<Desc/Clms Page number 1>
: TUYAUX NON POREUX EN MATIERE PLASTIQUE REGORGES A L' AIDE DE FIBRES D'AMIANTE".
<Desc/Clms Page number 2>
La présente invention est relative à des articles moulés en matière plastique renforcée au moyen de fibres, à des matières de moulage à l'aide desquelles ces articles en matière plastique peuvent être produits, à des procédés pour la préparation de telles matieres de moulage, ainsi qu'à des procédés pour former les nouveaux articles moulés en matière plastique renforcés au moyen de fibres. Le terme "articles", tel qu'il est utilisé dans le présent mémoire, et dans les revendications qui le terminent, englobe les tuyaux, accessoires pour tuyaux, raccords pour tuyaux et tous autres éléments normalement associés à l'emploi général de tayaux pour véhiculer des fluides.
Plus particulièrement, l'invention concerne des articles mo'ulés en matière plastique, qui sont renforcés à l'aide de fibres d'amiante et qui sont obtenus au départ de matières de moulage permettant la production d'articles en matière plastique possédant une structure homogène, une excellente résistance mécanique et d'autres bonnes propriétés physiques.
L'invention concerne spécialement la formation de tuyaux en matière plastique renforcés au moyen de fibres, ces tuyaux présentant une structure homogène, possédant des parois à surfaces intérieure et- extérieure relativement lisses, étant exempts de tout suintement de liquide à travers leur parois, lorsque les tuyaux contiennent des liquides sous pression hydrostatique, et étant capables de pouvoir être taraudés mécaniquement à l'aide de machines de taraudage ordinaires pour tuyaux.
<Desc/Clms Page number 3>
Domaine de l'invention.
Il est de pratique courante d'incorporer diverses matières de charge à des compositions de moulage constituées de résines thermodurcissables, de façon que la résistance mécanique et d'autres particularités physiques des articles moulés à l'aide des compositions résineuses puissent être contrôlées ou modifiées de manière appropriée. Il est également bien connu d'incorporer à des articles moulés en matière plastique, des fibres de verre, des fibres d'amiante, aes filaments synthétiques ou des filaments similaires, ae manière à renforcer les articles obtenus et à leur conférer de plus grandes résistances à la tension, à la traction, à lailexion et autres, que celles pouvant être obtenues à l'aide ae la matière plastique non renforcée.
En raison de la faible densité et du degré élevé de résistance à la corrosion que possèdent de nombreuses matières plastiques, on a utilisé aussi bien des résines thermoplastiques que des résines thermodurcissables, sur une grande échelle, pour la production de tubes et tuyaux en matière plastique. En conséquence, il est devenu possible de fabriquer des tuyaux et des tubes d'un poids beaucoup moindre et d'une résistance considérablement meilleure à la corrosion par de nombreux fluides, qu'il n'était possible avec les tuyaux ou tubes en métal.
Par ailleurs, les matières plastiques dont on dispose pour la fabrication commer- ciale de tuyaux imposent de sérieuses limitations, en ce qui concerne la résistance structurelle des tuyaux ou tubes fabriqués à l'aide de telles matières plastiques. C'est pourquoi, en vue d'augmenter la résistance structurelle des tuyaux en matière plastique et de les rendre, à cet égard, compétitifs avec les tuyaux ou tubes en métal, il a été nécessaire de mettre au point des procédés et des matières
<Desc/Clms Page number 4>
à l'aide desquels des fibres de renforcement ou d'autres éléments peuvent être incorporés au tuyau en matière plastique.
L'incorporation de fibres de -renforcement dans deections tubulaires en matière plastique s'est effectuée jusqu'à présent d'un certain nombre de manières. Ainsi, il est possible de former une section tubulaire de fibres de renforcement à l'aide d'un tissu de fibres tissées ou à l'aide de mèches de fibres, de placer le tube fibreux résultant aans une forme de moulage centrifuge, d'introduire une matière de moulage plastique appropriée dans le moule, et de soumettre ensuite le moule et son contenu à des conditions appropriées pour former un tuyau en matière plastique renforcé au moyen de fibres et obtenu par coulée centrifuge.
De tels procédés d'obtention de tuyaux sont décrits, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique, n02.785.442 et 2.790.997.
Un autre procédé pour obtenir des tuyaux en matière plastique renforcés à l'aide de fibres consiste à enrouler un tissu tissé ou des fibres non tissées sur un mandrin, à imprégner les fibres enroulées à l'aide de matière plastique, par exemple par pulvérisation, enduction à la brosse ou d'uhe autre manière analgue, puis à soumettre le mandrin et l'enveloppe de fibres imprégnées de matière plastique à aes conditions de durcissement appropriées pour former le tuyau final. Le procédé d'enroulement sur un mandrin pour l'obtention de tuyaux en matière plastique est décrit, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique. n
EMI4.1
2.467.999, 2.614.056 et 2.'135.1+i+2.
On connaît encore un autre procédé de base pour former des tubes ou tuyaux à l'aide de matières plastiques comportant des fibres de renforcement. Ce procédé implique la formation d'une nappe tissée ou non tissée à l'aide de
<Desc/Clms Page number 5>
filaments de renforcement appropriés, l'imprégnation de la nappe auto-portante à l'aide d'une matière résineuse, le montage de la nappe fibreuse imprégnée sur un mandrin ou une autre forme appropriée, et l'application à la structure obtenue des conditions de température et de pression nécessaires pour que la matière d'imprégnation résineuse des diverses couches de la nappe fibreuse formée fonde et durcisse, jusqu'à former une masse solide en une seule pièce comportant les fibres de renforcement.
Ce troisième procédé de base pour la production de tubes en matière plastique est utilisé dans les modes opératoires décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2.803.576 et 2.854.031.
Bien que des procédés d'obtention de tuyaux en matière plastique, tels que ceux décrits plus haut et d'autres, soient connus depuis un certain temps, le marché potentiel pour la vente de tuyaux en matière plastique à l'aide de fibres résistantes est loin d'être fourni de manière adé- quate, à cause des difficultés et du coût des procédés connus à l'heure actuelle pour la production de tuyaux en matière plastique. Ainsi, bien que les divers modes de fabrication décrits ci-dess-us soient théoriquement sains, leur application pour la formation de tuyaux en matière plastique entraîne quelques complications sérieuses.
Ainsi, l'incorporation de fibres de renforcement dans la structure de tuyaux a tendance à créer de minuscules trous d'aiguille, par lesquels le liquide contenu sous pression dans le tuyau suintra lentement. Ce défaut des tuyaux en matière plastique les rend inutilisables dans un grand nombre d'applications envisagées.
Diverses tentatives cnt été effectuées pour supprimer le proolème du suintement dans les tuyaux en matière plastique renforcés au moyen de fibres. Ainsi, il est .connu .l'incorporer aes couches ou garnitures non fibreuses à l'in-
<Desc/Clms Page number 6>
térieur de tuyaux, pour créer une barrière permettant d'empêcher un éventuel suintement des liquides dans les trous a'aiguilles qui peuvent se présenter dans les couches extérieures du tuyau en matière plastique. Dans le procédé de formation de tuyaux par coulée centrifuge, comme décrit plus haut, ceci peut se faire en introduisant un excès des matières résineuses dans le moule, de façon qu'une couche de matière plastique non chargée s'accumule à la partie centrale du tuyau, au cours de sa formation, de manière à former une couche intérieure exempte ue fibres.
Par ailleurs, des garnitures ou couches intérieures non fibreuses peuvent être formées dans les autres procédés susdécrits de formation de tuyaux, en enroulant d'abord sur le mandrin une feuille ou nappe non fibreuse de matière plastique appropriée et en enroulant ensuite sur cette feuille ou nappe le nombre voulu de tours de fibres, de façon à constituer les couches extérieures renforcées du tuyau. Ces procédés pour résoudre le problème du suintement ne sont pas cependant pas entièrement satisfaisants, parce qu'ils confèrent une structure non homogène aux tuyaux, en sorte que les caractéristiques de résistance mécaniques de ceux-ci peuvent être réduites ou qu'il peut se produire des décollements ou des stratifications dans le tuyau, au cours de son utilisation.
Un autre problème lié à la vente et à l'emploi de tuyaux en matière plastique renforcés au moyen de fibres réside dans les éléments d'accouplement, tels que coudes, raccords et analogues, qui sont nécessaires avec ce genre ae tuyaux. Les fibres qusont incorporées dans certains tuyaux en matière plastique rendent impossible la formation de filetage ou taraudages appropriés aux extrémités des tuyaux, en sorte que des raccords filetés ou taraudés npeuvent pas être montés sur les tuyaux. Cet inconvénient a été résolu, dans le cas de certains tuyauen matière plastique, en utilisant des ciments et des raccords du type à souder avec les tuyaux en matière plastique.
