<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte à la fabrication de feuilles en matière polymère. Elle concerne particulièrement la pro- duction de feuilles initialement poreuses et qui peuvent être utili- sées dans cet état, ou qui peuvent, si on le désire, être soumises à un traitement supplémentaire pour les rendre non poreuses.
On a proposé déjà un certain nombre de procédés de produc- tion de feuilles poreuses en matière polymère. Ces procédés peuvent être divisés en plusieurs classes ; des procédés consiste simple- ment à fritter par un chauffage une couche de matière polymère pul- vérulente, un autre à former une feuille continue non poreuse et à la perforer mécaniquement, un autre à former une feuille d'une compo'
<Desc/Clms Page number 2>
sition qui contient une matière qui est elle-même poreuse, et un autre encore à incorporer à la composition une matière qui est solu- ble ou susceptible de le devenir et a éliminer cette dernière ma- tière.
Chacun de ces procédés a ses inconvénients qui-peuvent être, seuls ou en combinaison, une résistance mécanique inhérente médio- cre, une faible porosité, une régularité médiocre de la porosité ou une complexité de réalisation.
Il est connu aussi de fabriquer des feuilles non poreuses auto-portantes en matières polymères et cette fabrication se fait normalement par calandrage ou extrusion. Ces deux procédés souffrent de limitations et d'inconvénients nombreux. En premier lieu, les polymères très durs comme le chlorure de polyvinyle nécessitent d'habitude l'addition d'un plastifiant pour pouvoir être traités plus facilement et aussi pour pouvoir être traités à une température moins élevée qu'en l'absence d'un plastifiant. En second lieu, en l'absence d'un plastifiant, il faut une installation spéciale de calandrage et une température élevée est nécessaire pour traiter le polymère.
Ces températures élevées peuvent dégrader le polymè- re et même le carboniser mais, d'autre part, si pour éviter ce ris- que, on utilise une température trop basse pour amener le polymère à l'état de plasticité adéquat, la feuille finie pourra présenter des traces d'écrouissage et des stries d'air.
L'extrusion de polymères durs soulève des difficultés considérables, parce que l'action du dispositif d'extrusion peut conduire aux défauts particuliers qui procèdent de ce mode de fa- brication. Par exemple, des t'endroits morts" peuvent apparaître dans la tête de la filière, de telle sorte qu'au lieu de progresser dans l'appareil, le polymère peut être retenu et former des poches, se carboniser et contaminer ensuite le polymère qui le dépasse. De plus, une masse relativement considérable de polymère étant soumise en même temps au traitement, il est difficile de porter la masse entière à une température uniforme et de la mélanger parfaitement.
Le fait de ne pas atteindre un de ces buts a pour résultat des dé-
<Desc/Clms Page number 3>
fauts tels que la présence de particules non mélangées de polymère.
La présente invention a pour but de procurer un nouveau procédé de production de feuilles polymères poreuses. Elle procure également, en conséquence de ce premier procédé, un procédé nouveau pour fabriquer des feuilles polymères non poreuses. L'invention peut également être appliquée à la production de feuilles en matiè- re polymère qui soient particulièrement intéressantes pour le trai- tement des eaux et d'autres liquides et comme diaphragmes sépara- teurs de batteries d'accumulateurs électriques.
Le terme "feuille" dans le sens qui lui est donné dans le présent mémoire, désigne une gamme d'épaisseurs partant d'un mini- mum d'environ 0,001 pouce (0,0254 mm). Bien qu'on n'envisage pas la possibilité de fabriquer une feuille poreuse d'une épaisseur in-, férieure à 0,008 pouce (0,203 mm) d'une résistance mécanique suffi- sante pour des applications pratiques, certaines feuilles non po- reuses peuvent être étirées à des épaisseurs beaucoup plus faibles.
Suivant la présente invention, un procédé de fabrication de feuilles en matière polymère comprend deux stades dont le pre- mier consiste à comprimer entre des cylindres le polymère qui se trouve sous la forme pulvérulente à une température suffisamment basse pour former une feuille poreuse continue, des mesures étant prises simultanément pour éliminer l'électricité statique engendrée par le passage du polymère entre les cylindres, et le second à chauf- fer la feuille poreuse continue pour lui conférer une plus grande solidité.
Le chauffage peut être soit interrompu avant que les par- ticules de polymère fondent suffisamment pour détruire la porosité de la feuille, soit poursuivi jusqu'a.u moment où les particules de polymère fondent complètement ensemble pour former une feuille non poreuseo
Il est possible, dans la réalisation de la présente inven- tion, d'incorporer une ou plusieurs substances additionnelles pour obtenir des effets particuliers. Par exemple, de tel:les substances peuvent servir au traitement de fluides, et, dans ce cas, le pro-
<Desc/Clms Page number 4>
cessus de fabrication peut être arrêté avant que la feuille perde la porosité nécessaire pour le passage des fluides.
