CH641193A5 - Composition de moulage thermoplastique, procede de fabrication et utilisation de la composition. - Google Patents

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Description

La présente invention a pour objet une composition de moulage thermoplastique, un procédé de fabrication de la composition . thermoplastique et une utilisation de la composition dans un mécanisme adapté pour fonctionner dans un milieu aqueux.
Dans un débitmètre pour liquides, un constituant mobile, par exemple rotatif, situé à l'intérieur d'une chambre de mesure est actionné par le liquide qui arrive, le mouvement, par exemple la rotation de ce constituant, est décelé et la quantité du liquide qui s'écoule dans l'instrument de mesure est estimée à partir du mouvement décelé. L'élément de chambre ou d'enceinte peut être façonné
par exemple en métal ou en une matière thermoplastique moulée. Pour assurer un fonctionnement efficace et précis de l'instrument de mesure et pour garantir une vie utile prolongée à la fois de l'enceinte et du constituant mobile, tous deux doivent être façonnés en matériaux très résistants à l'usure, présentant de faibles coefficients de résistance au frottement. L'élément mobile, qui peut être par exemple un piston ou un plateau oscillant, et également l'enceinte doivent être de dimensions stables dans l'eau sans absorption virtuelle d'eau.
Jusqu'à présent, les éléments mobiles de débitmètres pour liquides ont été fabriqués à partir de divers matériaux qui présentent des inconvénients divers. Par exemple, le caoutchouc durci, tel que celui désigné.sous les noms d'ébonite ou vulcanite, est largement utilisé et présente les propriétés physiques requises de stabilité dimensionnelle dans des milieux aqueux et de faibles coefficients de frottement, et les constituants ou éléments mobiles qui en sont fabriqués sont très résistants à l'usure dans des enceintes en métal ou en matière plastique. Toutefois, la matière première en est coûteuse et les frais de production de constituants de formes compliquées sont élevés puisqu'il n'est pas possible de mouler facilement le caoutchouc durci pour obtenir des formes de ce genre. Donc, en pratique, comme on ne peut mouler avec précision le caoutchouc durci, on prépare d'abord une ébauche grossière et des opérations d'usinage sont ensuite nécessaires qui peuvent prendre du temps et être onéreuses à mettre en œuvre.
Deux autres matériaux ont été utilisés, le Nylon et le Noryl (un composé de polyoxyde de phénylène, désigné aussi PPO ci-après). Ces deux matériaux sont moins coûteux que le caoutchouc durci et il est possible de les mouler dans des formes compliquées, mais leurs propriétés conviennent moins à l'application considérée. C'est ainsi que, dans l'eau, même de faibles taux d'absorption de l'eau par le Nylon en augmentent la longueur d'au moins 0,5%. Des éléments similaires préparés à partir de PPO sont stables dans l'eau, mais ils sont moins résistants à l'usure que le caoutchouc durci et présentent une plus grande résistance au frottement, ce qui conduit à diminuer la précision des mesures aux faibles allures de débit.
On a effectué des expériences en utilisant des compositions de moulage connues pour tenter de trouver un matériau qui soit approprié au façonnage par moulage des éléments mobiles de débitmètres pour liquides, mais aucun n'a satisfait aux exigences qui sont a) être une composition thermoplastique que l'on puisse mouler avec une précision dimensionnelle de 0,1%; b) avoir une stabilité dans des milieux aqueux telle que la modification de longueur de l'élément moulé due à l'absorption d'eau soit inférieure à 0,1 % ; c) avoir l'aptitude au façonnage d'un élément constituant, qui puisse fonctionner dans l'eau jusqu'à une température de 50° C et qui ne se dégrade pas dans des conditions tropicales; d) avoir une faible résistance au frottement et une bonne résistance à l'usure dans des unités caractéristiques d'enceintes ou de chambres et e) avoir une bonne résistance physique et une bonne résistance aux chocs.
La présente invention a pour but de mettre au point une composition de moulage qui permette de préparer des éléments moulés compliqués, tels que les constituants mobiles de débitmètres pour liquides, que l'on peut mouler de façon directe et qui satisfasse en outre aux exigences précédentes dans une plus large mesure que les compositions de moulage qui étaient disponibles jusqu'à présent.