<Desc/Clms Page number 7>
Mais, ce procédé d'établissement de connexions n'est pas possible avec d'autres tuyaux en matière plastique connus, parceque la surface des tuyaux est tellement rugueuse, à cause de la présence dans ceux-ci de fibres de renforcement, qu'il n'est pas possible d'établir un joint satisfaisant à l'aide de ciment entre le tuyau et un raccord.
Il est certain que les tuyaux en matière plastique seraient admis et utilisés sur une plus grande échelle dans le commerce, s 'il n'était pas nécessaire d'utiliser des raccords spéciaux et des procédés spéciaux pour connecter des sections de tuyaux entre elles, par exemple s'il était possible de connecter . aes tuyaux en matière plastique en utilisant les procédés et machines de taraudage de tuyaux communément employés.
Objets de l'invention.
La présente invention a pour objet principal de nouvelles formes d'articles moulés en matière plastique renforcés au moyen de fibres- L'invention a encore pour objets :
1. De nouveaux types de matières de moulage destinés à être utilisés pour former des articles moulés en matière plastique renforcés au moyen de fibres ;
2. De nouveaux procédés pour la production de matières à mouler destinées à être utilisées pour mouler des articles en matière plastique renforcés au moyen de fibres ;
3. De nouveaux procédés pour former des articles en matière plastique renforcés au moyen de fibres;
4.
Des tuyaux moulés en matière plastique renforcés au moyen de fibres, ces tuyaux présentant une structure homogène et pouvant être filetés ou taraudés mécaniquement de filetage ou à l'aide des machines%de taraudage de tuyaux courantes;
5. Des tuyaux en matière plastique moulés, sans dou- blure, renforcés au moyen de fibres, ces tuyaux pouvant con- tenir de l'eau ou des fluides comparables sous une pression
<Desc/Clms Page number 8>
hydrastatique continue jusqu'à la tension ou pression d'é- clatement de ces tuyaux, sans suintement appréciable de li- quide à travers leurs parois ; o.
De nouvelles matières de moulage comprenant des résines thermodurcissables et des fibres d'amiante, qui peuvent être utilisées à l'échelle commerciale, pour la for- mation de tuyaux ou autres articles moulés en matière plas- tique, sans tendance appréciable des articles moulés présen- ter de petits trous d'aiguille ou d'autres zones non homo- pt gènes, susceptibles d'affaiblir les tuyaux ou de provoquer des fuites;
7.
De nouveaux procédés grâce auxquels des articles moulés en matière plastique peuvent être formés à l'aide de proportions appropriées de matière plastique et de fibres de renforcement, pour engendrer les propriétés structurelles et physiques désirées dans l'article moulé final, sans qu'il soit nécessaire en même temps d'utiliser une machine de moulage ou de manipulation inhabituelle ou d'appliquer des opérations de moulage ou de traction spéciales, susceptibles d'augmenter le coût des tuyaux en matière plastique jusqu'à un niveau tel qu'ils deviennent non compétitifs avec des tuyaux métalliues possédant des propriétés structurelles et physiques comparables.
D'autres objets et avantages de la présente in- vention ressortiront de la description détaillée suivante.
Il est, cependant, à noter que cette description détaillée, bien qu'indiquant des modes d'exécution préférés de l'inven- tion, est donnée à titre illustratif seulement, divers chan- gements et diverses modifications pouvant être apportés aux détails de cette description, sans sortir du cadre et de la portée de l'invention, comme le concevront les spécialis- tes.
<Desc/Clms Page number 9>
DESCRIPTION GENERALE. suivant l'invention on forme une matière de moulage à l'aide a'un papier à base d'amiante d'une masse élevée, imprégné de 40 à 65% environ en poids d'une résine thermodurcissable, on chauffe le papier imprégné dans des conditions de température contrôlées, pour chasser le solvant volatil qui peui éventuellement être contenu dans le papier, et on fait partiellement durcir la résine thermodurcis- sable jusqu'à un état thermoplastique communéement désigné sous l'appellation de stade B. Le papier imprégné de résine obtenu est un papier auto-portant sensiblement sec, qui peut être manipulé sous forme de feuille ou peut être macéré de manière à former des fragments, qui peuvent être utilisés comme matière de moulage.
Des tuyaux en matière plastique renforcés au.moyen de fibres possédant une structure sensiblement homogène et présentant des surfaces intérieure et extérieure lisses peuvent être obtenus en enroulant le papier imprégné de résine au stade B sur un mandrin, à température ambiante ou à température élevée, et en utilisant, de préférence, une légère pression ou un légère tension dans le papier, pour appliquer convenablement ce papier sur le mandrin. Le papier enroulé et le mandrin enveloppé par le papier sont alors soumis à une température élevée et à d'autres conditions suffisantes pour faire fondre la résine de manière à la transformer en une masse unitaire et pour faire aurcir la résine jusqu'au stade communément qualifié de stade C.
L'opération de fusion et de durcissement de la résine peut s'effectuer dans des fours chauffés ou dans d'autres dispositifs appropriés.
Le durcissement dans un four se fait en enveloppant le papier enroulé sur le mandrin dans une matière plastique non fibreuse, telle que de la cellophane ou du téréphtalate de polyéthylène, et en plaçant le tout dans un four chauffé.
<Desc/Clms Page number 10>
L'enveloppe en matière plastique se contracte légèrement, en exerçant une certaine pression sur le papier imprégné ae résine au cours du durcissement.
D'autres articles en matière plastique renforcés au moyen de fibres présentant une forme différente peuvent être obtenus en plaçant des sections de papier à base d'amian- te imprégné de résine au stade B sur une forme appropriée présentant la forme générale que l'on désire conférer à l'article en matière plastique final, puis en soumettant les sections assemblées à une chaleur et à une pression suffi- santes pour mouler l'ensemble à la forme finale désirée, pour faire fondre la résine et pour la durcir jusqu'à l'état infusible. Au cours de telles opérations, on peut utiliser des feuilles de papier ou bien on peut utiliser des frag- ments de papier obtenus par macération des feuilles de papier.
L'emploi de papier déchiqueté comme matière de moulage est préféré, lorsqu'il s'agit de former des articles présentant des contours spéciaux ou des formes compliquées. Le papier imprégné de résine macéré peut être utilisé comme matière à mouler dans les appareils de moulage ordinaires par com- pression, en particulier pour la fabrication d'articles en matière plastique de petites dimensions.
Le tuyau en matière plastique moulé et exempt de garniture ou doublure intérieure formé par le procédé sui- vant l'invention possède une structure homogène et présente des suri'aces intérieure et extérieure lisses. Ce tuyau peut être taraudé ou filété à l'aide des machines de taraudage de tuyaux courantes, de façon à le raccorder à des raccords ou éléments d'accouplement appropriés. Par ailleurs, étant donné que les surfaces du tuyau sont lisses, des raccords à l'aide d'éléments d'accouplement du type à souder peuvent aisément être effectués à l'aide d'une matière adhésive appropriée.
L'application des opérations de moulage à l'aide de feuilles ou de fragments de papier, de la manière décrite
<Desc/Clms Page number 11>
plus haut, permet d'obtenir des tuyaux coudés, des raccords en T ,des nipples et analogues destinés à être utilisés avec les nouveaux tuyaux en matière plastique renforcés au moyen de fibres, sans que se présentent dans les raccords ou aans les tuyaux les trous d'aiguille ou autrespetits trous ou fissures, par lesquels pourrait . s'écouler du fluide contenu , sous pression, dans les tuyaux ou les raccords.
EXEMPLES.
On comprendra davantage l'invention en se référant aux exemples illustratifs suivants, dans lesquels toutes les parties et pourcentages sont en poids, sauf indication contraire.