L'invention peut être exécutée en faisant passer une sub- stance polymère sous la forme d'une poudre entre deux cylindres qui exercent une pression considérable sur le polymère. A ce stade, le polymère se trouve au-dessous de sa température de fusion et peut être à la température ordinaire, ou même à une température plus bas- se. Il ne faut normalement prendre aucune mesure pour chauffer les cylindres, étant donné qu'une chaleur exagérée pourrait plastifier les particules de polymère et les fondre ensemble prématurément, et détruire ainsi la porosité ou provoquer un certain degré d'extru- sion qui aurait pour résultat une feuille non uniforme et fragile.
Les cylindres peuvent s'échauffer légèrement par le travail qu'ils exercent sur le polymère, mais ce chauffage n'est normalement pas significatif; mais, si on le désire, les cylindres peuvent être refroidis par une circulation d'eau, mais cela entraîne des compli- cations qui se sont avérées inutiles. Dans certaines circonstances, un certain chauffage peut être désirable et il est admissible pour autant qu'on observe parfaitement les conditions ci-dessus.
On a constaté que le passage du polymère entre les cylin- dres engendre une charge considérable d'électricité statique, qui, si elle n'est pas éliminée, peut endommager la feuille quand elle quitte les cylindres. Si cette électricité statique est déchargée continuellement, le polymère est comprimé en une matière fragile et friable, mais d'autre part cohérente, qui est toutefois trop fragile pour des applications pratiques. On fait passer ensuite la feuille sur un support à travers une zone chaude.
Si l'apport de chaleur à la feuille au cours de son passage dans la zone chaude n' est suffisante que pour fondre ensemble les parties voisines des particules sans provoquer la fusion de tout le polymère, c'est-à-di- re de le fritter, la feuille deviendra plus solide, elle perdra beaucoup de sa fragilité et de sa friabilité, mais elle conservera dans une grande mesure la porosité qu'elle avait sous la forme d'un
<Desc/Clms Page number 5>
agrégat compact de particules. Le chauffage peut, toutefois, être poursuivi au-delà de ce point et être suffisant pour fondre toutes les particules du polymère. On constatera alors qu'il s'est-formé une feuille solide auto-portante qui peut être, en ce point, ou plus tard, gaufrée ou polie à la presse.
On peut également étirer la feuille tant pour réduire son épaisseur que pour augmenter sa résistance à la traction ; lemême but peut être atteint par lamina- ge à chaud ou à froid.
Si la présente invention s'est avérée applicable à un nombre important de polymères, on a constaté qu'il existe plusieurs facteurs qui sont chacun variables et interdépendants, qui contri- buent au succès de la présente invention et à la nature du produit.
Ces facteurs sont les suivants :
1- le point de ramollissement du polymère.
2- les dimensions particulaires du polymère.
3- la forme particulaire du polymère.
4- la présence de lubrifiants.
Ces aspects influencent particulièrement la production de la feuil- le poreuse qui, par elle-même, constitue un'produit important de l'invention; ils seront étudiés séparément pour la facilité, mais comme ils ne peuvent être isolés en pratique, leur interdépendance sera-étudiée, elle aussi.
Il faut tenir compte d'une combinaison de facteurs et de caractéristiques tant dans le choix des polymères qui seront com- primés que dans le traitement dont l'objet est d'obtenir un pro- duit compact de l'épaisseur et de la densité voulues. On donnera, dans la suite de la description, au produit compact poreux, fria- ble et fragile obtenu avant le chauffage, la dénomination de "pro- duit compact cru". Pour obtenir un produit compact cru satisfaisant, le polymère doit être thermoplastique (c'est-à-dire thermoplastique au moment du traitement, bien que dans le cas de certains polymères tels que ceux d'urée-formaldéhyde, il puisse finalement thermodur- cir). Les dimensions des particules et leur distribution ont une
<Desc/Clms Page number 6>
influence sur la porosité d'un polymère quelconque donné.
De même, la forme des particules peut également jouer un rôle important dans certains polymères et la présence de lubrifiants est importante.
Comme le procédé de compression implique le pressage des particules individuelles en contact intime, il est clair que les formes particulaires qui se prêtent le mieux à un tassement compact, et à une imbrication serrée seront également celles qui permettent une meilleure compression. Les sphères et cénosphères se sont avérées virtuellement inutilisables dans ce procédé, tandis que des formes irrégulières dentelées sont idéales.
Le point de ramollissement est particulièrement impor- tant pour certains polymères, par exemple le chlorure de polyvinyle et ses copolymères avec l'acétate de polyvinyle et le chlorure de polyvinylidène, parce que, avec ces polymères, un point de ramollis- sement élevé se traduit par une compression difficile, sinon impos- sible. Ceci est probablement dû au fait que le travail exercé sur les particules du polymère lors de leur passage entre les cylindres de compression n'engendre qu'une petite quantité de chaleur et si le point de ramollissement du polymère est trop élevé, la chaleur est insuffisante pour ramollir les surfaces des particules et les faire adhérer les unes aux autres.
D'autre part, si le point de ramollissement est extrêmement bas la chaleur engendrée aura tendan- ce à ramollir trop les particules et il en résultera une feuille non uniforme partiellement poreuse et partiellement massive.
