BE508314A

BE508314A - Corps thermoplastiques cellulaires

Info

Publication number: BE508314A
Authority: BE
Original assignee: Lonza Elektrizitätswerke Und Chemische Fabriken Ag
Priority date: 1951-01-11
Filing date: 1952-01-08
Publication date: 1952-01-31
Also published as: CH292164A; GB716388A; FR1049611A; DE949081C; US2697255A

Description

CORPS THERMOPLASTIQUESCELLULAIRES.

La présente invention est relative à un procédé de-fabrication de plaques, feuilles, rubans et matières analogues, en corps cellulaires à cellules fermées, en matières artificielles thermoplastiques.

On a déjà fabriqué depuis longtemps des plaques ou des feuilles découpées à partir de matières cellulaires en caoutchouc et on a trouvé qu' elles convenaient parfaitement pour faire différents objets- Elles ont un aspect très agréable du fait que les cellules finement découpées donnent un effet velouté; elles sont souples et élastiques et présentent une bonne propriété d'isolement. Les plaques cellulaires en caoutchouc présentent cependant l'inconvénient que, en particulier dans le cas de feuilles minces de faible densité, elles n'ont qu'une faible résistance. En outre, elles ne résistent pas à l'action de la température-et elles présentent l'odeur connue et un peu désagréable du caoutchouc, qui est génante pour beaucoup d'applications.

De plus, on ne peut les obtenir en couleur claire, en parti- culier en couleur blanche.

Il n'était¯pas possible sans plus de faire des produits analogues en matière artificielle thermoplastique, parce que le procédé appliqué au traitement du caoutchouc ne peut être utilisé sans plus pour des matières artificielles thermoplastiques. Les corps cellulaires en matière artificiel- le, du fait de l'état de tension existant dans les parois des cellules com- me résultat du procédé de fabrication, présentent les phénomènes de contrac- tion connus, qui sont dus vraisemblablement à ce que l'expansion des corps cellulaires s'est effectuée la plupart du temps à une température sensiblement inférieure à la limite de fluage.

Les parois des cellules ont été , par sui- . te, conformées à une température pour-laquelle la matière était bien élasti- que, mais qui offre une résistance permanente à une conformation définitive, ainsi que l'indique le gonflement des cellules. Il en résulte un état de ten- sion qui, non seulement provoque une contraction du corps cellulaire, par

conséquent un vieillissement prématuré, mais encore donne à toute la matiè- re cellulaire une certaine forme rigide peu souple, malgré une teneur élevée en agent amollissant. Dans le cas du caoutchouc cellulaire, on remédie par- tiellement à cet état, qui se présente également tout d'abord en ce cas, au moyen de la vulcanisation finale grâce à laquelle la forme des parois des cellules devient presque stable et sans tension.

Dans le cas de matières artificielles en chlorure polyvinylique et autres matières thermoplastiques, cela n'est pas possible. Lorsqu'on dé- coupe des plaques présentant des tensions de ce genre, le gaz contenu dans les cellules sort lentement de ces cellules par diffusion et le corps cel- lulaire se contracte progressivement de plus en plus jusqu'à ce que les ten- sions se soient égalisées. Cette contraction dure très longtemps ; peut porter sur plusieurs mois et souvent même des années, de sorte que l'on ne peut obtenir de cette façon des objets stables utilisables.

Si l'on colle par exemple des plaques et des feuilles de ce genre sur des matières pour les renforcer de façon à obtenir des objets correspondants, il se produit déjà au bout de peu de temps un gondolement de l'objet du fait de la contraction du corps cellulaire, de sorte que ces objets sont inutilisables étant donné que leur forme n'est pas stable.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de faire des plaques ou des feuilles stables en matières artificielles thermoplastiques par découpage d'objets plus épais. L'invention est donc relative à un procédé de fabrication de plaques, feuilles, bandes et matières analogues en corps cellulaire à cellules fermées, en matières artificielles thermoplastiques, caractérisé par le fait qu'on utilise comme matière pre- mière un corps cellulaire dont la densité est plus faible que celle du pro- duit final à fabriquer et qu'on le découpe en lui donnant une épaisseur su- périeure à celle du produit final à fabriquer,

après quoi on soumet ces pla- ques à un traitement thermique effectué à une température et d'une durée telles que ces plaques se contractent en diffusant vers l'extérieur une par- tie des gaz contenus dans les cellules fermées et en augmentant de densité dans une mesure déterminée, correspondant au produit final désiré.

