CH459560A - Matériau pour garnitures d'étanchéité et procédé pour sa fabrication - Google Patents

Description

  Matériau pour garnitures d'étanchéité     et    procédé pour sa     fabrication       La     présente        invention    concerne un matériau pour  garnitures d'étanchéité et un     procédé    pour sa fabrica  tion.  



  Des     difficultés    considérables ont été     rencontrées    dans  la réalisation des     garnitures    pour les     pompes    mécaniques  et autres     mécanismes    du même genre devant résister  tant à des produits très     corrosifs    qu'aux     températures     élevées engendrées par les frottements     mécaniques    ou  résultant     éventuellement    des traitements subis par les  produits traversant la pompe.

   Bien que des types variés  de     garnitures,    dont certains     utilisent    le     polytétrafluoro-          éthylène    comme     composant,    aient été décrits, il est resté  difficile d'obtenir une     garniture    présentant les propriétés  désirées.

   Il a été suggéré     d'utiliser    un tissu tressé ou un  feutre de verre imprégné avec le     polytétrafluoroéthylène,     mais un matériau de ce     genre    est relativement fragile et  ne peut     résister    à une déformation     importante.    Quant au       polytétrafluoroéthylène    par lui-même, il est notoirement  mauvais conducteur de la chaleur et ne peut résister aux  élévations de température engendrées par le frottement.  



  La présente     invention    a pour but d'éviter     ces    incon  vénients. Le matériau pour garnitures d'étanchéité selon  l'invention est caractérisé en     ce    qu'il comporte des fibres  de verre tressées, imprégnées avec une résine du groupe  des polymères fluorés.  



  Le     procédé    pour la fabrication du matériau est carac  térisé en     ce    qu'on forme une armature en fibres de verre  tressées, qu'on     imprègne    cette     armature    avec une disper  sion d'une résine du groupe des polymères fluorés,  qu'on sèche l'armature et la réduit aux dimensions  voulues.  



  Suivant une variante du     procédé,    les fibres indivi  duelles, ou des torons constitués de plusieurs fibres, sont  déjà imprégnés avant d'entrer dans la constitution de  l'armature tressée,     mais    l'armature est     soumise    à une    seconde immersion dans une dispersion de     polytétra-          fluoroéthylène.     



  La combinaison des fibres de verre tressées impré  gnées avec, par exemple, le     polytétrafluoroéthylène    pré  sente des canaux de dissipation pour la chaleur tant en  raison de la structure du verre tressé que de la nature  des fibres de verre. De plus,     elle    est capable de résister  à de hautes températures, inerte,

   présente     d'excellentes     propriétés mécaniques tant en raison de la structure  tressée des fibres de verre que par la présence du     poly-          tétrafluoroéthylène    dans les interstices des fibres et est  douée d'une élasticité absente dans le     polytétrafluoro-          éthylène        solide    et dans les fibres de verre tressées sèches  pris individuellement.  



  Bien que le     polytétrafluoroéthylène    soit préféré, des  polymères inertes     similaires,        tels    que le     monochloro-          fluoroéthylène    polymérisé, peuvent être utilisés avec des  avantages de même ordre. Par ailleurs, et bien que cette  façon de     procéder        ne    soit généralement pas préférée,  l'imprégnation pourra être effectuée, en tout ou en par  tie à sec, en     utilisant    le polymère sous forme de poudre  (éventuellement avec des agents agglomérants).  



  Le présent matériau de garniture est donc supérieur  au     polytétrafluoroéthylène    employé     seul,    dont la faible  conductivité thermique retarde le transfert de la chaleur  engendrée aux     surfaces    de frottement et provoque une  dilatation     excessive.    D'autre part, les fibres de verre  employées seules, même souks forme de tresses, laissent  suinter les substances pour lesquelles l'étanchéité doit  être obtenue et, par suite du frottement mécanique s'exer  çant entre les fibres adjacentes, le verre est rapidement  réduit en poussière.  