Si les considérations ci-dessus valent pour un polymère unique,il est possible, toutefois, d'obtenir des résultats satis- faisants avec des polymères dont les points de ramollissement sont situés aux deux extrémités de l'échelle en combinant de manière adé- quate des polymères en un mélange qui donne le même résultat qu'un polymère possédant lui-même les caractéristiques requises, et il n'est donc pas possible ae fixer les limites inférieures et supé- rieures précises des points de ramollissement des ingrédients poly- mères principaux. Cet aspect du problème sera exposé plus en détail ci-après.
<Desc/Clms Page number 7>
Le polyéthylène et le polystyrène ont apparu complètement impropres aux fins de la présente invention, étant donné qu'ils ne permettent pas déformer un produit compact cru. Ces polymères sont difficiles à obtenir à l'état très divisé, et, même à l'état gros- sier, on ne peut obtenir un produit compact cru, parce que la matiè- re forme une feuille non poreuse en passant entre les cylindres.
Les diverses formes granulaires du méthacrylate de polymé- thyle sont toutes des particules relativement grossières et sphéri- ques et ne forment pas un produit compact cru, ni même une feuille non poreuse, mais passent simplement entre les cylindres sans se modifier. D'autre part, on a trouvé que les particules irrégulières de méthacrylate de polyméthyle obtenues en broyant soit du méthacry- late de méthyle entièrement polymérisé qui a été coulé en feuille, par exemple le "Perspex", soit de la poudre à mouler de méthacryla- te de méthyle conviennent, la réussite ou l'échec de la compression dépendant de la forme des particules du polymère.
Les résines urée-formaldéhyde, phénol-formaldéhyde et mé- lamine et leurs mélanges avec de la farine de bois, du papier,etc, peuvent être utilisés pour former un produit compact cru satisfai- sant. Ces produits compacts doivent être préparés alors que la ré- sine se trouve à l'état thermoplastique, avant le thermodurcisse- ment. Le produit compact cru ainsi obtenu est inutilisable à des fins pratiques et doit être chauffé jusqu'au thermodurcissement. Ce chauffage serait normalement effectué dans une presse classique.
Ces résines se présentent avant la compression en particules de forme irrégulière dont les points de ramollissement se situent dans une gamme intermédiaire de températures.
Le chlorure de polyvinyle et ses copolymères avec 1-la- cétate de polyvinyle et le chlorure de polyvinylidène constituent des polymères particulièrement intéressants pour la présente inven- tion, et ils seront décrits avec certains détails, parce qu'ils il- lustrent au mieux l'interdépendance des divers facteurs déjà men- tionnés.
<Desc/Clms Page number 8>
Le premier point important est que ces polymères sont fa- briqués sous la forme d'une poudre en particules dont les dimen- sions vont de dimensions relativement grossières à des dimensions de finesse extrême.
EMI8.1
{On a >ionst±>té que .des particul1es trop grandes --ont Èed0an= ce à empêcher la compression. La grandeur des particules, les autres caractéristiques et conditions restant constantes, sera déterminante de la porosité de la feuille. Il n'y a virtuellement pas de limite inférieure à la grandeur des particules, à part deux considérations d'ordre pratique qui sont la difficulté mécanique de descendre au- dessous d'une certaine grandeur et la production d'une feuille trop dense, et par conséquent insuffisamment poreuse pour présenter un intérêt réel quelconque, ou trop mince pour le traitement.
Il sem- ble impossible de comprimer des polymères dont la surface spécifique, déterminée par le procédé de la perméabilité à l'air décrit par Rigten dans "Journal of the Society of Chemical Industry", 1943, Vol. 62, page 1, est inférieure à 600 cm2/g, mais cette compres- sion est possible pour des polymères dont la surface spécifique est de 8000 cm2/g.
La lubrification s'est avérée nuisible au processus de compression. Aux fins de la présente invention, on considère comme lubrifiant toute substance qui tend à s'interposer entre les parti- cules du polymère au cours de la compression. Un lubrifiant externe, aux fins de la présente invention, se définit connue une matière ajoutée à la poudre avant la compression comme partie constitutive de la composition; un tel lubrifiant externe est le stéarate de cal- cium et la présence de cette matière empêche complètement la compres. sion. Des lubrifiants internes sont ceux que contient déjà le poly- mère et ils peuvent empêcher la formation d'un produit compact cru ou, dans le cas le plus favorable, la rendre plus difficile. Ce dernier point est analysé ci-après.
Le chlorure de polyvinyle et ses copolymères avec l'acé- tate de polyvinyle et le chlorure de polyvinylidène peuvent être fabriqués par divers procédés qui peuvent être classés grossomodo
<Desc/Clms Page number 9>
en systèmes de polymérisation homogènes et en systèmes de polyméri- sation hétérogènes*
Dans les systèmes homogènes, le ou les monomères sont ha- bituellement amenés à se polymériser sous l'action d'un catalyseur de polymérisation, soit en l'absence d'un diluant, soit en présence d'un diluant organique miscible aux monomères et d'habitude (mais non nécessairement) non .solvant du polymère.
Le polymère qui préci- pite du système de polymérisation ou qui en est précipité par l'addi- tion d'un non solvant après Inachèvement de la polymérisation, est obtenu sous une forme très pure et les particules sont généralement des agglomérats de forme irrégulière et de petites dimensions. Il semble qu'un chlorure de polyvinyle avec un copolymère à 15% d'acé- tate de polyvinyle, marque "Vinylite" VYHH, est fabriqué par ce procédé (le procédé dit "en solution"). Cette matière qui a ;;..: sur- face spécifique d'environ 900 cm2/g et un indice Fikentscher K d'environ 46 donne un excellent produit compact solide.
