Produit destiné à la formation des corps composites L'objet de la présente invention est un produit destiné à la formation de corps composites conte nant un métal à l'état divisé et au moins une matière plastique adhérant au métal ou une ou des subs tances engendrant une telle matière.
Les métaux très finement divisés, et particuliè rement les bronzes et l'aluminium, sont employés dans l'industrie des peintures, mais la proportion de pigment métallique par rapport à la résine est faible et ne dépasse généralement pas quelques pour-cents en poids. Ainsi les propriétés mécaniques des cou ches formées après le séchage de ces peintures sont dominées surtout par la nature des résines qu'elles contiennent.
La présente invention vise, au contraire, à four nir un produit dans lequel le métal contribue large ment à la détermination des propriétés du produit en lui conférant des qualités remarquables et im prévues. Dans ce but, le métal est utilisé sous une forme moins finement divisée que celle sous laquelle les métaux divisés sont généralement utilisés, par exemple, dans les peintures.
Le produit, objet de l'invention, contient au moins un métal divisé et, mélangée avec lui de ma nière homogène, au moins une matière plastique adhérant au métal ou une ou des substances aptes à engendrer une telle matière plastique, et il est caractérisé en ce que le degré de division du métal est tel qu'au moins la moitié du métal est sous forme de fragments dont la plus petite dimension dépasse 0,07 mm.
Par métal divisé on entend ici un métal à l'état de grains, fils et filaments courts, copeaux, feuillets, etc. Ledit produit peut contenir, en plus du métal et de la matière plastique, des adjuvants tels que solvants, plastifiants, colorants, charges pulvérulen tes, fibreuses ou en paillettes.
Des matières telles que, par exemple, le poly styrène, le chlorure ou- l'acétate de polyvinyle, les résines acryliques, métacryliques, urée-formaldéhyde, phénol-formaldéhyde, polyesters, polyamides, époxy ou autres, peuvent être avantageusement utilisées comme matière plastique. Par moulage ou calandrage du produit, on obtient des masses qui présentent une résistance à l'usure considérable, et, de plus, des résistances au choc, à la traction et à la compression très élevées.
On a ainsi, sous la forme désirée, des masses dont les propriétés mécaniques se rapprochent de celles des métaux, alors que les propriétés thQr- miques, électriques et acoustiques restent suffisam ment voisines de celles de la matière plastique, pour pouvoir constituer des isolants thermiques, électri ques ou acoustiques convenables.
Cet ensemble de propriétés fait que ces masses présentent de grands avantages dans de nombreuses applications industrielles. Ainsi conviennent-elles tout particulièrement pour les toitures, les planchers, le marquage des routes (lignes blanches, passages cloutés, etc.), joints de toutes sortes pour pièces mé talliques ou autres, et pour un grand nombre d'arti cles divers.
Pour préparer le produit selon l'invention, on peut mélanger la poudre métallique avec une solu tion de la matière plastique dans un solvant appro prié et laisser ensuite évaporer ce dernier. On peut aussi incorporer le métal divisé à la matière plastique à l'état fondu. Un autre mode opératoire consiste à mélanger le métal divisé avec la matière plastique prise sous la forme de poudre. Il est bon, pour l'ho mogénéité de la masse, que la matière plastique soit gélifiée au moment où on la mélange avec le métal. Le mélange obtenu suivant un quelconque de ces modes opératoires peut alors être moulé sous une pression convenable ou calandré à la température à laquelle se travaille normalement la matière plastique utilisée.
Le métal divisé peut aussi être mélangé avec une matière première liquide susceptible de se transfor mer en une matière plastique, sous l'action d'un catalyseur. On ajoutera le catalyseur au mélange du métal divisé avec cette matière première liquide et l'on pourra laisser durcir la masse dans un moule.
Une variante consiste à pousser à l'extrême la pro- portion de métal, par exemple à plus de 95 %, et jus- qu'à 99 0/0, de façon à n'avoir qu'une quantité de ma tière plastique juste suffisante pour coller par points les uns aux autres les grains métalliques voisins; on obtient avec ce produit, au lieu d'une masse étanche, un corps poreux pouvant être utilisé comme filtre.
Les masses ou corps obtenus avec les produits confor mes à l'invention peuvent posséder des qualités très supérieures à celles de la résine qu'ils contiennent, particulièrement si le métal est utilisé à un degré de division tel qu'au moins la moitié de ce métal se trouve sous la forme de fragments dont la plus petite dimension dépasse 0,14 mm.