Exemple 1
Divers papiers à base d'amiante, obtenus à l'aide de certaines fibres d'amiante particulières et possédant une masse d'au moins 0,3, sont chacun imprégnés à l'aide d'une solution de résine thermodurcissable. L'imprégnation de chacue papier à base d'amiante se fait en déroulant le papier d'un rouleau à une vitesse contrôlée, en le faisant passer sur un rouleau fou dans un réservoir contenant la solution de résine , en retirant le papier du réservoir, en le faisant passer entre des rouleaux'd'exprimage, de manière à régler la quantité de matière de saturation liquide restant dans le papier, en faisant passer le papier imprégné de solution dans un four maintenu dans des conditions contrôlées de façon à chauffer la feuille imprégnée jusqu'à une température contrôlée et pendant un temps contrôlé,
pour evaporer les composants volatils de la feuille et pour durcir partiellement la résine imprégnée jusqu'au stade B, le papier étant finalement enroulé sur une bobine ou un rouleau collecteur. Les détails concernant les diverses conditions opératoires et les caractéristiques des matières utilisées dans ces opérations d'imprégnation de papier sont les suivants :
<Desc/Clms Page number 12>
TABLEAU 1
EMI12.1
<tb>
<tb> Papier <SEP> amiante <SEP> Essai <SEP> n 1 <SEP> Essai <SEP> n <SEP> 2 <SEP> Essai <SEP> n 3
<tb> Identité <SEP> des <SEP> fibres
<tb> d'amiante <SEP> 4X <SEP> Munro <SEP> 4X <SEP> Munro <SEP> 4XMunro
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> fibres
<tb> d'amiante <SEP> 99% <SEP> 97%
<tb> ratière <SEP> liante
<tb> non <SEP> fibreuse <SEP> WC-9 <SEP> WC-9 <SEP> WC-9
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> liant <SEP> 1% <SEP> 3 <SEP> 3%
<tb> Calibre <SEP> (pouces) <SEP> 0,010 <SEP> 0,0105 <SEP> 0,0105
<tb> Poids <SEP> (livres/100
<tb> pieds <SEP> carrés) <SEP> 3,0 <SEP> 3,0 <SEP> 3,0
<tb> Masse <SEP> (100 <SEP> x
<tb> calibre/poids) <SEP> 0,33 <SEP> 0,35 <SEP> 0,35
<tb> Solution <SEP> d'imprégnation
<tb> Identité <SEP> de <SEP> la <SEP> résine <SEP> A <SEP> B <SEP> c <SEP>
<tb> Viscosité <SEP> 50 <SEP> c.p. <SEP> 50 <SEP> c.p.
<SEP> 100 <SEP> c.p.
<tb>
Solvant <SEP> néant <SEP> MEK <SEP> éthanol
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> résine <SEP> 99% <SEP> 59,5% <SEP> 60%
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> solvant <SEP> néant <SEP> 27% <SEP> 39%
<tb> identité <SEP> du <SEP> catalyseur <SEP> X <SEP> Y
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> catalyseur <SEP> 1% <SEP> 10,5% <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> Identité <SEP> de <SEP> la
<tb> matière <SEP> auxiliaire <SEP> néant <SEP> noir <SEP> de <SEP> colorant
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> matière <SEP> carbone
<tb> auxiliaire- <SEP> - <SEP> 3%
<tb> Conditions <SEP> de <SEP> saturation.
<tb>
Vitesse <SEP> de <SEP> papier
<tb> (pied/min.) <SEP> 1,0 <SEP> 1,5 <SEP> 1,0
<tb> Température <SEP> ( F) <SEP> 130 <SEP> 200 <SEP> 260
<tb> Temps <SEP> de <SEP> chauffage
<tb> (min) <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 10
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> résine
<tb> finale <SEP> du <SEP> papier <SEP> 56% <SEP> 53% <SEP> 52%
<tb>
Dans le tableau 1 précédent, les expressions et termes suivants ont les significations suivantes :
4XMunro désigne une fibre d'amiante chrysotile, qui a été raffinée de façon à présenter une faible teneur en fines fibres, en sorte que moins de 30% des fibres ont un calibre inférieur à 200 mailles, tandis que dans le restant des fibres, au moins 50% de celles-ci ont un calibre compris entre 28 et 100 mailles.
Les fibres ont par ailleurs un degré d'indépendance de 3chopper-Riegler compris entre
<Desc/Clms Page number 13>
500 et 560 et une brillance minimum standard Tappi (à l'état humide) de 80.
WC-9 désigne une émulsion d'un acrylate de polyalcoyle vendu par Rohm et Haas Co. sous la dénomination de "Rhoplex WC-9".
La résine A est une résine polyester non saturée thermodurcissable, comprenant du phtalate de diallyle et du styrène dans un rapport d'énviron 80:20.
La résine B est une résine époxy thermodurcissable constituée, de manière prédominante, par de l'éther polyglycidylique de 4,4'-dihydroxy diphényl diméthylméthane.
La résine C est une résine phénolique thermodurcissable constituée, de manière prédominante, par le produit de condensation de phénol et de formaldéhyde et comportant un catalyseur approprié, tel que de l'hexaméthylènetétramine; pour le durcissement.
MEK désigne de la méthyléthylcétone.
Le catalyseur X est un mélange à parties égqles de peroxyde de benzoyle et de peroxyde de méthyléthylcétone.
Le catalyseur Y est de la N-phénylène divine.
Les rouleaux de papier imprégnés et séchés obtenus au cours des essais n 1 à 3 sont amenés dans une machine, dans laquelle des feuilles de papier provenant de chaque essai sont enroulées sur des mandrins polis en chroma chauffés d'un diamètre de 2 1/8 pouces. Les papiers sont enroulés sur les mandrins dans u.n sens tel que la direction de la machine à papier s'étende circoférentiellement et ces ensembles sont désignés sous l'aDpellaticn de " Essais la, 2A, et 3A". Une seconde série de mandrins chromés polis est enveloppée de papier, en enroulant le papier sur les mandrins, de façon que la direction de la machine à papier s'étende longitudinalement, ces ensembles étant désignés par "Essais 1B, 2B, et 3B".
<Desc/Clms Page number 14>
La machine d'enroulement comprend deux rouleaux horizontaux entraînés, qui sont chauffés, le mandrin prenant appui dans l'intervalle entre ces deux rouleaux. Au-dessus de l'intervalle entre les rouleaux se trouve un troisième rouleau fou porté par un dispositif pneumatique à cylindre et à piston, qui permet de pousser le rouleau fou vers le bas jusque contre le mandrin et dupliquer au papier une pression, pendant qu'il est enroulé sur le mandrin.
Une quantité suffisante de papier est enroulée sur chaque mandrin, pour obtenir l'épaisseur désirée, après quoi le mandrin portant les couches de papier est retiré de la machine, emballé dans des feuilles de cellophane et placé dans un four, où il est chauffé , pendant un temps suffisant pour faire fondre et durcir la résine dont le papaier est imprégné. Les tuyaux obtenus sont alors retirés des mandrins et parés pour former des tuyaux finis. Enfin, les tuyaux finis sont soumis à divers essais , pour déterminer leur résistance mécanique et d'autres propriétés physiques.
Les données relatives aux opérations de fabrication des tuyaux et aux essais effectués sur ceux-ci figurent dans le tableau 2 suivant :
<Desc/Clms Page number 15>
TABLEAU 2
EMI15.1
<tb> Papier <SEP> Tempé- <SEP> Tempe- <SEP> Pression <SEP> Tempér. <SEP> Temp. <SEP> Pression <SEP> Epais- <SEP> Tension <SEP> Suintement
<tb> assaut <SEP> rature <SEP> rature <SEP> rouleaux <SEP> de <SEP> dur- <SEP> de <SEP> dur- <SEP> atécla- <SEP> seur <SEP> a'éclatement <SEP> raaial
<tb> rouleaux <SEP> mandrin <SEP> cisse- <SEP> cisse- <SEP> tement <SEP> des <SEP> livres/pouce <SEP> varré
<tb> ment <SEP> ment <SEP> livres/ <SEP> parois
<tb> pouce <SEP> carré
<tb> lA <SEP> 175 F <SEP> 325 F <SEP> 100 <SEP> live. <SEP> 1 <SEP> hre <SEP> 300 F <SEP> 1500 <SEP> livr/ <SEP> 0,146 <SEP> pce <SEP> 12.800 <SEP> néant
<tb> angl.
<SEP> angl.
<tb> pouce <SEP> pouce
<tb> carré <SEP> carré
<tb> 2A <SEP> 160 <SEP> 300 <SEP> 100 <SEP> 1 <SEP> 300 <SEP> 1350 <SEP> 0,130 <SEP> 11.800 <SEP> "
<tb> 3A <SEP> 125 <SEP> 260 <SEP> 100 <SEP> (2 <SEP> (300 <SEP> 1175 <SEP> 0,116 <SEP> 12.700 <SEP> "
<tb> (3 <SEP> (350
<tb> 1B <SEP> 175 <SEP> 325 <SEP> 100.1 <SEP> 300 <SEP> 800 <SEP> 0,117 <SEP> 7.500 <SEP> "
<tb> 2B <SEP> 150 <SEP> 250 <SEP> 100 <SEP> 1 <SEP> 250 <SEP> 1350 <SEP> 0,143 <SEP> 7. <SEP> 200 <SEP> "
<tb> 3B <SEP> 125 <SEP> 260 <SEP> 100 <SEP> 2 <SEP> 260 <SEP> 700 <SEP> 0,125 <SEP> 6.