On attribue dans une grande mesure la facilité de la compression à l'absence de résidus de polymérisation qui pourraient se comporter comme lubri - fiants.
Dans les systèmes de polymérisation hétérogènes, les sub- stances monomères sont généralement dispersées dans l'eau pour favo- riser la dispersion de la chaleur et produire une matière sous la forme physique désirée. Ces systèmes sont répartis en deux classes principales: dans le cas de polymérisation granulaire ou en suspen- sion, les monomères contiennent en solution un catalyseur et sont dispersés da.ns de 1',eau contenant un colloïde protecteur tel que la gélatine ou l'alcool polyvinylique. Dans ce procédé, le polymère est d'habitude obtenu par une filtration, de telle sorte qu'il peut être lavé pour le débarrasser de certaines de ses impuretés avant le séchage.
Un polymère fait par ce procédé granulaire,, mais ;dont les caractéristiques sont d'autre part semblables à celles du polymère du type en solution dont il est question plus haut, s'est révélé donner un, produit compact cru d'une qulité raisonnable,
<Desc/Clms Page number 10>
mais inférieure a celle de la "Vinylitc" VYHH. Un exemple de ce ty- pe de polymère granulaire est celui vendu sous la marque déposée de "Corvic" R46/82. Des polymères granulaires de chlorure de vinyle seul se compriment moins bien que les copolymères, bien que dans quelques cas, on ait pu obtenir un produit compact cru adéquat, no- tamment avec le polymère vendu sous la marque "Corvic" D65/6.
Dans l'autre système hétérogène de polymérisation, connu comme polymérisation en émulsion, on utilise un catalyseur soluble dans l'eau, tel que le persulfate d'ammonium, en même temps qu'un agent émulsifiant. Dans ce cas, le polymère est habituellement sépa- ré du latex par un séchage par pulvérisation. Bien que les produits de polymérisation granulaire soient généra.le.ment des particules so- lides d'une t'orme plus ou moins irrégulière, ceux qu'on obtient par le séchage par pulvérisation du latex sont habituellement des sphè- res creuses (cénosphères) ou des fragments de ces sphères et con- tiennent tous les ingrédients de polymérisation tels que des rési- dus de catalyseur, des agents émulsifiants, etc.
En générale la Denanderese n'a pas réussi à préparer un produit compact cru à l'ai- de de ce polymère du type en émulsion lui-même et elle attribue 1' échec à la présence de ces substances résiduelles et en particulier à l'agent émulsifiant qui constitue fréquement une matière d'un grand pouvoir lubrifiant. Quand elle a réussi à obtenir des produLts compacts crus avec un polymère de ce type, par exeniple avec celui vendu sous la dénomination de "Corvic" LH, le produit compact était beaucoup plus mince et beaucoup plus faible que celui obtenu avec d'autres types.
Les ellets d'un point de rampollissement élevé et de la présence de résidus du procédé de polymérisation peuvent être sup- primés dans une certaine mesur, en particulier dans le cas de po- lymères de chlorure de polyvinyle, par l'addition de copolymjères.
Ceux-ci ont un point de ramollissement beaucoup meins élevé que plymère simple et, ainsi par le choix d'une proportion correcte @
EMI10.1
copolY11lèreSJ! habi1..twllelll!r-t du 4lnoz ur:/ac r,,te de ;.rulyviatyl c:, ui:
<Desc/Clms Page number 11>
peut arriver a un équilibre qui permet la compression d'un poly- mère, compression qui serait autrement difficile ou impossible.
De unane, un polymère de point de ramollissement extrêmement élevé peut être ajouté à un polymère d'un point de ramollissement qui serait trop bas pour la compression en un mélange pouvant être traité de façon satisfaisante.
Il est évident que les plastifiants qui sont nécessaires pour presque tous les procédés classiques de fabrication de chlo- rure de polyvinyle, ne peuvent généralement pas être utilisés dans le procédé de l'invention, leur présence lubrifiant la poudre et supprimant ainsi toute possibilité de comprimer le mélange.
Les additifs fonctionnels de polymères de chlorure de vinyle doivent être choisis en tenant compte des exigences de la compression. Il faudra choisir des stabilisants qui ne possèdent pas de propriétés lubrifiantes; par exemple, on peut utiliser le blanc de plomb en dispersion sèche, tandis que le stéarate de cal- cium est à éviter. On peut utiliser des quantités limitées de pig- ments et aussi des charges entrant dans les compositions classiques, par exemple, la bentonite et la farine de bois, mais la présence de quantités importantes entrave la compression.
Une nouvelle particularité secondaire de la présente in- vention réside dans le fait que certains additifs doués de proprié- tés particulières peuvent être incorporés à la composition de poly- mère qui sera comprimée. Le produit compact cru peut être préparé de façon à former finalement une feuille poreuse solide en matière polymère qui résiste aux acides, aux alcalis et à de nombreuses autres substances et qui convient donc particulièrement bien comme diaphragme pour le traitement de liquides, par exemple, pour la filtration ou la purification. En outre, on a découvert que ces dia- phragmes sont idéaux pour servir comue séparateurs dans des accumu- lateurs électriques, et cette application fait l'objet d'une partie du présent mémoire.