Le métal pouvant se trouver sous la forme de fragments tels que grains, fils, feuillets ou copeaux de dimensions diverses, il convient que la proportion de fragments, dont la plus petite dimension est infé rieure à 0,14 mm, soit inférieure à 501% dans la quantité totale de métal employé. Ainsi, lorsque le métal est utilisé sous forme de grenaille, il faut que cette grenaille contienne au moins 50 % de grains ne passant pas au tamis 100.
Si le métal est employé sous la forme de fils ou filaments, il faut qu'au moins la moitié de ces filaments aient une épaisseur supé rieure à 0,14 mm.
Bien que la limite supérieure de la plus petite dimension des fragments utilisés n'ait pas à être dé terminée avec rigueur, elle ne dépasse généralement pas 10 mm<B>;</B> elle est même le plus souvent inférieure à 5 mm. Lorsqu'il s'agit de l'emploi des grenailles métalliques, les résultats les meilleurs sont obtenus avec des grains dont la plus petite dimension est comprise entre 0,14 et 3 mm et, de préférence, entre 0,3 et 1,5 mm. Il est d'ailleurs recommandable d'utiliser des mélanges de grains de grosseurs diffé rentes, procurant un bon remplissage de l'espace.
En ce qui concerne la plus grande dimension des fragments métalliques utilisés, elle ne dépasse généralement pas non plus 10 mm, sauf dans le cas où le métal est sous la forme de fils ou filaments qui, eux, peuvent avoir une longueur de plusieurs centimètres.
Les propriétés mécaniques - et tout particuliè rement la résistance au choc - des matières plas tiques (résines) sont augmentées, lorsque la propor- tion de métal divisé est comprise entre 10% et 70 % en volume. Avec les alliages légers,
les résul- tats sont très appréciables pour des proportions, en volume, de ces métaux, comprises entre 20 et 60 0/0 du produit. C'est ainsi que des augmentations pouvant dépasser 300 0/0 - de la résistance au choc des matières plastiques, sont réalisables par l'adjonc tion d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium à ces matières, alors que les corps connus jusqu'à présent,
contenant moins de 10 0/0 ou plus de 70 % en vo- lume de métal divisé, sont toujours plus fragiles que la matière plastique correspondante, seule. Ces corps présentent aussi l'avantage de possé der des points de ramollissement plus élevés que la matière plastique seule.
D'autre part, l'amélioration des propriétés mé caniques, par rapport à celles de la matière plasti que de départ, amélioration qui passe généralement par un optimum correspondant à une proportion de métal et une granulométrie déterminées, dépend de la nature du métal ainsi que de la nature de la ma tière plastique utilisée.
Ainsi, par exemple, si l'opti mum de la résistance mécanique se situe au voisi- nage de 32 % en volume de grenaille d'aluminium dans le polystyrène,
il se situera au voisinage de 60!% en volume avec une résine de polychloroacé- tate de vinyle modifiée à l'anhydride maléique.
Les exemples ci-dessous illustrent le procédé selon l'invention et l'utilisation des produits obtenus. <I>Exemple 1</I> 70 kg de grenaille d'aluminium de granulomé trie corespondant aux tamis 16 à 45, c'est-à-dire dont les dimensions sont comprises entre 0,3 et 1 mm, l'on ajoute 30 kg de poudre de copolymère chloroacétate de vinyle connu dans le commerce sous la marque Afcovyl M.5 . Le mélange obtenu peut être comprimé sous une pression de 150 kg/cm2 à 1200 C pour former des plaques. Ce mélange peut aussi être utilisé comme suit Il est bien malaxé à chaud vers 140o C.
Il est ensuite calandré en bandes de 3 mm d'épaisseur, lar ges de 100 mm. Ces bandes sont collées sur la route en remplacement de la ligne blanche médiane, habi tuellement peinte ; pour cela ellés sont d'abord trem pées dans l'acétone et ensuite appliquées sur le bi tume chaud de la route. Leur surface extérieure, très résistante à l'usure, devient de plus en plus brillante à l'usage et elles servent presque indéfiniment, alors que les peintures utilisées jusqu'à présent doivent être renouvelées très souvent. <I>Nota</I> - Dans la présente description, les pro portions de métal divisé sont exprimées en pour-cent en<I>volume</I> du produit composite elles sont donc valables, quel que soit le poids spécifique du métal utilisé.
<I>Exemple 2</I> Du polystyrène en perles est mélangé avec de la grenaille d'aluminium. Ce mélange est moulé par injection dans un moule pour obtenir deux barreaux de dimensions 127 X 12,7 X 5 mm. Les conditions de moulage sont réglées de manière à obtenir des bar reaux sans retrait extérieur.
