Procédé de soudage autogène de structures non textiles en polyamide
Jusqu'ici, les structures non textiles en matières plastiques étaient soudées ou liées à l'aide de liants externes ou par ramollissement par la chaleur, un solvant ou un plastifiant, et application d'une pression sur les structures ramollies. Le liant externe peut être une substance adhésive qui est durcie après son application, ou il peut être rendu adhésif après son application au moyen de chaleur, d'un solvant ou d'un plastifiant. Les liants externes peuvent être appliqués sous forme de poudre, de solutions, d'émulsions ou même sous forme de film. Cependant, ces procédés présentent plusieurs inconvénients.
L'emploi d'un liant extérieur pose des problèmes d'uniformité d'application et limite les propriétés de l'ensemble de l'article à celles du liant. Par exemple, si l'on utilise comme liant un film ayant un point de fusion relativement bas, les conditions de température auxquelles l'article final peut être soumis sont limitées par le point de fusion du film liant.
Le soudage autogène par les procédés antérieurs n'est pas facile à régler et tend fréquemment à modifier les propriétés esthétiques de l'article. Par exemple, lorsque le soudage est réalisé au moyen d'un solvant, il est difficile d'obtenir une adhésivité suffisante des structures sans dissoudre l'article tout entier, ou au moins en affecter défavorablement les propriétés physiques. En outre, les points de soudage ont fréquemment un aspect gonflé ou présentent d'autres signes de dissolution et de redéposition de polymère, que l'on qualifie généralement de migration de polymère. Le plus souvent, ces régions gonflées entourant les points de soudage ne présentent pas la même affinité tinctoriale, en raison des changements de structure cristalline localisés au site du soudage, d'où il résulte une teinture non uniforme.
Tenant compte des inconvénients ci-dessus, le but de la présente invention est de fabriquer des structures soudées en polyamides et en mélanges de ceux-ci qui sont exempts d'agents liants externes et de migration visible de polymère aux points de soudage.
La présente invention a pour objet un procédé de soudage autogène de structures non textiles en polyamide linéaire. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on met en contact mutuel les structures à souder, en ce que l'on applique une légère pression sur les structures à leur point de contact, en ce que l'on soumet les structures à un activateur gazeux choisi parmi les halogénures d'hydrogène, l'anhydride sulfurique et le trifluorure de bore pendant un laps de temps suffisant pour permettre une absorption en surface du dit activateur et en ce que l'on élimine l'activateur gazeux des structures.
Le gaz activateur peut être éliminé ou désorbé par lavage dans un bain d'eau neutre ou légèrement basique ou par chauffage à une température dépassant environ 900 C pour favoriser la désorption de l'activateur. Le gaz chlorhydrique est le gaz activateur préféré en raison de sa plus grande vitesse d'absorption et de désorption et la facilité relative de son maniement. Pour abréger et pour la commodité, le gaz chlorhydrique (HC1) sera utilisé comme exemple de gaz activateur dans la description de l'invention. De préférence, le gaz activateur est maintenu à une température de 20 à 250 C pour uniformiser les conditions du traitement et faciliter le maniement, bien que le soudage puisse être réalisé à des températures notablement supérieures et inférieures.
La vitesse d'absorption est fonction de la température, l'absorption étant plus rapide à chaud. I1 a cependant été constaté que la quantité de gaz activateur absorbé diminue avec un accroissement correspondant de la température jusqu'au point où aucune absorption ne se produit plus lorsque la température dépasse environ 1100 C.
Bien que les solutions aqueuses d'acide chlorhydrique soient des solvants connus pour de nombreux polyamides, le gaz chlorhydrique pur pratiquement non ionisé n'est pas un solvant, et le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre en conditions totalement anhydres, ce
qui dénote que le processus de soudage ne dépend pas
d'une dissolution et d'une reprécipitation du polymère.
Un autre indice qu'il n'est pas un solvant réside dans le
fait que des polymères autres que les polyamides, qui
sont également solubles dans l'acide chlorhydrique, ne
donnent pas cette réaction de soudage lorsqu'il sont
exposés au gaz chlorhydrique conformément aux techni
ques de l'invention.
Pour obtenir cette réaction de soudage, les structures
doivent être en contact très étroit. Dans le cas de deux
bandes qui se croisent, on peut remplir cette condition
en maintenant les bandes croisées sous tension.