Un a également découvert que des matières telles que des
<Desc/Clms Page number 12>
échangeurs ioniques, anioniques et cationiques, peuvent être incor- porés aux mélanges pulvérulents destinés à être comprimés. Des exem- ples de telles matières sont donnés par le silicate d'aluminium - sodium, vendu sous la marque déposée de "Doucil", le charbon sulfoné, par exemple, le "Suncol" et les résines échangeuses d'ions "Amber- lite" CG120 et CG400. En variante, d'autres matières compatibles peuvent être incorporées pour le traitement de matières Jiquides.
Certaines de ces matières contiennent une trop grande proportion d'eau à l'état dans lequel elles sont mises sur le marché pour per- mettre la compression et, dans ce cas, la matière doit être dessé- chée avant d'être mélangée à la poudre de polymère à comprimer. On a établi qu'une teneur en eau dépassant environ 10% est excessive aux fins de la présente invention.
On a déjà dit qu'il est nécessaire d'éliminer la charge d'électricité statique qui se forme quand le polymère passe entre les cylindres, étant donné que sans cette élimination, on constate que la feuille tend à se rompre au moment où elle quitte les cylin- dres et qu'il n'est pas possible de former un produit compact cru de façon continue. Cette électricité statique peut être éliminée par un procédé classique quelconque. Un a découvert que l'incorpo- ration de résines échangeuses d'ions, anioniques ou cationiques, à la composition du polymère a pour effet d'éliminer de façon inter- ne l'électricité statique et de permettre ainsi la formation du produit compact cru sans recourir à des moyens extérieurs.
L'incor- poration de ces résines, outre qu'elle élimine les charges stati- ques, présente l'avantage de rendre le produit compact, s'il reste poreux sous sa forme finale et si une quantité suffisante de résine y a été incorporée, apte à servir au traitement des eaux.
On a découvert qu'en utilisant des résines'échangeuses d'ions, soit cationiques, soit anioniques, 5% seulement en poids du poids total du polymère élimineront suffisamment l'électricité sta- tique pour pouvoir préparer des produits compacts crus sans recou- rir à d'autres moyens d'élimination, et s'il faut en incorporer
<Desc/Clms Page number 13>
suffisamment pour que le produit compact obtenu convienne au traite- ment des eaux, on peut utiliser jusqu'à environ 50% en poids. Ces résines elles-mêmes ne se compriment pas et une proportion supérieu- re à cette dernière rend la compression difficile, sinon impossible.
Les cylindres qui compriment les polymères doivent être capables de supporter des pressions considérables sans distorsion , cela signifie soit qu'ils doivent avoir un diamètre suffisant pour posséder la résistance nécessaire pour leur longueur, soit quand un petit diamètre est désirable qu'il y ait des cylindres d'appui pour assurer la rigidité nécessaire aux cylindres de travail. On a trou- vé qu'un agencement approprié qui utilise des cylindres de petit diamètre consiste en une paire de cylindres de travail entraînés, étayés par une série de cylindres lourds entraînés par frottement, de la façon courante dans l'industrie métallurgique. Un grand nom- bre d'autres agencements est possible, mais ces systèmes sont bien connus dans le domaine du laminage industriel sous la dénomination générale de "trains de laminoir".
Pour effectuer un travail de pré- cision sur les polymères, on a découvert qu'il est désirable de pouvoir non seulement régler l'espace entre les cylindres (la "pas- se") à différentes grandeurs, mais aussi de pouvoir modifier l'an- gle que le plan passant par les axes des cylindres de travail forme avec l'horizontale. En outre, chaque cylindre de travail et chaque cylindre d'appui est équipé d'un tampon de nettoyage en contact avec sa surface pour éliminer l'excès de poudre.
La nature du produit compact cru est non seulement fonc- tion des caractéristiques de la poudre comme on l'a déjà indiqué plus haut, mais, de plus, dans des limites étendues, le produit compact cru peut être modifié, même pour un jeu donné. de caractéris- tiques, en faisant varier les conditions du passage du polymère dans la passe.
Les deux facteurs modifiés par la passe sont d'abord et en particulier la densité et ensuite l'épaisseur du produit compact cru.
<Desc/Clms Page number 14>
A une plus grande vitesse périphérique des cylindres cor- respond un produit compact moins dense et à une vitesse moins gran- de correspond un produit compact plus dense. Cela s'explique par le fait qu'à une plus grande vitesse, il se produit un glissement plus considérable entre la surface des cylindres et la poudre, de telle sorte que bien que le débit total puisse être supérieur à une vi- tesse élevée, la quantité de polymère est proportionnellement moin- dre, et vice-versa pour des vitesses moins élevées. Cela suppose, évidemment, que la passe reste la même, mais le réglage de la passe donne un produit compact plus mince (et plus dense) pour un écart petit et un produit compact plus épais (et moins dense) pour un écart plus grand.