<SEP> 900 <SEP> "
<tb> lA <SEP> 80 <SEP> 150 <SEP> 80 <SEP> 1 <SEP> 300 <SEP> 1450 <SEP> 0,132 <SEP> 13.700 <SEP> "
<tb> 2A <SEP> 155 <SEP> 300 <SEP> 100 <SEP> 1 <SEP> 300 <SEP> 1400 <SEP> 09128 <SEP> 11.900 <SEP> "
<tb> 3A <SEP> 125 <SEP> 225 <SEP> 100 <SEP> (2 <SEP> (260 <SEP> 1800 <SEP> 0,121 <SEP> 16.700 <SEP> "
<tb> (16 <SEP> (300
<tb> 1B <SEP> 150 <SEP> 300 <SEP> 100 <SEP> 1 <SEP> 300 <SEP> 800 <SEP> 0,148 <SEP> 7. <SEP> 700 <SEP> "
<tb> 2B <SEP> 150 <SEP> 250 <SEP> 100 <SEP> 1 <SEP> 250 <SEP> 1350 <SEP> 0,167 <SEP> 6.500 <SEP> "
<tb> 3B <SEP> 110 <SEP> 200 <SEP> 50 <SEP> (1 <SEP> (260 <SEP> 800 <SEP> 0,121 <SEP> 7.
<SEP> 700 <SEP> "
<tb> (16 <SEP> (300
<tb>
<Desc/Clms Page number 16>
Les pressions d'éclatement indiquées dans le tableau 2 sont obtenues par le procédé ASTM D1180-51T, en soumettant des tronçons de tuyaux à une pression hy- drostatique croissante, jusqu'à ce que le tuyau se brise, la pression hydrostatique au moment de la tupture étant déterminée en livres anglaises par pouce carré, à l'aide d'un manomètre approprié monté dans la conduite de fluide sous pression.
La tension d'éclatement hydrostatique, au moment de la rupture du tuyau, est calculée pour chaque tuyau en partant de la pression d'éclatement, à l'aide de la formule S=Pd/2t, dans laquelle 3 est la tension,P est la pression interne, t est l'épaisseur de la paroi du tyau et d est son diamètre extérieur.
Les essais de suintement sont exécutés, en utilisant l'appareil d'éclatement hydrostatique, le tuyau étant maintenu à une pression de 300 livres anglaises par pouce carré, pendant 2 heures, à la température ambiante. L'observation visuelle de gouttelettes d'eau indique un suinte ment radial.
Exemple II
Un papier d'amiante présentant une teneur spécifique en fibre et présentant des propriétés spécifiques est imprégné à l'aide d'une résine phénolique, en appliquant le procéaé d'imprégnation général décrit dans l'exemple I.
Le papier d'amiante est constitué de fibres 4X Munro et contient 97% de ces fibres et 3% de résine acrylique (Rhoplex WC-9:)en tant que liant. Le papier a une masse de 0,3.
La résine phénolique utilisée est une résine phénol-formaldéhyde haute température vendue par .L'American Reinforced Plactics, Inc., sous le nom de "Resin CTL 91-LD" en dissolution dans de la méthylisobutylcétone (70% de résine pour 30% de solvant). Après avoir passé dans le réservoir de solution de résine, le papier est amené à passer dans
<Desc/Clms Page number 17>
des tours de séchage verticales, dans lesquelles la feuille imprégnée est soumise à l'action d'un courant d'air chauffé à 200 F, pendant 20 minutes.
Le papier imprégné de résine obtenu contient 55% de résine phénolique au stade B. Des feuilles de ce papier sont enroulées sur des mandrins en aluminium d'un diamètre extérieur de 2 pouces, en appliquant une tension de 10 livres anglaises par pouce carré aux feuilles, au cours de leur enroulement. La machine d'enroulement fonctionne avec une pression des rouleaux de 45 livres anglaises par pouce carré, avec une vitesse du mandrin de 6 tours par minute, les rouleaux et les mandrins étant chauffés à 240 F. Les tubes obtenus sont chauffés, en vue de leur durcissement, pendant 1 heure à 300 F dans un four.
Les tuyaux obtenus sont usinés jusqu'à présenter une épaisseur de paroi de 0,060 à 0,065 pouce et sont destinés à être utilisés dans une batterie thermique, en remplacement. de tubes en mica. Les tubes se comportent, de manière satisfaisante, dans la batterie thermique, en étant exposés des températures allant jusqu'à 1000 F pendant des temps pouvant atteindre 5 minutes, sans décollement ou déstr'a- tification des couches de papier.
exemple III
Un papier d'amiante ayant une masse de 0,3 et contenant 99% de fibres d'amiante 4X Munro et 1% de liant Il Rhoplex WC-9" est imprégné à l'aide d'une résine polyester non saturée, constituée d'un mélange de 80 parties de "Laminac 411111 et de 20 parties de "Laminac 4119" contenant 0,5 partie de peroxyde de benzoyle et 0,5 partie de peroxyde de méthyléthylcétone. On fait passer le papier à travers le liquide de saturation à une vitesse de 1 tour par minute, puis on le sèche et on le soumet à un pré-durcissement dans un four tunnel vertical, pendant 20 minutes, à 200 F.
<Desc/Clms Page number 18>
Des tronçons de tuyaux sont fabriqués en enroulant le papier imprégné de résine sur des mandrins chromés d'un aiamètre de 2 pouces tournant à une vitesse de 6 tours par minute, les rouleaux de support étant chauffés à 200 F et une pression de 60 livres anglaises par pouce carré étant appliquée par l'intermédiaire du rouleau garni de caoutchouc porté par des cylindres à ait directement au-dessus du manàin.
Dès que l'épaisseur voulue de la paroi des tuyaux a été obtenue, le papier d'amiante est coupé et une feuille de cellophane est enroulée, de manière à recouvrir le tube de papier d'amiante. Le tube recouvert de cellophane est ensuite roulé, pendant 10 minutes supplémentaires, en maintenant la température des rouleaux de support à 240 F. La pression est ensuite supprimée et les tubes sont alors placés dans un four, où on les soumet au durcissement final par chauffage à une température de 350 F pendant 30 minutes.
Les tubes obtenus sont soumis à divers essais.
Ils possèdent les propriétés suivantes :
EMI18.1
<tb>
<tb> Poids <SEP> spécifique <SEP> 1,35
<tb> Pourcentage <SEP> d'absorption <SEP> d'eau <SEP> 0,80
<tb> Tension <SEP> d'éclatement <SEP> moyenne
<tb> (livres <SEP> pouce <SEP> carré) <SEP> 11,000
<tb> Suintement <SEP> néant
<tb> Module <SEP> de <SEP> rupture <SEP> (livres/pouce <SEP> carré) <SEP> 21.500
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> flexion
<tb> (livres/pouce <SEP> carré) <SEP> 17.400
<tb>
Dans les essais dont question dans le tableau ci-dessus l'absorption d'eau est obtenue en immergeant un échantillon pesé de tuyau dans de !-eau à 190 F pendant 7 jours. L'échantillon est ensuite retiré de l'eau, séché et immédiatement re-pesé. Le pourcentage d'eau absorbé est calculé à partir de la différence entre le poids originel et le poids final.
La résistance à la flex@ion est déterminée par chargement central d'un tuyau placé sur des supports distants de 24 pouces.
<Desc/Clms Page number 19>
Dans un autre cas, le papier d'amiante est im- prégné dans un appareil, qui permet de soumettre le papier à un vide, avant de le faire passer aans la solution d'im- prégnation. On constate qu'un tuyau formé à l'aide de ce papier possède sensiblement les mêmes propriétés que le tuyau dont question plus haut.
Dans un autre cas, le papier d'amiante est préchauffé à 400 F pendant 5 heures, avant imprégnation.
@n constate qu'un tuyau fabriqué à l'aide de ce papier possède sensiblement les mêmes propriétés que le tuyau du premier cas.
Exemple IV.
D'autres papiers ont été fabriqués en utilisant des fibres d'amiante différentes de celles mentionnés dans les exemples précédents. Des fibres Jeffrey 5K04 et Munro 4Y ont été employées. Plusieus papiers d'amiante différents possédant une masse d'au moins 0,30 ont été fabriqués, en utilisant ces fibres en combinaison avec des fibres cellulosiques, le total des fibres cellulosiques atteignant 20% du poids des fibres totales. Les papiers ont été imprégnés à l'aide de ai verses solutions de résines thermodurcissables, sensiblement de la manière décrite plus haut. Les données relatives aux diverses conditions opératoires et aux caractéristiques des matières utilisées dans les procédés d'imprégnation sont indiquées dans le tableau suivant :
TABLEAU 3.
EMI19.1
<tb>
<tb>
Papier <SEP> amiante <SEP> Essai <SEP> n <SEP> 4 <SEP> Essai <SEP> n <SEP> 5
<tb> Identité <SEP> des <SEP> fibres
<tb> d'amiante <SEP> 5KO4 <SEP> Jeffrey <SEP> rY <SEP> Munro
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> fibres
<tb> d'amiante <SEP> 78% <SEP> 78%
<tb> Identité <SEP> des <SEP> fibres
<tb> cellulosiques <SEP> Kraft <SEP> (blanchies) <SEP> Kraft <SEP> (blanchies)
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> fibres
<tb> cellulosiques <SEP> 19% <SEP> 19%
<tb> Matière <SEP> liante <SEP> non <SEP> fibreuse <SEP> WC-9 <SEP> WC-9
<tb>
<Desc/Clms Page number 20>
EMI20.1
<tb>
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> liant <SEP> 3% <SEP> 3%
<tb> Calibre <SEP> (pouces) <SEP> 0,03 <SEP> 0,03
<tb> Poids <SEP> (livres/100
<tb> pieds <SEP> carrés) <SEP> 3,0 <SEP> 3,0
<tb> Masse <SEP> (100 <SEP> x <SEP> calibre/poids) <SEP> 0,35 <SEP> 0,
35
<tb> Solution <SEP> d'imprégnation
<tb> Identité <SEP> de <SEP> la <SEP> résine <SEP> C <SEP> B
<tb> Viscosité <SEP> 100 <SEP> c.p. <SEP> 50 <SEP> c.p.