Les barreaux obtenus sont coupés en deux dans le sens de la longueur, entaillés à la fraise (suivant la Norme ASTM D. 256-47 T) et cassés à l'appareil Avery. Les résistances au choc ainsi mesurées, ex primées en kg/cm par cm d'entaille, sont indiquées, au tableau ci-dessous, pour différentes proportions de grenailles dans le produit et pour différentes gros seurs de grenailles.
Dans ce tableau, les proportions des grenailles sont exprimées en '% du volume du produit ; les gros- seurs sont définies par les numéros des tamis limites entre lesquels passent les grains employés.
EMI0003.0013
Avec le polystyrène seul - sans grenaille - la résistance au choc, déterminée dans les mêmes con ditions, est de 4 kg cm/cm d'entaille.
On voit donc qu'une granulométrie et une proportion convenable ment choisies, produisent ce résultat surprenant que la résistance se trouve considérablement améliorée. En effet, la colonne II du tableau ci-dessus (tamis 16 à 45) montre qu'avec des grains suffisamment gros, employés à la proportion de 32,4% en vo- lume, on arrive à une résistance au choc de 6,4 kg- cm/cm au lieu de 4 pour le polystyrène seul: la résistance est donc multipliée par 1,6.
Il est à remar quer d'ailleurs qu'un effet d'amélioration de la résis- tance est sensible depuis environ 14 % jusqu'à 42 0/0 de grenaille, l'optimum d'amélioration se situant aux environs de 32,4 0/0.
Avec la grenaille tamis 45 à 140, qui contient 46 % de grains passant au tamis 100, une certaine amélioration de la résistance au choc se manifeste encore pour des teneurs en grenaille comprises entre 10 et 25 % en volume,
mais au-delà de ces propor- tions la résistance est plutôt abaissée (voir colonne III du tableau).
Les chiffres du tableau précédent montrent que, lorsque la grenaille ne contient pas du tout de grains plus gros que tamis<B>100</B> (colonne IV), la résistance de la masse composite est moins bonne que celle du polystyrène non chargé. Le produit à base de poly- styrène à 32,
4 % en volume de grenaille passant entre tamis 16 et 45 donne une masse dont le point de ramollissement est de 60 C supérieur à celui du polystyrène seul (suivant essai de Heat Distortion ASTM D. 638).
<I>Exemple 3:</I> Des barreaux analogues à ceux de l'exemple 1 sont préparés, de la même manière, avec un produit contenant de la grenaille passant au tamis 100, uti- lisée à raison de 70 % en volume de produit. La résistance au choc est alors inférieure à 2 kg cm/cm.
<I>Exemple 4:</I> Des barreaux ont été moulés, comme dans l'exemple 1, avec un produit contenant 67;6 parties en volume de polystyrène et 32,4 parties en volume de grenailles de quatre granulométries différentes. Les résistances au choc suivantes ont été trouvées.
EMI0003.0083
Granulométrie
<tb> /o <SEP> de <SEP> grains <SEP> Résistance <SEP> au <SEP> choc
<tb> passant <SEP> aux <SEP> tamis <SEP> : <SEP> en <SEP> kg <SEP> cm/cm
<tb> 16 <SEP> à <SEP> 45 <SEP> 45 <SEP> à <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> à <SEP> 140
<tb> <B>100%</B> <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 6,5
<tb> 70 <SEP> 0/0 <SEP> 16,2'% <SEP> 13,8 <SEP> 0/0 <SEP> 5,8
<tb> 40 <SEP> 0/0 <SEP> 32,4 <SEP> 0/0 <SEP> 27,6% <SEP> 5,5
<tb> 0 <SEP> 54 <SEP> % <SEP> 46 <SEP> 0/0 <SEP> 4,
2 <I>Exemple</I> S On mélange 70 parties en poids (soit 53 % en volume) de grenaille d'aluminium de composition granulométrique suivante
EMI0003.0096
24 <SEP> % <SEP> passant <SEP> entre <SEP> tamis <SEP> 16 <SEP> et <SEP> 25
<tb> 36 <SEP> 0/0 <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> 25 <SEP> et <SEP> 45
<tb> 11 <SEP> 0/0 <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> 45 <SEP> et <SEP> 100
<tb> 9 <SEP> 0/0 <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> 100 <SEP> et <SEP> 140
<tb> 6,
4% <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> 140 <SEP> et <SEP> 200
<tb> 13,6'% <SEP> passant <SEP> au <SEP> tamis <SEP> 200 avec 30 parties en poids de poudre de résine phénol- formaldéhyde (marque Bakélite ). On moule le mélange obtenu, à la manière connue pour cette matière thermodurcissable. On obtient une masse dont les caractéristiques se comparent de la façon suivante à celles des Bakélites de fabrication courante.