Il n'est pas commode de mesurer la pression réelle exercée sur la poudre au cours de son passage par la passe et cette pression est appelée simplement "réglage de la pression" - et des chiffres plus élevés indiquent des écarts plus grands et par consé- quent des pressions plus petites.
L'effet de la vitesse périphérique et du réglage de la pression est indiqué dans le tableau ci-après dont les données sont établies en utilisant 3 parties en poids de "Vinylite" VYHH (copolymère de chlorure de vinyle/acétate de vinyle) et 1 partie de "Corvic" R51/83 (copolymère de chlorure de vinyle/acétate de vinyle) et des cylindres de travail d'un diamètre de 4 pouces (101,6 mm) dont le plan des axes forme un angle de 30 avec l'horizontale:
- TABLEAU I-
EMI14.1
<tb> Vitesse <SEP> périphérique <SEP> Réglage <SEP> de <SEP> Epaisseur <SEP> Poids <SEP> spécifi-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pieds/minutes <SEP> . <SEP> la <SEP> pression <SEP> pouce <SEP> que <SEP> g/cm3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 71/2 <SEP> (2,287 <SEP> m/min) <SEP> 55 <SEP> 0,0212 <SEP> 1,070
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (0,5385 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 71/2 <SEP> (2,287 <SEP> m/inin) <SEP> 65 <SEP> U,0272 <SEP> 0,865
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (0,6909 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 15 <SEP> (4573 <SEP> m/min) <SEP> 65 <SEP> 0,0252 <SEP> 0,830
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (0,6401 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7-le <SEP> (2,287 <SEP> m/min) <SEP> 70 <SEP> 0,0310 <SEP> lll1Il) <SEP> 0,820
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (0,7874 <SEP> mm)
<tb>
Il convient également de noter que le fini de la surface
<Desc/Clms Page number 15>
des cylindres est important - un fini lisse propulsera moins de po- lymère et aura pour résultat un produit compact moins dense qu'une surface sablée ou rugueuse.
En outre, si le plan des axes des cylindres de travail est incliné par rapport à l'horizontale, les conditions étant par ail- leurs égales.. on constate qu'avec un plus grand angle avec l'hori- zontale on obtient une feuille moins dense, la limite étant attein- te au point où l'angle avec l'horizontale est trop grand pour per- . mettre une introduction régulière de poudre.
En utilisant la composition de polymère et les diamètres de cylindres indiqués dans le tableau 1, on obtient les résultats suivants avec une vitesse périphérique de 71/2 pieds (2,287 m) par mi- nute et un réglage de pression de 59.
- TABLEAU 2 -
EMI15.1
<tb> Angle <SEP> avec <SEP> Epaisseur <SEP> Poids <SEP> spécifique
<tb> l'horizontale <SEP> pouce <SEP> g/cm3
<tb>
<tb> 30 <SEP> 0,0259 <SEP> (0,6578 <SEP> mm) <SEP> 0,992
<tb>
<tb> 45 <SEP> 0,0260 <SEP> (0,6604 <SEP> mm) <SEP> 0,930
<tb>
<tb> 55 <SEP> 0,0247 <SEP> (0,6275 <SEP> mm) <SEP> 0,920
<tb>
Le diamètre des cylindres déterminé, pour une vitesse pé- riphérique quelconque donnée, la quantité de poudre qui est entrat- née dans la passe - un plus grand diamètre donnant un produit com- pact cru plus épais et plus dense. La limite inférieure est fixée par un rendement pratique et par la difficulté mécanique de nettoyer les cylindres.
Il ne semble pas qu'il y ait de limite supérieure au dia- mètre des cylindres parce qu'il est apparu que quel que soit ce dia- mètre, le caractère du produit compact est déterminé par la vitesse périphérique des cylindres pour une poudre quelconque donnée. A me- sure que la vitesse périphérique des cylindres s'accroit, la densité des produits compacts diminue et les produits compactsdeviennent de plus en plus faibles. On peut, dans une certaine mesure, remédier à cet affaiblissement par un accroissement de la pression qui règne dans la passe, mais cet accroissement produit évidemment une feuille
<Desc/Clms Page number 16>
plus mince. En tenant compte de toutes ces variables, on a établi qu'une vitesse périphérique utile des cylindres ne dépasse pas 40 pieds (12,192 m) par minute.
En utilisant une fois encore la compo- sition de polymère du tableau 1, une vitesse périphérique de 15 pieds (4,572 m) par minute et un angle par rapport à l'horizontale de 30 , on obtient le résultats suivants : - TABLEAU 3 -
EMI16.1
<tb> Diamètre <SEP> Epaisseur <SEP> Poids <SEP> spécifipouce <SEP> pouce <SEP> uqe <SEP> g/cm3
<tb>
<tb> 3 <SEP> (76,199 <SEP> mm) <SEP> 0,0187 <SEP> (0,4750 <SEP> mm) <SEP> 0,900
<tb>
<tb> 4 <SEP> (101,598 <SEP> mm) <SEP> 0,0246 <SEP> (0,6248 <SEP> mm) <SEP> 0,906
<tb>
Ces résultats montrent que pour une densité approximati- vement identique du produit compact, les cylindres de plus grand diamètre ont entraîné un volume de poudre plus considérable que les cylindres de diamètre plus petit, donnant ainsi un produit compact cru plus épais.
