Procédé pour la fabrication de corps poreux à base de polytétrafluoréthytène
et produit en résultant
La présente invention concerne un plrocédé per- mettant de fabriquer à partir de polytétrafluoréthylène pulvérulent des corps prÉsentant une porosité déter- minée à l'égard des suidés. Ce procède permet aussi d'obtenir des corps de porosité variable. L'invention comprend encore les divers corps poreux ainsi obtenus, qui peuvent présenter de nombreuses applications, notamment dans le domaine de la filtration.
Suivant l'invention, le procède pour la fabrica- tion de corps poreux à partir de polytetrailuoréthy- lène à l'état pulvérulent, consiste à faine subir à la poudre de polytétrafluoxthylène une cuisson préala- ble rapide à une tempéiratuire comprise Cintre 365 et 3800 C, puis à mélanger intimement la poudre précuite ainsi obtenue avec de la poudre initiale non' cuite, après quoi le mélange'est mis dans un moule puis, de façon en elle-même connue, est comprimé sous une pression comprise entre 100 et 300kg/cm2 et, après démoulage, est soumis à une cuisson prolongée à une température comprise entre 365 et 3800C,
le co°ps finalement obtenu présentant une porosité qui croît avec ita proportion de poudre précuite.
La proportion de cette poudre peut être sensi- blement comprise entre 10"/o et 70"/o par rapport au poids de ce mélange.
Par l'utilisation de mélanges présentat des te- neurs différentes en poudre précuite, le procédé selon l'invention permet encore, comme il sera vu, d'ob- tenir des corps de porosité variable.
Diverses précisions concernant des modes d'exé cution pratiques du procédé visé par l'invention vont être maintenant exposées.
Le produit de départ est constitué par du poly tétrafluoréthylène du commerce à l'état pulvérulent, connu sous la dénomination de poudre à mouler > .
Par exemple, un tel produit est vendu par la firme du Pont de Nemours (U. S. A.) sous les dé'aonuna.tions commerciales TF1 , TF5 ou TF7 ; par la firme Impérial Chemioal Industries (Angieterirs) sous la dénomination G,ouencore par la firme
Rhône-Poulenc (France) sous la Idénomination So- reflon 5 . On trouvera ailleurs une description plus détaillée de ce corps dans l'ouvrage Matières Plastiques de Dousset tome III (pages 149-153) Dunod Editeurs-P, aris 19G1.
LapoudrecorrespondantedecouleurManche, qui est préparée par polymérisation du tétrafluoréthylène gazeux, est constituée par des particules extrêmement ténues de consistance gommeuse, qui ont tendance à s'agglomérer les urnes aux autres, de sorte qu'il ne paraît pas possible de définir leur gra nulométrie.
Con & xmémentauprocèdeselonl'invention,une certaine quantité de la, poudre précédente, qui n'a subi aucun traitement thermique préalable, est sou- mise à. une opération de cuissonpréimunaire.
Cette opération consiste à pa & ser. au four cette poudre non cuite du commerce, sans la comprimer et sans lui faire subir.detraitementmécaniquepréaita-
Me. La durée du séjour de la poudre dans le four est courte : quelques minutes, de façon à ne provoquer qu'une cuisson partielle des particules. La température du four est maintenue entre 365 et 3800 C.
On obtient ainsi une poudre précuite, dont les diversespaculesprésententlacaractéristique de ne pas pouvoir se souder les unes aux autres, si on les soumet à une compnession suivie d'une cuisson pro- longée.
Une fois refroidie, cette poudre précuite est mélangée intimement à'une certaine quantité de la poudre non cuite précédente. Ce mélange peut être assuré par tous moyens connus, notamment un mélan- geur à tambour tournant au un appareil à cuve fixe pourvu d'un agitateur à palettes.
Les proportions de poudre précuite par rapport au mélange binaire formé dépendent essentiellement de la porosité désirée pour Je produit final. L'expé- rience montre, en effet, que la porosité est d'autant plus grande que la proportion de poudre précuite est elle-même plus élevée. Vans la pratique, la proportion de poudre précuite peut être comprise entre 10 et 70 O/o, en poids, de la totalité du mélange. Si la proportion de poudre précuite est trop faible, la poro- sité du corps devient négligeable. Dans le cascontraire, c'est sa résistance mécaniquequisetrouve aNàiSie.
Les mélangesdepoudreprécuiteet de poudre non cuite, exécutés suivant les proportions appro- priées sont ensuite mis dans des moules dont la forme dépend de la destination du produit final. Par exemple, ces moules peuvent être cylindriques ou prismati- ques pour permettre la fabrication de cylindres, blocs, pastilles ou plaques de dimensions, formes ou contours les plus variés. La forme des moules peut éga- lement être plus élaborée si ondésire fabriquer des corps poreux tels que des récipients.