Les polymères qui peuvent être auto soudés sous l'influence du gaz chlorhydrique ont pour caractère commun la présence du groupe -NHCO- dans leur structure. Pour présenter la soudabilité optimum, le polymère
doit passéder une concentration suffisante de ces groupes, et ces derniers doivent être accessibles et fixés à des groupes qui ne modifient pas la basicité défavorablement.
Il a été constaté que les polyamides qui contiennent quelques groupes aromatiques sont capables de cette réaction de sondage mais que certains polyamides entièrement aromatiques n'entrent pas en réaction, en dépit de concentrations des groupes -NHCO- comparables à celles dans le polyhexaméthylène adipamide (nylon 66) qui se soudent très facilement. Ceci peut provenir de la rigidité de la structure ou de l'effet des noyaux aromatiques sur la basicité du groupe amide, ou d'une combinaison de ces affets.
Bien que le mécanisme de ce soudage ne soit pas complètement élucidé, on admet qu'il est basé sur une rupture de liaison hydrogène entre les chaînes du polymère par formation d'un complexe du HC1 avec le groupe amide. Dans la technique des polymères, il est bien connu que beaucoup des propriétés physiques des polyamides dépendent dans une grande mesure des liaisons hydrogène intermoléculaires entre les groupes -CO- et -NH- dans les chaînes adjacentes du polymère. Ces liaisons forment des ponts entre les chaînes moléculaires, ce qui renforce les propriétés telles que les points de fusion et les résistances à la traction.
Lorsque ces liaisons sont rompues par l'action du HC1, les chaînes du polymère à l'intérieur de la structure deviennent plus flexibles et tendent à se déplacer pour relâcher la contrainte causée par la tension ou la pression exercée sur la structure. La formation du complexe est réversible et, lorsque le HC1 est désorbé, les liaisons hydrogène se reforment. Dans la position déplacée des chaînes du polymère, beaucoup de ces nouvelles liaisons sont entre des chaînes dans deux structures différentes. Des micro-photographies de coupes transversales de filaments soudés par ce procédé montrent une structure homogène au site de la soudure, sans aucun signe de limite de séparation entre les deux filaments.
Une autre confirmation de cette théorie réside dans le fait que les polymères auto-soudants ne peuvent pas être soudés à des polymères qui ne sont pas auto-soudants dans les conditions de ce procédé. Cependant, deux polyamides différents qui sont auto-soudants peuvent être soudés l'un à l'autre. Le soudage nécessite des durées d'exposition qui peuvent varier entre 1 seconde et plusieurs minutes, suivant la composition et la structure des matières à souder.
Un soudage effectif a été réalisé avec des concentrations de HC1 comprises entre 100 o/o et 25 o/o en mélange avec Fait. Par un réglage de la durée d'exposition, la profondeur de pénétration du gaz dans les structures individuelles peut être facilement limitée à la profondeur nécessaire à l'obtention du soudage désiré. Pratiquement, un bon soudage a été réalisé avec des pénétrations aussi faibles que 5 o/o de la surface de section transversale des structures, mais une pénétration comprise entre 20 et 50 /0 est préférée. La durée d'exposition optimum varie avec la composition du polymère, la concentration du gaz activateur, l'épaisseur des structures et le traitement physique préalable des structures.
En général, les structures de faible section, en raison de leur plus grande surface par unité de poids, nécessitent une exposition plus brève que les structures de plus forte section pour une même composition du polymère. On a également observé que les polymères fraîchement filés et non étirés nécessitent généralement une exposition plus brève que les polymères étirés.
Les expositions prolongées tendent à abaisser la résistance des structures à la traction, probablement en raison d'une profondeur de pénétration permettant une diminution notable de l'orientation.
La désorption du gaz activateur peut être réalisée à la température ordinaire, par lavage à l'eau ou avec une solution aqueuse d'une base très diluée, ou elle peut être réalisée en conditions complètement anhydres par application de chaleur. Cette dernière méthode offre l'avantage d'une récupération plus simple du gaz activateur.
Les températures nécessaires pour la désorption sont bien inférieures aux températures de ramollissement ou de fusion des polymères, et ne modifient donc pas les propriétés physiques des structures polymères.
Exemple 1
De petites bandes de film de nylon 66 ont été croisées sous tension, exposées à du gaz chlorhydrique pendant 10 secondes puis lavées à l'eau. Les bandes ont été ainsi soudées ensemble assez fortement. Les films ont été également rendus troubles et opaques par ce traitement, car l'eau fait cristalliser la surface en grosses structures sphérulitiques qui diffusent la lumière.