Un des avantages les plus remarquables de la présente invention est le degré d'exactitude et d'uniformité d'épaisseur qu'elle permet de réaliser. Naturellement, comme pour tout méca- nisme, la précision de la construction est le facteur.déterminant ultime, mais dans ces limites, il est possible d'arriver à une uni- formité et une régularité d'épaisseur au moins aussi grandes qu'a- vec une calandre.
Le tableau suivant montre les résultats obtenus d'une opération dans laquelle on utilise la "Vinylite" VYHH seule en se servant de cylindres de travail d'un diamètre de 4 pouces (101,6 mm) d'une largeur de 15 pouces (18,1 cm), d'une vitesse périphéri- que de 71/2 pieds (2,287 m) par minute et formant un angle de 30 par rapport à l'horizontale :
<Desc/Clms Page number 17>
EMI17.1
<tb> Distance <SEP> le <SEP> long¯ <SEP> Epaisseur <SEP> mesurée <SEP> en <SEP> travers <SEP> d'une <SEP> feuille <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> bord <SEP> 14 <SEP> pouces <SEP> (35,6 <SEP> cm) <SEP> exprimée <SEP> ,en <SEP> millièmes <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> pouce
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Bord <SEP> Centre <SEP> Bord
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 21,5 <SEP> 21,1 <SEP> 20,2
<tb>
<tb>
<tb> (0,5461 <SEP> mm) <SEP> (0,5359 <SEP> mm) <SEP> (0,5131 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 20,7 <SEP> 21,2 <SEP> 20,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (0,5258 <SEP> mm) <SEP> (0,5385 <SEP> mm) <SEP> (0,5131 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 20,1 <SEP> 20,6 <SEP> 20,6
<tb>
<tb>
<tb> (0,5105 <SEP> mm) <SEP> (0,,5232 <SEP> mm) <SEP> (0,5385 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 18 <SEP> 20,5 <SEP> 20,6 <SEP> 20,8
<tb>
<tb>
<tb> (0,5207 <SEP> mm) <SEP> (0,5232 <SEP> mm) <SEP> (0,5283 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 24 <SEP> 20,8 <SEP> 20,9 <SEP> 21,6
<tb>
<tb>
<tb> (0,5283 <SEP> mm) <SEP> (0,5309 <SEP> mm) <SEP> (0,5487 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 20,7 <SEP> 20,6 <SEP> 21,2
<tb>
<tb>
<tb> (0,5258 <SEP> mm) <SEP> (0,5232 <SEP> mm) <SEP> (0,5385 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 36 <SEP> 19,8 <SEP> 21,2.
<SEP> 20,5
<tb>
<tb>
<tb> 0,5029 <SEP> mm) <SEP> (0,5385 <SEP> mm) <SEP> (0,5207 <SEP> mm)
<tb>
On voit donc qu'il faut prendre en considération une com- binaison de facteurs et de caractéristiques en ce qui concerne le, choix tant des polymères qu'on soumettra à la compression que des con- ditions de travail'pour obtenir un produit compact d'une épaisseur et d'une densité données.
Le produit compact cru doit être traité davantage pour le rendre utilisable. La densité, et dans une certaine mesure l'épais- seur, auront une influence considérable sur le produit du second stade, en particulier si ce produit doit rester poreux.
Le produit compact cru étant fragile, il doit être trans- porté avec précaution au cours d'un processus de chauffage. Un sup- port est ce qu'il y a de mieux et, à cet effet, on peut utiliser un dispositif quelconque approprié. La chaleur peut être appliquée par tout procédé approprié, mais un chauffage uniforme donne les meil- leurs résultats.
Quand le produit,compact cru est chauffé, il gonfle ini- tialement, parce que le polymère se ramollit et que l'air qui se trouve dans ses pores se dilate; un chauffage supplémentaire opère
<Desc/Clms Page number 18>
ensuite une réduction de l'épaisseur et un accroissement de la den- sité et en fin de compte si le chauffage est poursuivi pendant un temps suffisant le produit compact perd complètement sa porosité.
L'expérience a montré que si on recherche une matière po- reuse d'une épaisseur donnée, il vaut mieux poursuivre le chauffa- ge au-delà du point d'expansion maximum et l'arrêter lorsque l'é- paisser désirée est atteinte pendant que le produit compact est en train de s'affaisser, parce que la résistance mécanique du produit compact pendant qu'il se trouve encore dans la phase d'expansion n'est pas aussi considérable que dans la phase de contraction, même si l'épaisseur dans les deux cas est la même.
Le temps pendant lequel le produit compact cru est chauf- fé et la température à laquelle il est chauffé sont des facteurs interdépendants ; si la température est élevée, le temps de séjour dans la zone de chauffage peut être court et vice-versa. Le temps minimum pour une température donnée quelconque est fonction de l'épaisseur du produit compact cru introduit et évidemment de la densité finale requise. Il convient de remarquer qu'à une tempéra- ture de chauffage plus élevée du produit compact, le temps de sé- jour est plus critique, le produit compact s'affaissant beaucoup plus rapidement qu'il ne s'expanse.