  Le présent matériau de garniture étend les limites  pratiques de température entre lesquelles il peut être       utilisé    puisque, bien que la limite supérieure soit le      niveau de     résistance    à la température du     polytétrafluoro-          éthylène    lui-même,

   le     tressage    de fibres de verre conduit  la     chaleur        loin    des surfaces sur     lesquelles    elle est .engen  drée et tend ainsi à     maintenir    une température inférieure  à celle pouvant     entraîner    une détérioration du     polytétra-          fluoroéthylène.    Les fibres de verre relativement longues,  c'est-à-dire mesurant plus de 25 mm et généralement de  200 à 375 mm, s'étendent de l'intérieur à l'extérieur de la  garniture et effectuent     normalement        plusieurs    révolutions  autour de celle-ci,

   ménageant ainsi des canaux pour la  chaleur entre les points intérieurs de la garniture et sa  surface extérieure. Dans la     gamme    .des basses tempéra  tures, les propriétés     mécaniques    du présent mode de réali  sation permettent l'emploi de la garniture dans des condi  tions où le     polytétrafluoroéthylène    seul ne donnerait pas  satisfaction.  



  Dans une réalisation de la présente invention, un  matériau de garniture est formé en     imprégnant    des fibres  de verre tressées avec du     polytétrafluoroéthylène    (ou  avec du     monochlorofluoroéthylène    polymérisé) et en uti  lisant ensuite celui-ci comme une âme que     l'_on    entoure  d'une gaine constituée par des     filaments    tressés de     poly-          tétrafluoroéthylène    (ou de     monochlorofluoroéthylène).      Les tresses extérieures sont     normalement    imprégnées, ul  térieurement,

   de     fluoroéthylène    polymérisé de la façon  dont il a été procédé pour l'âme.  



  Une telle     structure    est particulièrement avantageuse  du     fait    que la gaine extérieure de     polytétrafluoroéthylène          réalise    une lubrification tendant à réduire le dégagement  de chaleur dû aux frottements.

   Ce mode de réalisation,  consistant à recouvrir l'âme élastique en fibres de verre,  traitée par le polymère, d'une     gaine    de fibres de poly  mère pur, ultérieurement imprégnée, est avantageux  dans tous les cas où le     fluide        pour        .lequel    l'étanchéité doit  être réalisée peut être     nuisible    pour le verre sans l'être  pour le polymère de     fluoroéthylène.     



  Il est préférable d'utiliser des fibres de verre tressées  formées d'un     certain    nombre de     fibres        individuelles,    sur  tout lorsque chacune est déjà formée d'un     faisceau    de  fils     toronnés.    Les filés peuvent alors être     tressés    de la  manière classique et soumis à l'imprégnation par le     poly-          tétrafluoroéthylène.    La     pratique    de ce procédé permet  de conférer une élasticité supplémentaire au matériau de  garniture.  



  Les différents aspects et modifications de la présente  invention ressortiront plus clairement de la description  qui va suivre, d'exemples de     réalisation    et du dessin  d'accompagnement dans lequel  la     fig.    1 représente la .structure d'un matériau pour  garnitures     d'étanchéité    dans lequel les fibres de verre  tressées sont imprégnées de     polytétrafluoroéthylène    ;

    la     fig.    2 représente une structure dans laquelle une  âme de fibres de verre tressées imprégnée de     polytétra-          fluoro6thylène    est utilisée en     combinaison    avec une gaine  de     polytétrafluoroéthylène    pour former un matériau de  garniture.  



  Ainsi qu'on peut le voir sur la     fig.    1, la structure de  base 10 est constituée de longues fibres de verre tressées  11 imprégnées de particules de     polytétrafluoroéthylène,     les     particules    de polymère entourant les tresses de fila  ments de verre et pénétrant dans les interstices entre les  fibres.