<tb>
Solvant <SEP> éthanol <SEP> MEK
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> Résine <SEP> 60% <SEP> 59,5%
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> solvant <SEP> 39% <SEP> 27%
<tb> Identité <SEP> du <SEP> catalyseur <SEP> -- <SEP> y
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> catalyseur <SEP> -- <SEP> 10,5%
<tb> Identité <SEP> de <SEP> la <SEP> matière
<tb> auxiliaire <SEP> colorant <SEP> noir <SEP> de
<tb> carbone
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> matière
<tb> auxiliaire <SEP> 1% <SEP> 3%
<tb> Conditions <SEP> de <SEP> saturation
<tb> Vitesse <SEP> du <SEP> papier <SEP> (pieds/min) <SEP> 1,0 <SEP> 1,5
<tb> Température <SEP> ( F) <SEP> 260 <SEP> 2000
<tb> Temps <SEP> de <SEP> chauffage <SEP> (min) <SEP> 10 <SEP> 10
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> résine <SEP> du
<tb> papier <SEP> final <SEP> 52% <SEP> 53%
<tb>
Exemple V
D'autres papiers d'amiante ont été fabriqués en utilisant encore d'autres types de fibres d'amiante,
à savoir le type Cape Blue. Un tuyau moulé a été fabriqué en utilisant cette fibre avec de la résine époxy et de la résine phénolique;
Les données concernant les conditions opératoires et les caractéristiques des matières correspondent sensiblement à celles des essais n 2 et n 3 de l'exemple I, sauf que la fibre d'amiante utilisée était différente. Les tésultats des essais n 6 et n 7 effectués avec ces articles sont donnés dans le tableau IV.
Ce tableau 4 représente les meilleurs résultats obtenus avec les papiers produits au cours des essais n 4 à @décrits plus haut. Dans tous les cas, les papiers ont été enroulés sur les mandrins, qui étal; constituée par des cylin- dres chromés d'un diamètre de 2,035 pouce, la direction ma- chine du papier s'étendant circonférentiellement.
<Desc/Clms Page number 21>
TABLEAU 4
EMI21.1
<tb> Papier <SEP> Tempéra- <SEP> Tempé- <SEP> Pression <SEP> Temp. <SEP> Temp. <SEP> Pression <SEP> Epaissaur <SEP> Tension <SEP> Suintement
<tb> ture <SEP> rature <SEP> rouleaux <SEP> de <SEP> dur- <SEP> de <SEP> dur- <SEP> d'éclate- <SEP> des <SEP> pa- <SEP> d'éclatement <SEP> radical
<tb> rouleaux <SEP> mandrin <SEP> liv/Ang/ <SEP> cisse- <SEP> cisse- <SEP> ment <SEP> rois <SEP> livres/pouce
<tb> pce <SEP> carré <SEP> ment <SEP> ment <SEP> liv/pce <SEP> carré
<tb>
EMI21.2
.25 F . 260 OF 100:
. , h.hre 3 25 F -- 0,170 Néant
EMI21.3
<tb> 5 <SEP> 160 <SEP> 300 <SEP> (100 <SEP> (2 <SEP> (325 <SEP> 1870 <SEP> 0,187 <SEP> 11.500 <SEP> "
<tb> (0 <SEP> (4 <SEP> (400
<tb> 6 <SEP> 160 <SEP> 300 <SEP> 100 <SEP> 4 <SEP> 300 <SEP> 2100 <SEP> 0,171 <SEP> 14. <SEP> 700 <SEP> "
<tb> 7 <SEP> 125 <SEP> 260 <SEP> 100 <SEP> (2 <SEP> (300 <SEP> 2100 <SEP> 0,171 <SEP> 14.700 <SEP> "
<tb> (3 <SEP> (350
<tb>
<Desc/Clms Page number 22>
DESCRIPTION DETAILLEE.
Le succès de la présente invention est dû dans une large mesure à la découverte d'une différence critique dans le comportement de certains papiers spécifiques d'amiante, lorsqu'ils sont utilisés pour la formation d'articles en matière plastique renforcés par des fibres. En général, les articles en matière plastique thermodurcissables renforcées tendent à être quelque peu poreux, quels que soient les fibres ou filaments de renforcement y contenus, à moins que ces matières de renforcement soient présentes en faibles proportions. En conséquence, il était de règle que des tuyaux en matière plastique thermodurcisaable, dépourvus de garniture intérieure et renforcés à l'aide de fibres d'amiante, de fibres de verre ou de fibres cellulosiques, révèlent un suintement de liquide à travers leur paroi, lorsqu'ils étaient soumis à une pression hydrostatique.
Cependant, on a découvert à présent que si les fibres d'amiante à utiliser comme éléments de renforcement sont d'abord incorporées dans du papier présentant certaines caractéristiques de masse élevée définies, qui seront élucidées davantage dans la suite du présent mémoire, et si le papier est ensuite imprégné à l'aide d'une quanaité déterminée de résine chermodurcissable, après quoi le papier imprégné est moulé sous pression et à chaud, de manière à former un article moulé, le problème du suintement d'un liquide à travers les parois de l'article, lorsque le liquide contenu dans celui-ci est sou.mis à une pression hydrostatique, est sensiblement éminé.
Le papier à utiliser pour exécuter les nouvelles opérations de façonnage de matière plastique suivant la présente invention se caractérise par le fait qu'il est constitué essentiellement de fibres d'amiante avec une quantité minimum de matières liantes ajoutées ou d'autres agents auxiliaires ajoutés. Ce papier est qualifié de "papier d'amiante".
<Desc/Clms Page number 23>
D'autres matières fibreuses, telles que des fibres cellulosiques, peuvent être incorporées au papier d'amiante, en quantités n'affectant pas, de manière notable, les caractéristiques de base du papier utilisé conformément à la présente invention. Ainsi, comme le révèlent les exemples qui ont été donnés plus haut, des fibres cellulosiques, telles que des fibres Kraft, peuvent être incorporées, en proportions élevées, dans le papier d'amiante, tout en procurant un papier convenant parfaitement pour être utilisé pour la production d'articles moulés exempts de suintement. Par conséquent, aussi longtemps que le papier d'amiante conserve sa caractéristique de masse élevée et son aptitude à former des articles moulés exempts de suintement, il peut être modifié de la sorte.
L'expression " papier d'amiante", telle qu'elle est utilisée dans le présent mémoire, présente une signification englobant les variantes dont il vient d'être question. De manière spécifique, le papier doit comporter sensiblement 90 à 99% de fibres et 1 à 10% de liant ou d'autres matières auxiliaires.
Les fibres d'amiante utilisées, de préférence, dans le papier sont celles que l'on qualifie dans le commerce de "rêches". Les fibres d'amiante rêches sont celles que l'on obtient à partir de l'amiante du groupe comprenant la chrysotile, la crocidolite et l'amosite. Comme exemples de fibres d'amiante satisfaisantes du commerce, on peut citer les fibres 4X Munro et 6D Jeffrey. De préférence, les fibres d'amiante à utiliser pour préparer le papier employé dans le procédé suivant la présente invention doivent être raffinées, de façon à présenter une faible teneur en fibres fines.
Ainsi, les fibres d'amiante doivent, de préférence, être raffinnées de façon que 30% au plus de ces fibres aient un calibre de moins de 200 mailles, c'est-à-dire qu'il ne faut pas que de plus de 30 en poids de fibres passent à travers un tamis standard à 200 mailles. Le... restant des fibres peut avoir un calibre
<Desc/Clms Page number 24>
quelconque au-dessus du calibre 200 mailles, mais au moins 50% environ de ce restant. de. fibres doit avoir un calibre tel,qu'il passe à travers un tamis standard à 28 mailles et soit retenu par un tamis standard à 100 mailles.
En plus du type et du calibre des fibres d'amiante à utiliser pour préparer le papier employé dans le procédé suivant la présente invention, il a également été constaté que les fibres d'amante doivent, de préférence, être bien ouvertes, de façon que l'on ne rencontre qu'une quantité relativement faible de faisceaux parmi les fibres. Le terme "faisceau" désigne un ensemble de fibres d'amiante d'un diamètre de 1/32 àe pouce ou davantage. Le caractère adéquat des fibres d'amiante, peut, 4(cet égard, être déterminé par l'essai d'indépendance de Schopper-Riegler. Dans cet essai, les fibres d'amiante à utiliser dans le procédé suivant l'invention doivent avoir une valeur d'indépendance comprise entre environ 500 et 560.