Ainsi, conformément à la présente invention, on dispose d'une composition de moulage thermoplastique qui comprend une proportion principale d'une matière polymère à base de styrène thermoplastique présentant en dispersion en son sein 5 à 30% en poids de particules de polytétrafluoroéthylène par rapport au poids total de la composition, lesdites particules ayant une granulométrie moyenne comprise dans la gamme de 1 à 10 |j.m, et le rapport entre la longueur et la largeur des particules n'étant pas supérieur à 2:1.
Pour obtenir les avantages combinés de bas prix et de bonne résistance à l'usure et au frottement pour des éléments moulés à partir de la composition, la gamme de particules peut être de 5 à 15% et plus avantageusement encore de 8 à 12%.
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Pour que les éléments moulés à partir de la composition présentent une résistance particulièrement bonne à l'usure et au frottement, on disperse des particules de polytétrafluoroéthylène de dimension moyenne, de préférence de 5 à 7 |im et dont pas plus de 1 % a une dimension supérieure à 35 um, au sein du styrène, qui est de préférence de qualité de résistance élevée aux chocs.
Bien que la forme précise des particules ne soit par exagérément critique, il est bien entendu que ces particules de polytétrafluoroéthylène utilisées lors de la préparation des compositions selon la présente invention sont de forme telle que la dimension transversale maximale des particules individuelles ne diffère pas sensiblement de leur dimension minimale. De préférence, le rapport entre la longueur et la largeur de chaque particule n'est pas supérieur à 1,5:1.
Les particules préférées peuvent donc être considérées comme ayant une nature granulaire, c'est-à-dire sous forme de perles, de sphères, de cubes irréguliers, etc. Un écart important quelconque de la forme de nature granulaire aurait pour résultat, dans la composition de moulage, des propriétés d'écoulement indésirables, par exemple que la composition chauffée présente un certain degré d'élasticité au fondu, ce qui est indésirable puisque cela pourrait conduire à des imprécisions au moulage.
On peut préparer des compositions de moulage selon la présente invention, par le mélange d'une matière polymère à base de styrène et de polytétrafluoroéthylène, par chauffage pour former une masse plastique généralement homogène de matière polymère à base de styrène dans laquelle les particules de polytétrafluoroéthylène sont uniformément dispersées et en effectuant la granulation de cette masse.
Des compositions de moulage selon la présente invention sont d'une particulière utilité lors du façonnage d'éléments de mécanismes adaptés pour fonctionner dans des milieux aqueux et ces éléments constituent un autre aspect de la présente invention. Des exemples particuliers d'éléments de ce genre sont des éléments de débitmètres pour liquides, en particulier leurs éléments mobiles.
Donc, on peut disposer d'un débitmètre pour liquides qui comprend une chambre à travers laquelle passe le liquide à mesurer et un élément mobile, susceptible d'être actionné par le liquide et situé dans la chambre, au moins la chambre ou l'élément mobile étant façonné en la composition de moulage selon l'invention.
La production et l'essai des compositions de moulage selon la présente invention seront maintenant décrits dans l'exemple suivant.
Exemple:
On mélange du polystyrène de grande résistance aux chocs sous forme de granules avec des particules de polytétrafluoroéthylène qui sont de nature granulaire et dont la dimension moyenne est comprise entre 5 et 7 |im, et contenant moins de 1 % de particules supérieures à 35 um. Le rapport entre la longueur et la largeur des particules est inférieur à 1,5:1.
On disperse uniformément les granules de polytétrafluoroéthylène dans le polystyrène et on chauffe le mélange pour former une masse plastique homogène. On fait passer cette masse dans une extrudeuse à vis, chauffée à une température supérieure au point de ramollissement du polystyrène. L'extrudat qui en résulte est refroidi et découpé en granules appropriés à l'application dans des opérations de moulage. On prépare de cette façon des compositions de moulage qui contiennent 5,10,15,20,25 et 30% de particules de polytétrafluoroéthylène en poids par rapport au poids de la composition.
On moule chacune des compositions de moulage dans un appareil à mouler classique pour façonner des pistons utilisables dans des compteurs à eau.