   Les tresses de fibres de verre a et b peuvent être  obtenues par l'une quelconque des techniques classiques  mais il est toutefois préférable de     commencer    par to-         ronner    des fibres de verre     individuelles    relativement lon  gues pour former un     câble    de tressage et     d'imbriquer     ensuite     celui-ci    avec d'autres fibres     toronnées    pour ob  tenir la structure tressée.

   Un     procédé    particulièrement  préféré consiste à prendre des fibres de verre     to-ronnées     individuellement et à réunir un     certain    nombre de     celles-          ci    en un faisceau     toronné    qui sera     utilisé    pour former les  tresses a ou b. Suivant un autre mode de réalisation, les  fibres     individuelles,    ou en faisceau, peuvent être impré  gnées avant le tressage et .les tresses soumises ensuite à  une nouvelle imprégnation.  



  Les tresses peuvent être obtenues     par    l'une quelcon  que des techniques classiques, toutefois les     tresses    car  rées sont préférées pour la structure de base de fibres de  verre imprégnées (et les tresses superposées pour la  gaine de     polytétrafluoroéthylène    si     celle-ci    est utilisée).  



  Lorsque la     structure    tressée a été obtenue, celle-ci       est    imprégnée normalement en utilisant une dispersion  ou suspension aqueuse de     polytétrafluo:roéthylène    conte  nant généralement le     polytétrafluoroéthylène    à raison  de 30 _à 70     %    de la composition totale et 1 à 10     a/o    en  poids par rapport à     celui    du     polytétrafluoroéthylène    d'un  agent     mouillant        primaire.    L'agent mouillant peut tout  aussi bien être un agent auxiliaire.

   Comme agents mouil  lants, on peut utiliser .le sel de sodium d'un ester sulfu  rique d'un     monoalcool    tel que     l'alcool        laurylique    et-     l'oc-          tyl        phényl        polyglycol    éther. Comme agent de dispersion       auxiliaire,    on peut     utiliser    le sel de     butylamine    de l'acide       dodécyl    benzène     sulfonique.     



  Les fibres de verre tressées sont immergées dans la  dispersion de     polytétrafluoroéthylène    durant une période  comprise     entre    10 secondes et 10 minutes environ et, de       préférence,    entre 15 secondes et 5 minutes, suivant les  dimensions .de la     garniture,    à une température convena  ble comprise, par exemple, entre     10     C et 650 C, pour  obtenir leur     imprégnation.    Normalement, les fibres de  verre tressées et     imprégnées    contiendront des particules  solides de     polytétrafluoroéthylène    à raison de 10 à 50 %,  et de préférence de 30 à 45 %, de leur poids.

   Les fibres  de verre imprégnées et     tressées    sont ensuite séchées à une  température pouvant varier de 20 à 1200     C    environ,  l'abandon à la température ambiante ou le balayage  avec un gaz     chauffé    entre 65 et     90         C    environ pouvant  être     commodément    employés. Si besoin, l'opération d'im  prégnation peut être répétée et suivie d'un nouveau sé  chage.  



  Les fibres de verre tressées et     imprégnées    sont ensuite       amenées    à leurs dimensions     finales,    de préférence par  une opération de calandrage, bien que d'autres     procédés     tels qu'un formage dans     lequel    la mise en forme résulte  de la pression de la matrice,     puissent    être utilisés. L'opé  ration de     calandrage    amène la     garniture    à ses dimensions  finales et aplanit ou lisse ses     surfaces    extérieures. Elle  est normalement effectuée sur une machine comportant  deux rouleaux montés sur des arbres parallèles et tour  nant dans des directions opposées.

   L'écartement des rou  leaux et l'écartement de deux plaques latérales définis  sent les dimensions de la garniture.  



  Pour la fabrication de la     structure    de garniture repré  sentée sur la     fig.    2 et dans laquelle     ,les    tresses de fila  ments de verre imprégnées sont contenues par une gaine  tressée de     polytétrafluoroéthylène,    on emploie le     procédé          décrit        ci-dessous.--          Les    fibres de verre tressées sont imprégnées avec le       polytétrafluoroéthylène    et séchées de la     manière        indiquée         ci-dessus.