Au surplus, les fibres doivent être rela- tivement propres, de façon que lorsqu'elles sont soumises à l'essai de brillance standard de Tappi (à l'état humide) , la brillance de ces fibres ne soit pas inférieure à 70.
Les résultats les plus souhaitables, en ce qui concerne la résistance du tuyau moulé et l'absence de tout suintement dans ce tuyau, sont obtenus, lorsqu'on utilise un papier formé de fibres d'amiante telles qu'indiquées, avec une quantité minimum de liant ou d'une autre matière ajoutée.
Ainsi, bien qu'il soit possible d'employer de 1 à 10% de liant ajouté, on préfère que le pourcentage de liant ajouté soit compris entre 3 et 5% en poids, par rapport au poids total du papier. La matiere liante non fibreuse, qui est utilisée dans le papier d'amiante, sert à conférer à ce papier une résistance suffisante à l'état humide, pour permettre de le manipuler et de le soumettre aux stades subséquents d'imprégnation à l'aide de résine. Diverses matières liantes de ce type sont connues dans la technique de lfabrication de papier d'amiante.
<Desc/Clms Page number 25>
Parmi ces matieres liantes, on peut citer les résines vinyliques, telles que les résines de chlorure de polyvinyle, employées préférablement sous la forme d'émulsions aqueuses, les résines acryliques, telles que les esters méthyliques, éthyliques, butyliques et hexyliques des acides acrylique et méthacrylique, les copolymères ou mélanges de ce? résines, les éthers ou esters cellulosiques, et les matières résineuses non fibreuses comparables, qui peuvent être utilisées dans du papier d'amiante, pour conférer à celui-ci les qualités de cohésion requises.
En plus d'une matière liante non fibreuse, le papier d'amiante peut contenir, dans les limites indiquées, des charges ou des pigments, par exemple dans le but de modifier l'aspect ou la teinte du papier. Parmi ces charges ou pigments, on peut citer le bioxyde de titane, le noir de carbone, la silice, les pigments rouges, les pigments de métaux lourds, etc. Dans certains cas, il/peut être souhaitable de strtifier ou d'assembler le papier d'amiante avec des nappes tissées ou non tissées d'autres fibres, par exemple avec un tissu de fibres de verre, avec du feucre de nylon ou avec des matières analogues.
Le papier à utiliser conformément à la présente invention doit non s@lement être constitué des fibres spécifi- ées ci-dessus, mais il doit également présenter une masse relativement élevée. La masse est constituée par le calibre divisé par le poids multiplié par 100. Le calibre est l'épais- seur mesurée en pouces et le poids est mesuré en livres an-
EMI25.1
,-,¯-¯ 'AA -in- ---ré- A- ¯4o Too oo x'>m;nlr,p -y'1d1'7cJ par #ïôu..W.crrc.;a w. .1-'......,...,.............--- # Y-. - ni3.?i*'ç à utiliser dans le procédé suivant la présente invention doivent avoir une masse d'au moins 0,3 et cette masse doit, de préférence, être comprise entre 0,3 et 0,6.
On ne peut pas affirmer catégoriquement que des résultats satisfaisants ne peuvent pas être obtenus avec un papier de masse inférieure à
<Desc/Clms Page number 26>
0,20, mais l'on sait que des papiers d'amiante commerciaux de 10 livres avec une masse de 0,22 ne produisent certaine- ment pas des résultats satisfaisants, et que par conséquent, une masse inférieure à 0,28 environ ne peut pas être commer- cialement recommandée.
La raison extacte pour laquelle les types spéci- fiés de papier conviennent dans les procédés de formation d'articles en matière plastique, pour la production de tuyaux et d'autres articles exempts de tout suintement n'a pas été déterminée. Il semble qu'il y ait une sorte de coopération unique entre les fibres de cette classe de papier et les ré- sines thermodurcissables utilisées pour imprégner celui-ci, cette coopération étant telle que l'on obtienne des articles moulés possédant des caractéristiques de résistance élevée à la rupture et, en même temps, exempts de trous d'épingles ou d'autres fissures ou ouvertures de petites dimensions, qui pourraient donner lieu à un suintement ou écoulement de liauide à travers les parois des articles moulés.
En tout cas, l'emploi du type spécifié de papier d'amiante en combinaison avec des résines thermodurcissables permet, conformément à la présente invention, de prpduire des tuyaux en matièra plastique renforcés par des fibres, qui possèdent des proprié- tés physiques et structurelles remarquables, sans aucune tendance à l'exsudation ou au suintement et sans qu'il soit besoin d'utiliser des garnitures ou doublures intérieures en matière plastique, des couches non fibreuses de matière plas- tique ou des dispositifs analogues à l'intérieur des tuyaux, pour empêcher le suintement;
Par ailleurs . l'emploi de papier d'amiante de la manière spécifiée permet la prpduction de tuyaux et d'autres articles moulés, qui possèdent une struc- ture sensiblement homogèhe, les fibres étant réparties dans le support résineux de façon que la matière de renforcement n'altère pas les possibilités de taraudage ou de filetage mécanique des tuyaux, à l'aide des machines de filetage ou de taraudage habituelles.
<Desc/Clms Page number 27>
Il existe une grande variété de résines thermodur- cissables, qui peuvent être utilisées pour la production des nouvelles matières à mouler suivant la présente invention et pour la fabrication ces articles renforcés au moyen de fibres, par les procédés décrits dans le présent mémoire. Par ailleurs, il est probable qu'au fur et à mesure des développements de la technologie des résines synthétiques, de nouvelles résines thermodurcissables seront mises au point, qui pourront être utilisées dans le procédé suivant la présente invention.
Les résines thermodurcissables qui se sont révélées les plus satisfaisantes dans le procédé suivant la présente invention sont celles que l'on dénomme, dans le commerce, résines phénoliques, résines polyestas non saturées et résines époxy.
Les résines phénoliques sont des produits de con- aensation d'un phénol et d'unealdéhyde, par exemple de phénol, de crésol, de p-hydroxy diphényle ou d'autres phénols, avec du formaldéhyde, du furfural et d'autres aldéhydes. On peut utiliser n'importe quel type de résines phénoliques capables d'être amenées à un stade de condensation final. La préparation et la structure chimique des résines phénoliques utilisables of Ç,sont indiquées dans l'ouvrage intitulé " Encyclopedia Chemical
Technology ", publié en 1953 par The Interscience Encyclopedia inc., volume 10, pages 335 à 369. Des résines phénoliques appropriées sont également décrites dans de nombreux brevets, notammant dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n
1.126.926, 2.272.155 et 2.736.718.
Les résines polyesters non saturées sont les produits d'estérification d'alcools non saturés avec des acides poly- basiques ou d'acides non saturés avec des alcools monohydri- ques ou polyhydriques. Ces résines sont celles que l'on qualifie, dans l'industrie des résines synthétiques de "Résines de contact"; voir, par exemple l'ouvrage "Encyclopedia of Chenical Technology", supra,volume 1, pages 590 et 591 et
<Desc/Clms Page number 28>
volume 10, pages 807 et 808. Comme exemples spéciqiques de telles résines préférées, on peut citer les polymères de phtalate de diallyle, de maléate de diallyle, de diacrylate ae glycol, de diméthacrylate de glycol et des polyesters non saturés similaires, tels que ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2.501.610, 2.596.162, 2.806.014 et 2.810.712.
Les produits commerciaux de ce type sont ordi- nairement des mélanges des polyesters non saturés, qui con- tiennent souvent de petites quantités d'autres matières poly- mérisables, telles que le styrène, le divinylbenzène, l'acé- tate de vinyle, l'acrylate de méthyle et des matières analogues.
Les résines polyesters commerciales vendues par l'American
Cyanamid Company sous les dénomminations commerciales "Laminac
4111, " " Laminac 4116" et " Laminac 4134" donnent de bons résultats.
Les résines époxy sont des résines d'éthoxyline thermodurcissables d'éthers polyglycidylique de composés poly- hydroxylés avec des anhydrides d'acides carboxyliques poly- basiques ou avec des composés polyfonctionnels équivalents.
La production et la structure chimique des résines époxy utilisables sont décrites dans le volume 45, pages 2715 à
2721 de l'ouvrage " Industrial and Engineering Chemistry", et dans le premier supplément (1957) de l'ouvrage "Encyclopedia
Of Chemical Technology," supra, pages 312 à 329. Des exemples spécifiques de résines époxy utilisables sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2.824.851, 2.863.853,
2.890.196 et 2.890.204. Comme résines époxy comnierciales, qui peuvent être utilisées, on peut citer les résines "Epon
828" et "Epon 892" vendues par la Shell Chemical Co.