De façon avantageuse, on découpe le corps cellulaire initial en plaques minces, ayant au plus une épaisseur de 30 mm, par exemple de 2 à 20 mm., car dans le cas des plaques minces, la sortie des gaz par diffusion et la contraction effectivement observée qui en résulte sont facilitées et accélérées dans une mesure importante. Ce n'est que lorsque le gaz est sor- ti par diffusion qu'il' semble possible d'avoir une contraction aussi impor- tante. Les gaz sortent d'autant plus rapidement que la température est plus élevée et les plaques sont plus minces. Naturellement, la température de traitement choisie ne doit pas être élevée à un peint tel que la structure du corps cellulaire puisse être détruite ou endommagée.

Il est également essentiel et avantageux de partir de corps cellulaires qui se sont dilatés assez fortement au-dessus de l'état final désiré, et dont les dimensions sont telles qu'on puisse les découper en plaques plus minces mais cependant plus épaisses que le produit désiré final. Ensuite, par chauffage et sortie du gaz par diffusion, on fait se contracter ces plaques de telle sorte qu'en peu de temps, par exemple une à deux heures ou moins, elles passent à un état contracté presque exempt de tension.

Par réglage ou modification de l'opération de contraction,.on peut obtenir à partir de corps cellulaires initiaux plus ou moins fortement gonflés, les produits finaux les plus différents, qui se distinguent les uns des autres par leur état superficiel et par d'autres propriétés et qui se caractérisent, en ce qui concerne la constitution des cellules, par un rapport déterminé du nombre des cellules par unité de volume à la densité.

Si l'on part, par exemple, de corps cellulaires fortement gonflés, faits, par exemple, en chlorure polyvinylique avec par exemple 35 % de ramollissant et ayant une densité de 0,1 à 0,15, qu'on y découpe des plaques ayant une épaisseur d'environ 4 à 20 mm., de préférence 6 à 12

mm., et qu'on traite ces plaques pendant environ 4 à 12 heures à une tempé- rature d'environ 100 , ces plaques se contractent linéairement d'environ .

40%. On obtient de cette façon des corps cellulaires ayant une densité de 0,3 à 0,8, de préférence 0,5 à 0,6, dont la surface comporte environ 600 à 1200, de préférence 900 à 1000, cellules coupées par cm2. Ces produits présentent extérieurement une structure cellulaire fine; ils sont assez résistants, mais cependant encore souples et quelque peu élastiques, comme par exemple du cuir à semelles. Ils conviennent donc particulièrement pour faire des semelles de chaussures.

Par contre, si l'on part de corps cellulaires très fortement gonflés, en chlorure polyvinylique, avec par exemple 45 % de ramollissant et ayant une densité d'environ 0,03 à 0,05, qu'on y découpe des plaques plus minces ayant de 1 à 8 mm. d'épaisseur, de préférence 2 à 4 mm. et qu'on les traite également à 70-100 pendant une à deux heures, ces plaques se con- tractent également fortement. La densité augmente sensiblement de 3 à 6 fois.

On obtient des corps cellulaires ayant une densité de 0,1 à 0,5, de préféren- ce 0,15 à 0,3, dont la surface comporte 700 à 1000, de préférence 800 à 900, cellules découpées par cm2o Ces produits ont une surface agréable, veloutée, à pores fins et on peut les utiliser lorsqu'on a besoin de sous-couche ou d'isolant mou, auquel on ne demande pas d'avoir des propriétés particulières d'élasticité et de résistance. On obtient un très beau produit., analogue à du daim,avec des corps cellulaires qui se sont fortement contractés et qui ont une densité de 0,15 à 0,25, ainsi qu'un nombre de pores de 900 à 1300 par cm2 de surface. On peut même les faire contracter au point d'obtenir un corps cellulaire d'une densité de 0,2 à 0,3 et comportant 2000 à 5000 cel- lules découpées par cm2 de surface.

On ne peut plus reconnaitre à l'oeil nu la structure cellulaire de ces produits. Ils ont pratiquement une surface lisse et sont d'autant plus compacts que la contraction subie par le corps cellulaire initial est plus grande. Ces produits se prêtent particulièrement bien à leur utilisa- tion comme cuir pour empeignes, succédanés des peaux, étoffes pour manteaux et matières analogues. Pour les renforcer, on peut y fixer une sous-couche en matière textile.

On peu.t faire en outre des plaques dures avec des matières cel- lulaires de ce genre, en partant de corps cellulaires contenant comme ramol- lissant un solvant facilement volatil. En découpant les plaques, on facilite non seulement la sortie des gaz par diffusion, mais encore l'échappement des solvants facilement volatils. Le solvant peut s'échapper en même temps que le gaz se diffuse. On peut cependant laisser sortir d'abord par diffu- sion le gaz à la température ordinaire, puis enlever le solvant par chauffage du corps cellulaire.