Un piston caractéristique est illustré par la fig. 1 de la planche de dessins annexée et représenté en coupe sur la flg. 2. La flg. 3 illustre un compteur à eau avec le piston en position à l'intérieur. Le piston, généralement indiqué par le chiffre 1, comprend une pièce moulée unitaire constituée par une portion périphérique cylindrique 3 et une portion circulaire aplatie 5 analogue à un plateau, située à mi-
chemin entre les extrémités du cylindre, perpendiculaire à son axe central longitudinal. Une courte tige cylindrique moulée 7 part depuis l'une des faces du plateau, en ligne avec l'axe central, et un pivot métallique 8 s'étend sur la face opposée du plateau, en ligne avec la tige moulée. Le plateau présente une ouverture 9 en forme de poire s'étendant depuis une fente 11 disposée axialement, formée dans la portion cylindrique 3, vers la tige centrale 7. La portion 5 en forme de plateau est munie d'une série de trous circulaires 15 disposés généralement de façon symétrique par rapport à l'ouverture 9 selon un motif ou dessin en fer à cheval. La portion cylindrique présente quatre trous allongés 17 disposés par paires sur les faces opposées de la fente longitudinale. Ils sont généralement de forme rectangulaire aux extrémités arrondies et leurs bords rectilignes sont parallèles à la fente.
La mesure des pistons révèle que toutes les compositions de moulage peuvent être moulées avec une précision meilleure que 0,1% et que, de plus, les pistons moulés sont appropriés à l'application dans des compteurs à eau sans nécessité d'usinage. On étudie les pistons dans un compteur à eau pour voir s'ils satisfont aux exigences b à e précédemment indiquées.
Le compteur utilisé pour les essais est illustré à la fig. 3, et comprend une enceinte dont le boîtier 38 est muni d'une arrivée d'eau 34. Une plaque de pression 39 est vissée sur le boîtier de l'enceinte et un joint d'étanchéité annulaire en forme de O en caoutchouc synthétique est pincé entre les deux parties. Un boîtier de compteur 36 est monté sur le dessus de la plaque de pression 39 et est retenu par deux clavettes (non représentées) en matière plastique. Le boîtier de l'enceinte 38 héberge un élément de chambre 40 en matière thermoplastique présentant des orifices d'arrivée et de sortie (non représentés), respectivement au sommet et au fond de la chambre. Un volet de division 42, à l'intérieur de l'enceinte, est monté dans la paroi de l'élément et s'étend dans l'ouverture en forme de poire du piston 1. Le pivot 8 du piston vient en prise avec un accouplement d'entraînement à dents 44. Celui-ci vient en prise à son tour avec un engrenage démultiplicateur et un compteur 46, situés dans le boîtier du compteur 36. Le mouvement du piston lors du fonctionnement du compteur est donc transmis au compteur que l'on peut lire sur une échelle visuelle 48. L'engrenage et le compteur combinés 46 sont amenés en engagement d'étanchéité avec le boîtier 36 du compteur à l'aide d'un seconf joint d'étanchéité en forme de O.
On va maintenant décrire le fonctionnement du compteur en référence aux flg. 4A à D des planches de dessins annexées, qui illustrent schématiquement l'écoulement de l'eau au cours d'un cycle unique du piston 1 dans l'enceinte 40. Le mouvement de la tige centrale 7 est restreint par un guide comprenant une cheville cylindrique de guidage 50 et une portion extérieure cylindrique de guidage 52. Le guide est relié à et s'étend vers le haut depuis le plancher de l'enceinte et l'on peut voir que, lors de chaque cycle, la tige 7 du piston se déplace selon un cercle complet autour de la cheville de guidage cylindrique 50. Le volet de division 42 parvient dans l'enceinte 40 et la portion de guidage 52 et passe à travers les fentes longitudinales 11 du piston et dans l'ouverture en forme de poire de la portion du plateau. L'enceinte présente aussi un orifice d'arrivée 54 au sommet de l'enceinte et un orifice de sortie 56 au fond. Sur la fig. 4, l'eau qui afflue dans l'enceinte est représentée par un pointillé, l'eau qui s'écoule en dehors est marquée par des hachures et l'eau neutre, c'est-à-dire l'eau qui est isolée des orifices d'arrivée et de sortie par le piston, est représentée par un ombré en pointillés plus clairs. Sur la fig. 4A, l'eau qui afflue dans l'enceinte par un orifice d'arrivée 54 amène le piston à commencer son mouvement de rotation excentrique, glissant contre le volet de division 42 et la paroi cylindrique intérieure de l'enceinte 40. En même temps, l'eau est expulsée de l'enceinte par l'orifice de sortie 56.