Pour obtenir la combinaison appropriée de résistance structurelle et d'absence de suintement des articles moulés en matière plastique suivant l'invention, la proportion de la ---résine par rapport en papier d'amiante doit être réglée, de
<Desc/Clms Page number 29>
façon que le papier imprégné de résine et exempt de solvant, qui sert ae matière de moulage suivant l'invention, contienne de 40 à 65% environ en poids de résine, par rapport au poids total de papier imprégné de résine. Il a été constaté qu'une teneur en résine inférieure à 40% produit des articles moulés présentant une tendance au suintement. D'un autre côté, l'emploi de plus de 65% environ de résine produit des articles moulés, qui tendent à avoir une résistance à la traction et d'autres propriétés mécaniques insuffisantes.
Une petite quantité de catalyseur doit généralement être contenue dans la masse d'imprégnation liquide à base ae résine utilisée pour saturer le papier d'amiante. cependant, certaines résines que l'on trouve dans le commerce contiennent un catalyseur et ne nécessitent par conséquent pas l'addition d'une matière catalytique. La quantité exacte de catalyseur utilisé peut varier ét dépend, dans une certaine esure, du catalyseur particulier utilisé, ainsi que de la résine thermodurcissable particulière utilisée. Les solutions d'imprégnation résineuses préférées contiendront cependant de 0,1 à 10% en poids environ de catalyseur, par rapport au poids de la résine thermodurcissable, une quanaité de catalyseur comprise entre 0,5 et 5% en poids étant spécialement efficace.
De nombreux types différents de catalyseurs sont connus et sont utilisables dans le procédé suivant la présente invention, avec les divers types de résines thermodurcissables qui peuvent être utilisés. Comme catalyseurs utilisables pour des résines phénoliques, on peut citer les oxydes et hydroxydes de so.-dium et d'autres métaux alcalins et l'ammoniac, le calcium et d'autres métaux alcalino-terreux, le zinc, l'aluminium, des amines, comme l'éthylène diamine, l'aniline et la cyclohexylamine, des bases d'ammonium quaternaires, comme l'hydroxyde de tétraméthyl ammonium, le chlorure de méthylpyridinium ou analogues, ainsi que des mélanges de ces composés.
<Desc/Clms Page number 30>
Comme catalyseursutilisables pour les résines polyesters non saturées, on peut citer les peroxydes organiques, tels que le peroxyde de benzoyle, le peroxyde d'acétyle, le peroxyde de lautoyle, le peroxyde de méthyléthylcétone, l'hydroperoxyde de tert.-butyle, le peroxyde de stéaryle, l'hydroperoxyde de cumène, le peroxyde de caprylyle, les sels des métaux lourds, tels que les linoléates et naphténates de cuivre ou de cobalt, des composés azoïques, tels que l'azobisisobutyronitrile, l'azoisobutyrate de méthyle, et des mélanges de ces matières.
Comme catalyseurs appropriés pour les résines époxy, on peut citer des amines, telles que la m-phénylènediamine, l'éthanoldiamine, les dialcoylaminopropylamines, la triéthylanine, la pipéridine, etc, des amides, comme la formamide, la phtalimide, la succinl diamide, des anhydrides d'acides, tels que l'anhydride phtalique, le dianhydride pyromellitique, l'anhydride maléique, des sulfones, comme là diaminodiphényl sulfone, ainsi que des mélanges de ces matières et de matières équivalentes.
Les nouvelles matières de moulage suivant l'invention composées de papier d'amiante imprégné d'une résine thermodurcissable au stade B ne possèdent pas une durée de conservation illimitée, c'est-à-dire que si ces matières sont maintenues à température ambiante pendant plusieurs jours ou davantage, la résine qui y est contenue peut subir une certaine transformation vers le stade C, ce qui peut tendre à rendre le moulqge subséquent non satisfaisant. Les matières de moulage constituées à l'aide de résines polyester non saturées ou à l'aide de résines époxy possèdent, ainsi qu'on a pu le constater, une durée de conservation inférieure à celle des matières de moulage obtenuesà l'aide de résines phénoliques. Les qualités de conservation des matières de moulage peuvent être prolongées en stockant ces matières sous réfrigération.
Cependant, un autre procédé pour prolonger
<Desc/Clms Page number 31>
la durée de conservation des matières de moulage a également ,été mis au point. Ce procédé consiste à utiliser des mélanges catalytiques spéciaux lors de la préparation des papiers d'amian- te imprégnés de résine suivant l'invention. Ces mélanges ca- talytiques sont constitués d'une matière catalytique apte à produire seulement un durcissement partiel de la résine ther- modurcissable à une température inférieure à 200 F environ, cette matière catalytique étant additionnée d'un autre cata- lyseur qui n'est pas assez actif pour durcir la résine à des températures inférieures à 200 F, mais qui agit, à des tempé- ratures supérieures à 200 F environ, de manière à durcir com- plètement la résine pour l'amener à l'état final.
Le premier composant du mélange catalytique permet de durcir la résine dont est imprégné le papier d'amiante jusqu'au stade 3, sans que la résine ait tendance à se polymériser ou à se condenser, aans une mesure indésirable, jusqu'au stade final , avant l'opération de moulage finale. Un moulage composé de parties de égales de peroxyde de benzoyle et de peroxyde(méthyléthylcé- tone, à utiliser avec des résines polyester non saturées, constitue un exemple de ce type de système catalytique. Des feuilles de papier d'amiante imprégnées à l'aide d'une solu- tion d'une résine polyester non saturée, telle que du poly- mere de phtalate de diallyle, peuvent être soumises à un pré-durcissement, en utilisant 1% du dit mélange catalytique, penaant 15 à 30 minutes à 130 F, de façon à former des feuilles sèches imprégnées de résine et exemptes de solvant.
Dans ae telles conditions de pré-durcissement, le peroxyde de mé- thyléthylcétone contenu dans le catalyseur produit apparemment une polymérisation de la résine jusqu'au stade B. La matière de moulage peut subir ensuite un durcissement final à une température de 300 F pendant une demi à une heure, pendant laquelle la résine fond et est activée jusqu'au stade final de durcissement, par l'action du peroxyde de benzoyle.
<Desc/Clms Page number 32>
Comme autres exemples de mélanges catalytiques à action retaraée, on peut citer les mélanges d'hydroxyde de sodium et de phénol Aie de sodium ou les mélanges d'oxalate de calcium et de p-phénylènediamine pour les résines phénoliques ; lesMélanges de peroxyde de be.:zoyle et d'hydroperoxyde de tert.- outyle pour les résines polyesters non saturées; les mélanges d'anhydride maléique et d'acide adipique ou les mélanges d'anhydride phtalique et de phtalimide pour les résines époxy.
.Jour former les solutions d'imprégnation résineuses servant à la saturation du papier d'amiante, on peut employer des solvants volatils pour obtenir la viscosité désirée de la solution d'imprégnation, si la résine thermodurcissable n'a pas en elle-même la viscosité désirée. Par ailleurs, il est également possible de régler la viscosité de la solution d'imprégnation en mélangeant l'une à l'autre deux ou plus de deux fractions de résines therznodurcissablea qui possèdent des viscosités différentes, de façon que le mélange final de résines présente une viscosité adéquate pour imprégner le papier d'amiante à un degré tel que, lorsque le papier imprégné a été soumis à un pré-durcissement pour amener la résine au stade B,
ce papier contienne la proportion désirée susindiquée de 40 à 65% en poids de résine. Il va de soi que, si la solution d'imprégnation est trop fluide, le papier ne pourra pas retenir suffisament de liqueur d'imprégnation au cours de sa manutention subséquente, pour permettre l'obtention de la teneur voulue en résines. Inversément, si la solution d'imprégnation est trop visqueuse, il n'est pas possible d'imprégner convenablement le papier à l'aide de la quantité voulue de résine . On a constaté que des solutions d'imprégnation, dont les viscosités sont comprises entre 50 et 100 centipoises environ produisent les meilleurs ré- sultats, ces viscosités étant mesurées à l'aide du viscosimètre Gardner-Holt.
<Desc/Clms Page number 33>
Lorsqu'on utilise uh solvant volatil pour former des solutions d'imprégnation de viscosité désirée avec les
EMI33.1
résines thermoaurcissables, il est préférable d'employer des solvants qui dissolvent les résines thermodurcissables, ont un point d'ébullition inférieur à 250 F et ont, en particu- lier, un point d'ébullition compris entre 80 et 200 F environ.