On peut obtenir la contraction par sortie du gaz de différentes façons. Il est important cependant qu'il se produise une sortie importante du gaz hors des cellules, avec contraction élevée correspondante du corps cellulaire. De façon avantageuse, on provoque un degré de contraction corres- pondant à une augmentation minimum du double de la densité qui devient de la matière initiale en ayant soin que la contraction du corps cellulaire s'ef- fectue autant que possible jusqu'à cessation complète ou presque complète de l'état de tension de la matière, de sorte que l'on obtient une matière stable de façon correspondanteo
Si les corps cellulaires sont gonflés à la façon habituelle au moyen d'azote, lors du traitement thermique, une partie de l'azote sort par diffusion des plaques découpées et il faut pour cela,

suivant l'épaisseur des plaques et la température, un certain temps;, par exemple'une à deux heures.

Dans certains cas cependant,, on peut partir de façon avatageuse de corps cellulaires dont les cellules contiennent au lieu d'azote ou d'autres gaz diffusant difficilement, un gaz diffusant facilement, en particulier de l'hydrogène ou un mélange d'azote et d'hydrogène. Comme la vitesse de dif-

fusion de l'hydrogène est sensiblement plus grande que celle de l'azote, on peut alors obtenir le degré de contraction désiré en un temps notablement court. On peut également utiliser des corps cellulaires initiaux présentant un gonflement relativement plus grand et obtenir de façon correspondante des degrés de contraction plus élevés.

On peut également traiter extérieurement des corps cellulaires faits au moyen d'azote, et les plaques découpées qui en résultent, au moyen de gaz ou de vapeurs pouvant diffuser facilement, tels que la vapeur d'eau l'anhydride carbonique, etc., ou au moyen de mélanges de ces vapeurs les unes avec les autres ou avec de l'air ou de l'hydrogène. Il en résulte une pénétration ultérieure de ces gaz et vapeurs par diffusion dans l'intérieur des cellules, provoquant éventuellement un agrandissement de ces dernières et qui peut se faire, suivant la nature du gaz, à la température ambiante ou à température plus élevée. L'augmentation de la température provoque une accélération et elle est même absolument nécessaire dans le cas d'une matière cellulaire dure (par conséquent sans ramollissant, etc.).

Il semble que certains de ces gaz et vapeurs rentrant rapidement par diffusion, aient la propriété de rendre également perméables à l'azote les parois des cellules, dont ils ressortent eux-mêmes rapidement par diffusion. Ils peuvent également disparaître en partie, comme cela est le cas par exemple de la vapeur d'eau qui se condense par refroidissement et provoque un rapprochement immédiat des parois des cellules. On peut de cette façon provoquer rapidement la sor- tie d'une grande partie de l'azote et éliminer par suite la résistance à la contraction.

Dès que les gaz ou vapeurs sont sortis par diffusion, ou même pendant cette opération, il en résulte une contraction rapide des plaques cellulaires jusqu'à ce que cesse l'état de tension, par exemple dans le cas de masses en chlorure polyvinylique qui présentent toujours un état de ten- sion plus ou moins grand dû au mode de fabrication. On peut également effec- tuer le traitement dans le vide. En choisissant les gaz et les vapeurs ou leur mélange, en utilisant des températures différentes et en raccourcissant ou prolongeant les temps d'action, on peut obtenir les effets les plus variés ou obtenir une forte ou une faible contraction. Ainsi, par exemple, on peut effectuer.un traitement préalable de courte durée avec des gaz et des vapeurs diffusant facilement, après quoi on effectue le traitement proprement dit par chauffage.

Si la matière cellulaire n'a pas été fabriquée au préalable avec de l'azote pur mais, par exemple au moyen d'hydrogène ou d'un mélange d'hydro- gène et d'azote, l'hydrogène présent dans les cellules sort en quelques heures déjà à la température ambiante après découpage par exemple d'un corps cellu- laire épais, donné par la fabrication, en plaques de 3 à 5 mm. d'épaisseur Si l'on porte ensuite les plaques pour peu de temps à une température supé- rieure à la température de solidification, par exemple environ 70 , les pla- ques se contractent très rapidement et acquièrent une surface lisse et de bon aspect.

Même des plaques de 20 à 30 mm. d'épaisseur peuvent se contrac- ter de cette façon, avec sécurité, en un temps relativement court, dans la mesure désirée et donner une matière stable, sans tension, résistant au vieil- lissement et ne se contractant pas, avec surface fine et veloutée.