Exemple 2
De petites bandes de film de nylon 66 ont été croisées sous tension, séchées sous vide, exposées à du gaz chlorhydrique pendant 10 secondes puis chauffées sous vide à l'aide de rayons infrarouges pour éliminer le gaz chlorhydrique. Les bandes ont été ainsi soudées ensemble assez fortement et ont conservé leur limpidité originale.
La limpidité originale a été maintenue car la désorption à sec ne produit pas de grosses structures sphérulitiques comme le fait la désorption du HC1 par l'eau.
Les articles produits conformément à l'invention ne contiennent aucun liant externe et ont par conséquent l'avantage d'être constitués à 1000/o par du polyamide.
Les traitements auxquels ces articles peuvent être soumis ne sont pas limités aux traitements spéciaux qui n'affectent pas défavorablement les liants utilisés antérieurement pour souder les structures non textiles.
Exemple 3
Deux courtes bandes de film de polyhexaméthylèneadipamide (nylon 66) d'environ 0,013 mm d'épaisseur ont été montées sur un cadre de verre de maniere qu'une pression soit développée au point de croisement. Le cadre de verre a été placé dans un ballon de résine, dans lequel on a fait passer de l'azote contenant environ 50 % en poids de vapeur de SO8. Le S03 gazeux a été introduit dans le courant d'azote en faisant barboter de l'azote sec dans du S03 liquide à la température ordinaire à un débit d'environ t/2 litre par minute. Après une durée d'exposition d'environ une seconde, on a retiré le cadre et on l'a immédiatement lavé dans de l'eau pour éliminer le S03 du film de nylon.
Les bandes de film étaient soudées ensemble et avaient perdu leur limpidité originale, étant devenues blanches et opaques.
Exemple 4
Des bandes de film de nylon 66 ont été montées comme décrit dans l'exemple 3. Le cadre a été placé dans un ballon de résine que l'on a ensuite chauffé au moyen d'une lampe à rayons infrarouges tout en faisant passer de l'azote sec à travers le système. L'appareil et le film de nylon ont été séchés de cette manière avant que l'on fasse passer de l'azote contenant de la vapeur de S03 dans le ballon. Après une durée d'exposition de 2 secondes, on a retiré le cadre et on l'a lavé dans de l'eau pour éliminer toutes les traces de SO,. Les bandes de film ont été soudées ensemble et rendues opaques par le traitement.
Un procédé de fabrication d'une étoffe soudée contenant des polyamides est décrit dans la demande de brevet suisse No 9805/68 publiée le 29 février 1972. On trouvera dans ce brevet des indications s'appliquant également à la mise en oeuvre du présent procédé.
REVENDICATION I
Procédé de soudage autogène de structures non textiles en polyamide linéaire, caractérisé en ce que l'on met en contact mutuel les structures à souder, en ce que l'on applique une légère pression sur les structures à leur point de contact, en ce que l'on soumet les structures à un activateur gazeux choisi parmi les halogénures d'hydrogène, l'anhydride sulfurique et le trifluorure de bore pendant un laps de temps suffisant pour permettre une absorption en surface dudit activateur et en ce que l'on élimine l'activateur gazeux des structures.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que lesdites structures sont des films de polyamide.
2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que lesdites structures sont des granules de polyamide.
3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que lesdites structures sont mélangées à des structures non textiles en polyester.
4. Procédé selon la revendication I ou l'une des sousrevendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'activateur gazeux est du chlorure d'hydrogène.
5. Procédé selon la revendication I ou l'une des sousrevendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'activateur gazeux est un mélange de chlorure d'hydrogène et d'air.
6. Procédé selon la revendication I ou l'une des sousrevendications 1 à 3, caractérisé en ce que les structures sont exposées à l'activateur gazeux pendant une seconde à cinq minutes à des températures inférieures au point de fusion des structures.
7. Procédé selon la revendication I ou l'une des sousrevendications 1 à 3, caractérisé en ce que le soudage est réalisé en conditions complètement anhydres.
8. Procédé selon la revendication I ou l'une des sousrevendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on élimine l'activateur gazeux en lavant l'article à l'eau.
9. Procédé selon la revendication I ou l'une des sousrevendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on élimine l'activateur gazeux par la chaleur.
10. Procédé selon la revendication I ou l'une des sous-revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on applique la pression après que les structures de polyamide ont été soumises à l'activateur gazeux.
11. Procédé selon la revendication I ou l'une des sous-revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on presse les structures de polyamide ensemble avant et après les avoir soumises à l'activateur gazeux.
REVENDICATION II
Structures non textiles soudées, obtenues conformément au procédé selon la revendication I.
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