Dès que le produit compact a passé par son point d'ex- pansion maximum, le chauffage peut être arrêté en un point quelcon- que désiré et ce dernier dépend de la densité, et par conséquent de la porosité, qu'on désire obtenir.
Pour des séparateurs de batteries d'accumulateurs électri- ques, un choix attentif de la densité du produit compact cru et des conditions de chauffage subséquentes est indispensable pour obtenir une membrane frittée douée d'une résistance électrique satisfaisan- te. Un a constaté qu'en utilisant un produit compact cru d'une densi té relativement faible, il est possible d'obtenir une membrane satis- faisante en chauffant le produit compact au-delà du stade de gonfle- ment maximum et en arrêtant le chauffage à un stade où la feuille se--.
<Desc/Clms Page number 19>
trouve encore à l'état gonflé. De cette façon, il est possible d'ob- tenir des résistances électriques satisfaisantes après avoir détrem- pé la feuille, par exemple, à l'aide d'agents mouillants.
Ces mem- branes sont douées d'une résistance mécanique adéquate et peuvent être moulées ou gaufrées en, une configuration quelconque requise sans perte de résistance. Ceci est illustré par le tableau ci-après pour un produit compact cru d'une épaisseur de 0,0249 pouce (0,632 mm), d'un poids spécifique de 0,910 grammes par cm3'et préparé à partir d'un mélange de 3 parties en poids de "Vinylite" VYHH et de 1 partie en poids de "Corvic" R51/83 chauffé au four pendant des périodes différentes à une température de l'air ambiant de 145 C.
EMI19.1
<tb>
Temps <SEP> de <SEP> séjour <SEP> Epaisseur <SEP> du <SEP> produit <SEP> com- <SEP> Résistance <SEP> dans <SEP> un <SEP> aci-
<tb>
<tb>
<tb> (Minutes) <SEP> pact <SEP> fritté <SEP> en <SEP> pouce <SEP> de <SEP> de <SEP> batteries <SEP> (Ohms
<tb>
<tb> par <SEP> pouce <SEP> carre <SEP> ou <SEP> par
<tb>
<tb> 6,45 <SEP> cm2)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 31/2 <SEP> 0,0285 <SEP> (0,7239 <SEP> mm) <SEP> 0,045
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 0,0278 <SEP> (0,7061 <SEP> mm) <SEP> 0,055
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 0,0265 <SEP> (0,7061 <SEP> mm) <SEP> 0,115
<tb>
Si le chauffage est conduit jusqu'au point où le polymè- re fond complètement, on constatera d'habitude qu'il se forme une feuille continue plus ou moins mince qui emprisonne un certain nom- bre de bulles d'air isolées qui détériorent tant l'aspect que la résistance mécanique de la feuille.
S'il est désirable de produire une feuille exempte de bulles d'air et d'un aspect satisfaisant, la feuille fondue est pressée ensuite à l'état chaud et ce procédé peut être exécuté en faisant passer la feuille directement du four pendan' qu'elle est encore chaude entre une paire de cylindres qui l'aplatis sent davantage et éliminent les bulles d'air. Une presse plate peut., évidemment, être utilisée à cette fin, et un effet gaufré peut être conféré à la feuille grâce à un cylindre ou à un plateau de presse traité de façon appropriée.
Dans certains cas, où le polymère s'y prête, par exemple si le polymère est du chlorure de polyvinyle ou un copolymèrc vinylique, la feuille fondue peut être traitée davan- tage par un 6tirage ultérieur; cette opération réduit encore l'épais- seur de la feuille et accroît sa résistance à la traction - fait
<Desc/Clms Page number 20>
connu des spécialistes de la technologie des pellicules en matière plastique. On a établi, par exemple, qu'en utilisant la "Vinylite" VYHH, il est possible d'obtenir un produit compact cru d'une épais- seur de 0,014 pouce (0,356 mm);
ce produit est réduit à 0,010 pouce (0,254 mm) par fusion, à 0,005 pouce (0,127 mm) par compression et peut être finalement réduit à 0,002 pouce (0,051 mm) par étirage.
Le produit final qu'on recherche détermine la composition du polymère, l'épaisseur et la densité du produit compact cru et les conditions de chauffage utilisées pour transformer le produit compact cru. Si on désire obtenir comme produit final une feuille frittée très poreuse et relativement épaisse, on utilisera un pro- duit compact cru, poreux et épais et celui-ci sera chauffé en consé- quence, mais, si on désire par contre une feuille non poreuse com- plètement fondue, on préparera un produit compact cru dense relati- vement mince et on réglera les conditions de chauffage de façon à ee qu'une fusion complète ait lieu et elle sera de préférence suivie d'une compression et peut être même d'une opération d'étirage.
On sait que le brevet anglais n 583.418 décrit un procé- dé de compression de particules de polytétrafluoréthylène entre des cylindres et de chauffage subséquent de la matière à une températu- re comprise entre 327 et 500 C. Cette matière possède des proprié- tés qui la distinguent d'autres matières dites plastiques, et la pré- sente invention ne comprend pas ce cas. Le polytétrafluoréthylène n'entre donc pas dans le cadre de la présente invention.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.