Les produits obtenus par le procédé de l'invention sous forme de plaques, bandes ou feuilles ayant par exemple une épaisseur de 0,5 à 10 mm., de préférence 2 à 5 mm., se caractérisent par des qualités toutes particu- lières. Du fait de la sortie des gaz et de la contraction, le volume des cellules initiales diminue dans une mesure correspondante. Une caractéris- tique de ces corps cellulaires contractés est le nombre de leurs cellules par rapport à leur densité. Comme on l'a déjà dit, la surface découpée des corps cellulaires contractés présente, pour une densité donnée, un nombre déterminé de cellules par cm2. Pour déterminer ce nombre, on examine la surface découpée sous un grossissement d'environ 30 fois et on compte le nombre de cellules par cm2. On ne compte pas les bombements, qui correspondent à des cellules non découpées.

Le nombre des cellules se rapporte à une valeur moyenne pour l'ensemble de l'objet. On ne connaissait pas jusqu'à présent de corps cel- lulaire en matière artificielle thermoplastique ayant le nombre de cellules indiqué pour les densités données, et l'on ne pouvait pas non plus les faire

au moyen des procédés connus.

Les corps cellulaires obtenus à partir de masses contenant des chlorures polyvinyliques et dont la teneur en agent ramollissant est choisie d'après la nature du produit final à obtenir conviennent particulièrement bien pour le procédé selon l'invention. On peut cependant travailler selon le procédé d'autres matières artificielles thermoplastiques, telles par exem- ple que des polymères mixtes de chlorures polyvinyliques, du polystyrol, de l'acétate de cellulose.

EXEMPLES
1. Dans une opération préalable, on a transformé en un corps cellulaire, de façon connue, à l'aide de gaz,650 grammes de chlorure polyvi- nylique, 350 gr. de phtalate de dioctyl, 150 gr. de méthyléthylcétone et 20 gr. de stéarate de plomb comme stabilisant (colorant à volonté). Comme gaz de diffusion, on a utilisé un mélange de 90% d'hydrogène et 10% d'azote.

On a réglé l'addition de gaz de façon que le corps cellulaire en question ait, après expansion, une densité de 0,10 à 0,12. On a découpé ce corps cel- lulaire initial en plaques d'environ 10 mm. d'épaisseur. On a soumis d'abord ces plaques librement à l'action de l'air, sensiblement à la température am- biante, pendant environ 24 heures au cours desquelles non seulement le sol- vant s'est évaporé, mais encore la plus grande partie de l'hydrogène a dis- paru. Dans cette opération, les plaques étaient très peu tendues et elles ont pris d'abord une surface d'aspect désagréable, sans que cependant leur masse change de façon sensible. Si on les porte au bout de ce temps à une température d'environ 100 à 125 , elles se contractent très rapidement.

L'hydrogène encore éventuellement présent se dégage et les plaques prennent au bout d'environ une à quatre heures, après refroidissement, une densité d'environ 0,5 et présentent de nouveau une surface lisse. Elles contiennent environ 1000 cellules découpées par cm2. Elles conviennent particulièrement bien comme plaques pour semelles.

2. Dans une opération préalable, on a transformé de façon connue en un corps cellulaire, àu moyen d'azote pur, 500 gr. de chlorure polyviny- lique, 500 gr. de ramollissant, 100 gr. d'ester acétique, 10 gr. de bioxyde de tisane, en ajoutant un colorant à volonté et 15 gr. de stéarate de plomb comme stabilisant. L'addition de gaz a été effectuée de telle sorte qu'après dilatation, il en est résulté une densité de 0,05. On a découpé ce corps cellulaire initial en plaques de 2 à 3 mm. d'épaisseur qu'on a soumis pen- dant une à deux heures à une températuré de 100 . Elles se sont contrac- tées de ce fait d'environ 40 % suivant toutes leurs dimensions, en prenant une densité d'environ 0,25-et elles présentaient environ 1.000 cellules coupées par cm2.

Les plaques obtenues de cette façon sont très molles, stables élastiquement et elles présentent un très bel aspect analogue à du velours.

3. On a fabriqué comme suit des plaques dures avec structure spéciale à fines cellules et densité faible de 0,15 à 0,25 par exemple, pour servir de matière isolante pour installation frigorifique:
Dans une opération préalable, on a fait des corps cellulaires ayant une densité de 0,04. et dont leurs cellules contenaient un mélange d' environ deux tiers d'hydrogène et un tiers d'azote.