Une fois le moule rempli, le produit qu'il contient est soumis à un traitementpiézothe < nmiqueanalogue à celui habituellement employé pour mettre en forme des corps en polytétraifiluoróthylène. Ce traitement consiste enunecompressiondont le taux varie entre 100 et 300kg/cm2. Puis le corps ainsi préformé est démoulé et envoyé dams un four où il subit une cuisson à une températurecompriseentre365 et 3800 C, pendant plusieurs heures.
Les opérations précédemment exposées de mise en route, compression et cuisson, sontenelles-mêmes connues et usuellement appliquées pour la constitu- tion de corps en polytétrafluoréthylène non poreux, à partir de la poudre de polytétrafluoréthylène non cuite du commerce.
L'expérience montre toutefois ce résultat surpre- nant que ces mêmes opérations appliquées au mélange binaire constitué comme il a été vu, conduisent à la fin de la cuisson à des corps de nature poreuse.
La porosité du corps peut être appréciée en Mai- sant passer un gaz à. travers sa paroi sous l'effet d'une différence de pression de part et d'autre de celle-ci.
La mesure de la porosité est obtenue par celle du débit de gaz à travers ladite paroi sous une différence de pression donnée.
La porosité ainsi créée peut sans doute s'expli- quer par le fait que les particules précuites de poly tétraËuoréthylène ne peuvent s'agglomérer intimement lors, de la compression, et du second traitement thermique et laissent subsister entre elles d'infimes lacunes. Par contre, la cohésion de l'ensemble est assurée par les particules non précuites qui, dans le mélange binaire, jouent en quelque sorte le rôle de liant.
Les corps poreux qui peuventêtreobtenuspar le procédé selon l'invention permettentnotamment de séparer par diffusion sélective deux ou plusieurs gaz contenus Idans, une. mêmse enceinte. Ces corps peuvent également être utilisés pour de nombreux problèmes de filtration de gaz ou de liquides,en vue notamment de'l'élimination d'impuretés. Dans tous les cas, on bénéficie des avantages propres au poly- tétrafluoréthylèlne (grande inertie chimique,. résistance à des températures élevées, etc.).
Il est prévu de réaliser des corps de porosité variable ; à cet effet,. on constitue des mélanges binaires dans lesquels la proportion de poudre précuite varie par paliers. Ainsi,. on peut constituer des mélanges comprenant 60, 50.. 20 et 10 ouzo de poudre précuite.
On remplit alors'lemouleavec des couches suc cessives des mélanges. précédents, pris par exemple dansl'ordredospourcentagesdécroissants,la dernière couche pouvant être, par exemple, intégralement constituée par du polytétrailuoréthylène non cuit.
On en obtient.aprèsle'traitement de compression et de cuisson des corps qui possèdent une poro Eité var. iant lavec l'épaisseur, ce qui peut être utile pour la filtration de liquides souillés d'impuretés de dimensionsdifférentes.
La porosité est d'autant plus grande que la pro- portion de poudreprécuiteestplusélevée.
Exemple numérique
On veut constituer unie bougie filtrante. pour les gaz de 25 mm de diamètre intérieur, 35 mm de diamètre extérieur et 100 mm de hauteur.
On remplit unmouleen.tonne de chemise cylin- drique dont les diamètres correspondent à ceux prévus et dont la hauteur est'aumoinségaleàquatre fois celle désirée. On remplit ce moule d'une poudre composite comprenant 50"/e de poudre précuite.
On compmime le moule à 300 kg/cm , ce qui ramène la hauteur à 100amm, puis on chauffe une vingtained'heuresà375 C.
Après ce'délai,lapièce,unefoisrefroidie,consti- tue la bougie filtrante désirée.
Process for the manufacture of porous bodies based on polytetrafluoroethytene
and resulting product
The present invention relates to a process for making, from pulverulent polytetrafluoroethylene, bodies exhibiting a determined porosity to suidae. This process also makes it possible to obtain bodies of variable porosity. The invention also comprises the various porous bodies thus obtained, which can have numerous applications, in particular in the field of filtration.
According to the invention, the process for the manufacture of porous bodies from polytetrailuorethylene in the pulverulent state consists in undergoing, with the polytetrafluoxthylene powder, a rapid preliminary baking at a temperature comprised between Hanger 365 and 3800 C, then in intimately mixing the precooked powder thus obtained with the initial uncooked powder, after which the mixture is placed in a mold and then, in a manner known in itself, is compressed under a pressure of between 100 and 300 kg / cm2 and, after demoulding, is subjected to prolonged baking at a temperature between 365 and 3800C,
the co ° ps finally obtained exhibiting a porosity which increases with the proportion of precooked powder.
The proportion of this powder can be substantially between 10 "/ o and 70" / o with respect to the weight of this mixture.
By using mixtures of different precooked powder contents, the process according to the invention also makes it possible, as will be seen, to obtain bodies of variable porosity.
Various details concerning practical embodiments of the method targeted by the invention will now be explained.
The starting material is constituted by commercial polytetrafluoroethylene in the pulverulent state, known under the name of molding powder>.
