fluoré et structures multicouches comprenant ce polymère greffé
FR2470516A1 (fr) Stratifie conducteur de l&#39;electricite

Legal Events

Date Code Title Description
FZDE Discontinued