Immédiatement après l'avoir retiré du moule, on a découpé ce corps cellulaire initial en plaques de 10 à 30 mm. d'épaisseur et on les a laissées à elles-mêmes. Déjà au bout de 1 à 2 jours, le gaz en excès s'est évacué par diffusion et le solvant nécessaire pour la fabrication.s'est évaporé. On a alors chauffé les plaques à une température d'environ 70 à 100 jusqu'à ce que l'on ait obtenu la densité désirée et éventuellement on les a placées sous pression réduite entre des plaques d'acier, puis re- froidies.

Claims

REVENDICATIONS.

1 - Procédé de fabricaticn de plaques, feuilles, bandes et ma- tières analogues en corps cellulaire à cellules fermées, à partir de matiè- res artificielles thermoplastiques, caractérisé par les points suivants sé- parément ou en combinaisons: 1 ) On utilise comme matière première des corps cellulaires ayant une densié plus faible que le produit final à obtenir et on les découpe en plaques ou matières analogues d'épaisseur plus grande que le produit fi- nal, après quoi on soumet ces plaques à un traitement thermique, le tout, de telle sorte que les plaques se contractent du fait de l'évacuation par diffusion d'une partie du gaz contenu dans les cellules fermées et qu'on ob- tient une augmentation de leur densité dans une mesure déterminée.

2 ) L'évacuation du gaz hors des plaques se fait par chauffage.

3 ) Après découpage d'une portion correspondante, on laisse les gaz sortir des plaques par diffusion et on soumet ensuite les plaques à un traitement thermique.

4 ) Immédiatement à la suite de sa fabrication et lorsqu'il est encore chaud, on découpe le corps cellulaire initial en plaques ou matières analogues et on traite ensuite ces plaques en les maintenant à l'état chaud.

5 ) On provoque une contraction correspondant à une augmentation du double au moins de la densité de la matière initiale.

6 ) On découpe le corps cellulaire initial en plaques ayant au plus 30 mm. d'épaisseur avant la sortie du gaz.

7 ) On utilise des corps cellulaires qui ont été fabriqués avec un gaz facilement diffusable.

8 ) On utilise un corps cellulaire fabriqué au moyen de mélanges de gaz facilement et difficilement diffusables.

9 ) On effectue la contraction du corps cellulaire jusqu'à sup- pression complète ou presque complète de l'état de tension, ce qui donne une matière ayant une stabilité correspondante.

10 ) On gonfle au préalable encore davantage le corps cellulaire initial, avant de le découper, en y faisant pénétrer par l'extérieur par diffusion des gaz et/ou des vapeurs facilement diffusables.

11 ) On effectue le traitement des plaques découpées dans une atmosphère de gaz ou de vapeurs facilement diffusables ou de leurs mélanges avec des gaz difficilement diffusables, à température élevée.

12 ) On part de corps cellulaires contenant, comme ramollissant, un solvant volatil que l'on élimine des plaques avant ou en même temps que les gaz s'évacuent par diffusion.

13 ) La contraction des plaques cellulaires découpées leur don- ne une surface veloutée.

140 ) On utilise comme matière initiale des corps cellulaires en masses contenant du chlorure polyvinylique et l'on effectue le traitement thermique des plaques à 90 -140 , de préférence 100 à 110 , pendant une à deux heures.

2 - Plaque, feuille, et matières analogues ayant une certaine ré- sistance et une certaine flexibilité, obtenues à partir de corps cellulaires <Desc/Clms Page number 7> à cellules fermées, en matières artificielles thermoplastiques, d'après le procédé ci-dessus, ayant une densité de 0,2 à 0,9, de préférence 0,5 à 0,7, et caractérisées par les points suivants, séparément ou en combinaisons; 1 ) Elles comportent de 600 à 1200, de préférence 900 à 1000, cellules découpées par cm2 de la surface de coupe.

2 ) Ces plaques ont une surface analogue à du cuir, leur densité est comprise entre 0,2 et 0,5 et de préférence entre 0,3 à 0,4 et elles comportent de 700 à 1200, de préférence de 800 à 1000 cellules découpées par cm2 de la surface de coupe.

3 )Elles ont une surface analogue à du daim, leur densité est comprise entre 0,15 et 0,25 et elles comportent de 900 à 1300 cellules découpées par cm2 de la surface de coupe.

4 ) Ce sont des plaques ductiles d'une densité comprise entre 0,2 et 0,3 et comportant de 2000 à 5000 cellules découpées par cm2 de surface de coupe.

5 ) Ces plaques sont renforcées au moyen d'une sou.s-couche en matière textile.

6 ) Elles sont utilisées pour faire des objets divers, par exemple à la place de cuir, d'étoffes et de matière textile.