Sur la fig. 4B, le piston s'est déplacé d'un quart du cycle. L'eau continue à affluer dans le piston, remplissant la majeure partie de son volume et elle commence également à remplir une partie de l'enceinte en 58. L'eau venant du reste de l'enceinte et du piston est expulsée par l'orifice de sortie. Sur la fig. 4C, le piston s'est déplacé de s
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Au cours de chaque cycle du piston, une quantité d'eau prédéterminée arrive et sort du compteur. L'accouplement d'engrenage à dents vient en prise avec le pivot 8 du piston, transmet le mouvement du piston à l'engrenage démultiplicateur et au compteur, qui indique en conséquence la quantité d'eau qui a traversé le compteur.
Comme résultat des essais, on a trouvé que les pistons, façonnés à partir de chacune des compositions de moulage précédemment décrites, se comportent de façon satisfaisante, fournissant un compor4
tement précis même à de faibles allures de débit. De même, les pistons résistent à l'usure et sont dimensionnellement stables dans l'eau.
Bien que l'application des compositions de moulage selon la pré-
5 sente invention ait été décrite plus particulièrement en référence à des compteurs à eau présentant des pistons mobiles qui exécutent un mouvement de rotation excentrique, il est évident que d'autres applications sont possibles. C'est ainsi par exemple que l'on peut utiliser les compositions de moulage selon la présente invention lors de la io construction de débitmètres dans lesquels l'élément ou le constituant mobile actionné par un liquide est un plateau oscillant.
De même, on peut les utiliser lors de la construction d'autres dispositifs qui fonctionnent dans des milieux aqueux, tels par exemple que des pompes.
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2 feuilles dessins

Claims (12)

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1. Composition de moulage thermoplastique, caractérisée en ce qu'elle comprend une proportion principale d'une matière polymère thermoplastique à base de styrène présentant, dispersés en son sein, 5 à 30% en poids de particules de polytétrafluoroéthylène par rapport au poids total de la composition, lesdites particules ayant une granulométrie moyenne comprise dans la gamme de 1 à 10 |im, et le rapport entre la longueur et la largeur des particules n'étant pas supérieur à 2:1.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient 5 à 15% en poids, de préférence 8 à 12% en poids, de particules de polytétrafluoroéthylène par rapport au poids total de la composition.
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REVENDICATIONS
3. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les particules de polytétrafluoroéthylène ont une granulométrie moyenne comprise dans la gamme de 5 à 7 um et qu'il n'y en a pas plus de 1 % dont la granulométrie est supérieure à 35 |im.
4. Composition selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rapport entre la longueur et la largeur des particules n'est pas supérieure à 1,5:1.
5. Composition selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la matière polymère à base de styrène comprend un polystyrène de qualité de grande résistance aux chocs.
6. Procédé de fabrication d'une composition de moulage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger la matière polymère à base de styrène et le polytétrafluoroéthylène, à chauffer le mélange pour former une masse plastique pratiquement homogène de matière polymère à base de styrène, dans laquelle on disperse uniformément les particules de polytétrafluoroéthylène, et que l'on granule cette masse.
7. Utilisation de la composition selon l'une des revendications 1 à 5 dans un mécanisme adapté pour fonctionner dans un milieu aqueux, caractérisée en ce que l'un au moins des éléments du mécanisme est façonné par moulage de ladite composition.
8. Utilisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le mécanisme est un débitmètre.
9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'élément est un élément mobile qui, lors du fonctionnement du débitmètre, fonctionne par contact avec le liquide à mesurer et, en particulier, que cet élément est actionné par le liquide à mesurer.
10. Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'élément est un piston ou un plateau oscillant.
11. Utilisation selon la revendication 8, le débitmètre comprenant une chambre qui traverse le liquide à mesurer lors de son fonctionnement et un élément mobile susceptible d'être actionné par l'écoulement du liquide, qui est situé à l'intérieur de la chambre, caractérisée en ce qu'au moins l'un des constituants choisis parmi la chambre et l'élément mobile est façonné à partir de ladite composition.
12. Utilisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'élément mobile est façonné à partir de la matière polymère à base de styrène et constitue un piston rotatif ou un plateau oscillant.
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