EMI0004.0001
Produit
<tb> compo site <SEP> à <SEP> Bakélite <SEP> Bakélite
<tb> 53,% <SEP> en <SEP> chargée <SEP> chargée
<tb> volume <SEP> à <SEP> la <SEP> avec <SEP> des
<tb> de <SEP> farine <SEP> fibres
<tb> grenaille <SEP> de <SEP> bois <SEP> textiles
<tb> d'alu minium
<tb> Résistance <SEP> au <SEP> choc,
<tb> déterminée <SEP> sur <SEP> bar reaux <SEP> lisses,
<tb> kg <SEP> cm/cm <SEP> 17 <SEP> 6,5 <SEP> 7,5
<tb> Résistance <SEP> au <SEP> choc,
<tb> déterminée <SEP> sur <SEP> bar reaux <SEP> entaillés,
<tb> kg <SEP> cm/cm <SEP> 7 <SEP> 1,9 <SEP> 7,4
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> flexion, <SEP> kg/cm' <SEP> 1300 <SEP> 850 <SEP> 700
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> traction,
<SEP> kg/cm' <SEP> 700 <SEP> 320 <SEP> 300
<tb> <U>i</U> On voit donc que le produit contenant 5311/o en volume de grenaille d'aluminium (70 % en poids),
de granulométrie telle que 71 % des grains passent entre tamis 16 et 100, fournit des masses présentant des caractéristiques mécaniques très supérieures à celles des masses à base de Bakélite , que l'on fabrique habituellement.
<I>Exemple 6:</I> Une résine constituée par du copolymère chloro- acétate de vinyle avec 2,5 % d'anhydride maléique, stabilisée par l'addition de 4'% de sulfate tribasique de plomb,
a été dissoute dans un solvant constitué par une partie de méthyléthylcétone en mélange avec une partie de toluène. La solution obtenue contenait 100 g de résine pour 232 g de solvant.
Avec cette solution, on a préparé 3 mélanges à teneurs diffé- rentes en grenaille d'un alliage d'aluminium à 4% Cu et 1,2 % Mg, la grenaille passant entre tamis 16 et 45,
c'est-à-dire ayant des dimensions comprises entre 0,3 et 1 mm. Les mélanges ont été coulés en plaques de 4 mm d'épaisseur, que l'on a séchées à 800 C et ensuite moulées pendant 15 minutes à 1400 C. Des éprouvettes pour la mesure de la résis tance ont été découpées dans les plaques ainsi ob tenues. Des éprouvettes ont été préparées de la même manière à partir de la solution initiale ne contenant pas de grenaille. D'autre part, on a aussi préparé des éprouvettes directement à partir de la résine initiale, sans employer de solvant. Dans le tableau ci-dessous sont réunis les résultats des mesures de la résistance à la traction et au choc.
La résistance au choc a été déterminée à l'appareil de Dynstat.
EMI0004.0063
Proportion <SEP> de <SEP> Résistance <SEP> Résistance
<tb> grenaille <SEP> en <SEP> <B>10/0</B> <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> au <SEP> choc
<tb> du <SEP> volume <SEP> de <SEP> en <SEP> kg/cm' <SEP> en <SEP> g <SEP> cm/cm
<tb> produit <SEP> final
<tb> 0 <SEP> - <SEP> 50
<tb> 17,6 <SEP> 390 <SEP> <B>110</B>
<tb> 33,4 <SEP> - <SEP> 130
<tb> 61 <SEP> 560 <SEP> 220
<tb> 0 <SEP> 500 <SEP> 100
<tb> (préparé
<tb> sans <SEP> solvant) <I>Exemple 7:
</I> En appliquant le même mode opératoire qu'à l'exemple 4, on a préparé 3 produits dont la com- position finale était de 33,4 % en volume de grains d'alliage d'aluminium et 66,
6 % en volume de résine de polychloro-acétate de vinyle à 2,5 % d'anhydride maléique. Dans ces 3 produits, le métal se trouvait sous des granulométries différentes.
Les mesures de résistances ont donné les résultats suivants
EMI0004.0091
Résistance <SEP> Résistance
<tb> Granulométrie <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> au <SEP> choc
<tb> kg/cm' <SEP> gr <SEP> cm/cm
<tb> tamis <SEP> 16 <SEP> à <SEP> 45 <SEP> 460 <SEP> 130
<tb> tamis <SEP> 45 <SEP> à <SEP> 140 <SEP> 435 <SEP> 105
<tb> passant
<tb> au <SEP> tamis <SEP> 145 <SEP> 320 <SEP> 80