For example, such a product is sold by the firm of Pont de Nemours (U. S. A.) under the commercial de'aonuna.tions TF1, TF5 or TF7; by the firm Impérial Chemioal Industries (Angieterirs) under the name G, or again by the firm
Rhône-Poulenc (France) under the Idenomination So- reflon 5. A more detailed description of this body can be found elsewhere in the work Matières Plastiques by Dousset volume III (pages 149-153) Dunod Editeurs-P, aris 19G1.
The corresponding powder with color Handle, which is prepared by polymerization of gaseous tetrafluoroethylene, consists of extremely fine particles of gummy consistency, which tend to agglomerate the urns with others, so that it does not seem possible to define their grain size.
In accordance with the process according to the invention, a certain amount of the foregoing powder, which has not undergone any prior heat treatment, is subjected to. a preliminary cooking operation.
This operation consists of pa & ser. this uncooked powder in the oven, without compressing it and without subjecting it to mechanical pre-treatment.
Me. The duration of the stay of the powder in the oven is short: a few minutes, so as to cause only partial cooking of the particles. The oven temperature is maintained between 365 and 3800 C.
A precooked powder is thus obtained, the various spaces of which have the characteristic of not being able to weld together, if they are subjected to a compnession followed by prolonged cooking.
Once cooled, this precooked powder is intimately mixed with a certain quantity of the previous uncooked powder. This mixing can be provided by any known means, in particular a mixer with a rotating drum or an apparatus with a fixed tank provided with a paddle stirrer.
The proportions of precooked powder relative to the binary mixture formed depend essentially on the porosity desired for the final product. Experience shows, in fact, that the porosity is all the greater the higher the proportion of precooked powder itself. In practice, the proportion of precooked powder may be between 10 and 70 O / o, by weight, of the entire mixture. If the proportion of precooked powder is too low, the porosity of the body becomes negligible. In the contrary case, it is its mechanical resistance which is found in ANaïSie.
The mixtures of precooked powder and unbaked powder, made in the appropriate proportions, are then placed in molds, the shape of which depends on the destination of the final product. For example, these molds can be cylindrical or prismatic to allow the manufacture of cylinders, blocks, pellets or plates of the most varied dimensions, shapes or contours. The shape of the molds can also be more elaborate if it is desired to make porous bodies such as containers.
Once the mold is filled, the product it contains is subjected to a piezoelectric treatment, similar to that usually employed to shape polytetraifiluorothylene bodies. This treatment consists of a compression whose rate varies between 100 and 300 kg / cm2. Then the preformed body is removed from the mold and sent to an oven where it undergoes baking at a temperature between 365 and 3800 C, for several hours.
The operations described above, for starting, compressing and curing, are themselves known and usually applied for the constitution of non-porous polytetrafluoroethylene bodies, from the uncooked polytetrafluoroethylene powder of the trade.
However, experience shows this surprising result that these same operations applied to the binary mixture formed as has been seen, lead to the end of the firing to bodies of a porous nature.
The porosity of the body can be assessed by passing a gas through. through its wall under the effect of a pressure difference on either side of it.
The measurement of the porosity is obtained by that of the gas flow rate through said wall under a given pressure difference.
The porosity thus created can probably be explained by the fact that the prebaked particles of polytetrafluoroethylene cannot intimately agglomerate during the compression and the second heat treatment and leave minute gaps between them. On the other hand, the cohesion of the whole is ensured by the non-precooked particles which, in the binary mixture, play in a way the role of binder.
The porous bodies which can be obtained by the process according to the invention make it possible in particular to separate by selective diffusion two or more gases contained in one. even pregnant. These bodies can also be used for many problems of filtration of gases or liquids, in particular for the elimination of impurities. In all cases, the advantages specific to polytetrafluoroethylene (great chemical inertness, resistance to high temperatures, etc.) are obtained.
It is planned to produce bodies of variable porosity; for this purpose ,. binary mixtures are formed in which the proportion of precooked powder varies in stages. So,. it is possible to constitute mixtures comprising 60, 50, 20 and 10 ouzo of precooked powder.
The mold is then filled with successive layers of the mixtures. previous ones, taken for example in the order of decreasing percentages, the last layer possibly being, for example, entirely constituted by uncooked polytetrailuorethylene.
This is obtained after the compression and firing treatment of bodies which have a poro Eité var. with the thickness, which can be useful for the filtration of liquids soiled with impurities of different dimensions.
The greater the porosity the higher the proportion of precooked powder.
Numerical example
We want to constitute a united filter candle. for gases 25 mm internal diameter, 35 mm external diameter and 100 mm high.
A tonne of cylindrical jacket is filled with diameters corresponding to those provided and whose height is at least four times that desired. This mold is filled with a composite powder comprising 50% of precooked powder.
The mold is compressed to 300 kg / cm, which brings the height back to 100amm, then we heat for twenty hours at 375 C.
After this period, the room, once cooled, constitutes the desired filter candle.