Comme exemple de solvants utilisables, on peut citer le mé- thanol, l'éthanol, le butanol, le benzène, le toluène, l'acé- la
EMI33.2
tone, la méthyléthylcétone,/méthylisobutylcétone, le bichlo- rure d'éthylène, le tétrachlorure de carbone, l'acétate d'éthyle et d'autres solvants organiques volatils de pouvoir dissolvant comparable et de volatilité comparable. La quantité de solvant utilisée pour former les solutions d'imprégnation dépend principalement de la viscosité de la résine thermoaur- cissaJle utilisée, ainsi que du solvant utilisé pour former la masse d'imprégnation. Avec des résines thermodurcissables très visqueuses, on peut utiliser jusqu'à 50% en poids de solvant, par rapport au poids total de la solution d'imprégnation.
En général, la quantité de solvant volatil utilisée varie entre 5 et 20% environ du poids de la solution d'imprégnation.
L'imprégnation du papier d'amiante à l'aide de la résine thermodurcissable peut s'effectuer dans n'importe type d'appareil convenable. Des réservoirs d'imprégnation, des appareils de foulardage, des diàpositifs à raclette , des dispositifs d'enduction à l'aide de rouleaux, des dispositifs de pulvérisation ou des dispositifs analogues peuvent être utilisés. Quelque soit l'appareil employé, l'opération de sa-
EMI33.3
turation v4d'imprgnatiûn doit se faira dans des conditiûfi5 tülGVlVi1 VIfU l1111G11cttiiVll '-tOit j-airë t10.11.y.tGv7 .Vlll,tltn1V11J telles qu'une quantité suffisante de la résine soit incorporée dans le papier d'amiante, pour que celui-ci présente, après élimination de la totalité des solvants volatils, une teneur en résine solide comprise entre environ 40 et 65% en poids.
<Desc/Clms Page number 34>
Après l'imprégnation du papier à l'aide de la résine thermodurcissable, les feuilles imprégnées sont sou- mises à des conditions propres à éliminer la totalité àe solvants organiques volatils et des composants analogues et à transformer partiellement la résine thermodurcissable, de façon que celle-ci se trouve au stade B de sa transforma- tion. A cette fin, on peut utiliser , de manière satisfaisante, des fours ou des séchoirs tunnels chauffés par de la vapeur, des rayons infra-rouge ou par induction.
Les conditions appliquées pour le traitement des papiers d'amiante imprégnés, pour obtenir les nouvelles ma- tières de moulage suivant la présente invention, peuvent va- rier et dependront, en partie, de la résine thermodurcissa- ole utilisée pour imprégner le papier. Les résines phénoli- ques exigent, en général, des conditions de température et de temps plus sévères que les résines époxy ou les résines polyester. Par ailleurs, le temps de traitement a une tempé- rature donnée dépendra, dans une certaine mesure, de la quan- tité de solvant contenue dans la solution résineuse d'impré- gnation.
Cependant, pour les masses résineuses d'imprégnation préférées décrites plus haut, des températures comprises entre
100 et 200 F, appliquées pendant 5 à 60 minutes, sont géné- ralement les plus appropriées pour obtenir les nouvelles ma- tières de moulage à partir des papiers d'amiante imprégnés de résines thermodurcissables.
Au terme des opérations de pré-durcissement qui viennent d'être décrites, on peut obtenir des papiers impré- gnés de résine, qui sont auto-portante, sensiblement:5 secs et peuvent être enroulés, de manière à formelles rouleaux, pour leur utilisation subséquente. De tels papiers imprégnés de résine peuvent être enroulés sur des mandrins, de manière à former des troncçons ou sections tubulaires d'épaisseur appro- priée, à partir desquels des tuyaux matière plastiqee renfor- cés au moyen de fibres peuvent être ootenus par des opérations
<Desc/Clms Page number 35>
de moulage appropriées.
De manière similaire, des sections des feuilles de papier peuvent être assemblées sur des formes appropriées et soumises ensuite à des conditions de moulage propres à former des articles moulés de formes diverses, tels que des coudes, des raccords en T, des nipples ou des pièces tubulaires analogues aestinées à servir de raccord avec les long tronçons de tuyaux en matière plastique, qui peuvent être coulés sur des mandrins cylindriques à partir des feuilles imprégnées ae résine.
Des moules ou formes constituée d'allia- ges de métaux à bas point de fusion peuvent être utilisés avantageusement pour ces opérations de moulage, car après trans- formation du papier imprégné de résine en un article moulé, en appliquant des conditions de durcissement appropriées, la terme métallique peut être enlevée en chauffant l'ensemble à une température supérieure au point de fusion de cette forme .nétallique, ce qui permet de verser le métal hors de l'article @oulé en matière plastique.
D'un autre côté, dans le cas par- iculier du moulage de petits articles ou objets en matière plastique ou d'articles présentant des formes ou des contours spéciaux, les feuilles de papier peuvent être macérées ou déchiquetées, de manière à former des fragments, qui peuvent ensuite être envoyés sous pression dans des cavités de moulage appropriées, de manière à former des articles de forme voulue par des opérations de moulage par compression bien connues.
Il est. possible d'exécuter le moulage et le durcissement final du papier d'amiante imprégné de résine sans application d'une pression. Cependant, les résultats les plus satisfaisants sont obtenus , lorsque des pressions élevées sont appliquées à la matière de moulage au cours de l'opération de durcissement. Dans les cas où il s'agit de mouler des sections ou tronçons de tuyaux, une pression satisfaisante peut être obtenue en enveloppant le mandrin et le papier d'amiante enroulé sur celui-ci dans une enveloppe de cellophane, de téréphtalate de polyéthylène ou d'une matière similaire,
<Desc/Clms Page number 36>
qui se contractera légèrement dans les conditions de durcissement, de manière à appliquer une légère pression au papier enroulé sur le mandrin.
De manière similaire, on peut utiliser n'importe quel autre mode approprié d'application de pression et de chaleur aux sections de papier imprégné de .résine.
Ordinairement, une température d'au moins 300 F appliquée pendant au moins 1 heure sera utilisée pour le durcissement de la matière de moulage . Plus particulièrement, des températures de 300 à 500 F, appliquées pendant 1 à 24 heures, peuvent être employées à des pressions de 1 à 500 livres anglaises par pouce carré par exemple. Le durcissement des matières de moulage peut s'effectuer en plusieurs stades différents. Ainsi, le durcissement initial peut être exécuté à des pressions supérieures à la pression atmosphérique, tandis qu'un durcissement plus long peut être subséquemment exécuté à la pression atmosphérique.
Ceci est particulièrement intéressant dans le cas de matières de moulage constituées de résines phénoliques, qui exigent généralement des temps de durcissement plus longs pour un durcissement complet. i l'on rencontre des difficultés pour retirer les mandrins ou autres dispositifs de façonnage des articles moulés, on peut utiliser des agents particuliers pouf remédier à ces dificultés. Comme on le sait, des agents de libération ou de détachement peuvent être incorporés à la matière de moulage ou peuvent être appliqués, sous forme d'une pellicule, sur le mandrin ou sur tout autre dispositif de façonnage.
Comme tels agents, on peut utiliser des sels de métaux lourds d'acide gras, du graphite, des résines de silicone, des fluorocarbures de poids moléculaire élevé ou des agents similaires.
CONCLUSIONS.
Dans la description précédente, on a décrit de nouveaux procédés pour la faorication de tuyaux en matière plastique renforcés au moyen de fibres et d'autres articles
<Desc/Clms Page number 37>
en matière plastique renforcés au moyen de fibres, tandis qu'on a également décrit des procédés qui peuvent être utilisés pour obtenir des matières de moulage à utiliser pour la fabrication des tuyaux et articles moulés en question.
Les nouveaux procédés de moulage se caractérisent par-le fait qu'ils produisent des structures en matière plastique renforcées au moyen de fibres, qui sont sensiblement homogènes et contiennent cependant au moins 35 à 60% en poids de fibres de renforcement. Par ailleurs, les nouveaux articles en matière plastique sont sensiblement exempts de toute tendance au suintement, c'est-à-dire qu'ils ne laissent pas passer de liquide à travers leur paroi , lorsque le liquide est contenu dans ces articles sous une pression hydrostatique substantielle.
Les tuyaux, raccords ou autres articles obtenus par le procédé suivant l'invention peuvent être soumis à des pression hydrostatiques d'u moins 600 livres anglaises par pouce carré à température ambiante pendant un temps indéfini, sans révéler aucun signe d'exsudation ou de suintement, tandis qu'ils peuvent aussi résister à des pressions de 300 livres anglaises par pouce carré pendant au moins 24 heures à 200 F. Au surplus, les nouveaux articles en matière plastique résistent à des températures élevées, par exemple à des températures d'environ 1000 F pendant au moins 5 minutes, sans subir de délitement ou de déstratification.
Une autre caractéristique du procédé de moulage suivant l'invention réside dans le fait que les articles, tels que les tuyaux moulée, peuvent être taraudés ou filetés à l'aide des appareils et des procédés de filetage ou de taraudage de tuyaux habituels, tandis qu'ils ne nécessitent pas l'emploi de raccords spéciaux ou d'opérations de moulage spéciales pour créer un joint étanche aux fluides entre un tuyau et un raccord.