   Les     filaments    de     polytétrafluoroéthylène    sont  ensuite enroulés autour de l'âme en fibres de verre de  façon à former une structure de     polytétrafluoroéthylène     autour de celle-ci. Cette opération est généralement effec  tuée suivant la technique des tresses superposées dans  laquelle une série de tubes sont superposés, le plus petit  étant tressé sur l'âme. La structure obtenue est ensuite  immergée dans la suspension de     polytétrafluoroéthylène     de façon à réaliser l'imprégnation des tresses extérieures  sensiblement de la même façon que lors du formage de  l'âme intérieure.

   La garniture résultante<B>100,</B> représentée  sur la     fig.    2, comprend ainsi les tresses de     polytétrafluoro-          éthylène    c et d entourant l'âme de base 103 en fibres de  verre tressées, laquelle est constituée par les fibres de  verre tressées 101 imprégnées avec les particules de     poly-          tétrafluoroéthylène    102, les lettres e et f désignant la  structure de fibres de verre tressées.  



  Les réalisations suivantes de l'invention sont décrites  simplement à titre d'exemples.  



  <I>Exemple 1:</I>  Un fil standard de fibres de verre     toronnées    ayant la  composition suivante est employé  
EMI0003.0011     
  
    % <SEP> en <SEP> poids
<tb>  Bioxyde <SEP> de <SEP> silicium <SEP> ... <SEP> ................... <SEP> .... <SEP> . <SEP> 60 <SEP> à <SEP> 65
<tb>  Oxyde <SEP> d'aluminium <SEP> ..... <SEP> ....... <SEP> ..2 <SEP> à <SEP> 6
<tb>  Oxyde <SEP> de <SEP> bore <SEP> . <SEP> . <SEP> .. <SEP> ... <SEP> .. <SEP> .. <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 7
<tb>  Oxyde <SEP> de <SEP> sodium <SEP> et <SEP> potassium <SEP> . <SEP> 8 <SEP> à <SEP> 12
<tb>  Oxyde <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> et <SEP> oxyde <SEP> de
<tb>  calcium <SEP> ............ <SEP> ... <SEP> ... <SEP> . <SEP> .. <SEP> .. <SEP> .. <SEP> 15 <SEP> à <SEP> 20       Les fibres individuelles ont une longueur de 200     à,     375 mm.

   Le diamètre moyen du filament est de 7 mi  crons.  



  Pour réaliser une     garniture    carrée de 12,5     mm,    on uti  lise un brin unique composé de 5 fils individuels     toron-          nés    (fils individuels de 20 000 mètres au kilo). 39 de     ces     torons sont torsadés en un faisceau et l'on garnit 8 bobi  nes qui prennent place sur une machine à tresser en sec  tion carrée qui fournira une structure approximativement  carrée dont la section transversale sera d'environ  12,5 mm.  



  Les fibres de verre tressées sont immergées dans une  dispersion de     polytétrafluoroéthylène    contenant environ       60        %        de        celui-ci,        en        poids,        et    6     %        d'agent        mouillant        en     poids par rapport au poids de     polytétrafluoroéthylène,    le  complément étant constitué par de l'eau. Pour une gar  niture de 12,5 mm, le temps     d'immersion    est de deux  minutes.

   La garniture est ensuite séchée à l'air et calibrée  à ses dimensions.    <I>Exemple 2:</I>  Le présent exemple est relatif à la réalisation d'une  garniture de 12,5 mm     gainée    de     polytétrafluoroéthylène     tressé.  



  On emploie un fil standard de fibres     toronnées    tel  que décrit dans l'exemple 1, pour obtenir une âme de  6,25 mm. Onze fils sont     toronnés    en faisceau et enroulés  sur une bobine. Huit bobines sont montées sur une ma  chine à tresser en carré pour obtenir une âme approxi  mativement carrée de 6,25 mm de côté. L'âme est alors    plongée durant environ une minute dans une pâte cons  tituée d'un     suspensoïde    de     polytétrafluoroéthylène,    anté  rieurement décrit, et de mica.

   Les dimensions moyennes  de ce mica sont de 5 à 10 microns en diamètre et de  0,5 micron en épaisseur et sa composition est constituée       approximativement        par        48        %        de        silice,        33        %        d'alumine,          1011/o    de potasse, avec de faibles quantités d'autres  matières.

   Le mica et le     suspensoïde    de     polytétrafluoro-          éthylène    sont mélangés en volumes égaux ou en poids et       approximativement,    à     raison        de        85        %        de        suspensoïde        et          de        15        %        de        mica.     



  Après séchage à l'air, à la température ambiante,  pendant 24 heures, l'âme est calandrée pour obtenir la  section transversale carrée de 6,25 mm. La gaine devant  entourer l'âme est constituée avec du     tétrafluoroéthylène.     28 fibres de 4050 deniers (540 filaments) sont     toronnées     en faisceau et enroulées sur les 8 bobines. L'âme anté  rieurement préparée est utilisée     comme    centre et les fais  ceaux de fibres sont tressés pour former la gaine exté  rieure de la garniture.  



  La garniture assemblée est alors plongée dans le       suspensoïde    précédemment décrit durant approximati  vement cinq minutes, puis séchée en air sec à la tempé  rature ambiante durant environ 24 heures avant son  calandrage pour obtenir sa mise en dimensions finale à  12,5 mm.  



  En général, la structure du matériau pour garniture       suivant        l'invention        contient        de        30    à     45        %        en        poids        de          polytétrafluo:roéthylène    sous forme d'imprégnation de  l'âme de fibres de verre tressées.

   Il est évident que lors  qu'une gaine de     polytétrafluoroéthylène    est aussi em  ployée, le matériau total de la garniture contient une  quantité de     polytétrafluoroéthylène    correspondante plus  grande que le matériau de gainage. Le polymère d'im  prégnation est sous forme non fibreuse et non durcie  tandis que dans la réalisation de la     fig.    2 il est sous forme  fibreuse.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Matériau pour garnitures d'étanchéité, caracté risé en ce qu'il comporte des fibres de verre tressées, im prégnées avec une résine du groupe des polymères fluorés. II. Procédé pour la fabrication du matériau selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on forme une armature en fibres de verre tressées, qu'on imprègne cette armature avec une dispersion d'une résine du groupe des polymères fluorés, qu'on sèche l'armature et la réduit aux dimensions voulues. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Matériau selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte 10 à 50 % de tétrafluoroéthylène sous forme non fibreuse, comme substance d'imprégnation. 2. Matériau selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte des torons de fibres de verre tressés et imprégnés avec le polytétrafluoroéthylène. 3.

   Matériau selon la revendication I, caractérisé en ce que lesdites fibres de verre tressées et imprégnées forment une âme de la garniture enfermée dans une gaine de fibres tressées en polymères de tétrafluoroéthy- lène. 4. Matériau selon la sous-revendication 3, caracté risé en ce que lesdites fibres de verre tressées ont une longueur de plus de 25 mm -et .sont imprégnées de parti cules de polytétrafluoroéthylène non fibreuse.

   5. Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce qu'on imprègne ladite armature avec une dispersion de polymères de tétrafluoroéthylène. 6. Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce qu'on réduit ladite armature tressée et imprégnée aux dimensions voulues par calandrage. 7.

   Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce qu'on forme ladite armature en formant des torons en fibres de verre et en tressant ces torons, et en ce que l'on imprègne l'armature avec une dispersion de poly- t6trafluoro6thylène. 8. Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce qu'on enferme ladite armature dans une gaine qu'on forme en tressant autour d'elle des fibres en polymères de tétrafluoroéthylène.