Domaine technique

L'invention se rapporte au domaine des revêtements par des fluoropolymères de substrats ou de surfaces métalliques destinés à recevoir un élastomère tel que par exemple une gomme de pneu. En particulier, l'invention se rapporte à un procédé de revêtement de moules de pneus.

État de l'art antérieur

Dans ce domaine, il est connu d'appliquer un revêtement de fluoropolymères, notamment sur des moules pour pneus, afin d'avoir une surface ayant des propriétés d'anti-adhérence et de glissement lors de la fabrication des pneus. Ainsi lors de la vulcanisation de la gomme, il est plus facile de séparer la gomme de la surface métallique du moule.

L'état de la technique comprend par exemple la demande W081/001375 Al, qui divulgue un matériau composite qui comprend une couche extérieure protectrice déposée par frittage et constituée de particules de polytétrafluoroéthylène (PTFE) dispersées dans une laque de polyimide. La composition comprend de 90 à 80% en volume de laque de polyimide thermo-durcissable et de 10 à 20% en volume d'additifs auto-lubrifiants tels que du PTFE.

Une solution connue consiste à utiliser du Xylan® 8840 comme revêtement. Cependant, les moules comprenant un tel revêtement s'endommagent rapidement et leurs propriétés mécaniques diminuent de sorte que les fonctions d'anti-adhérence et de glissement s'estompent. Des retraitements de ces revêtements sont également connus mais ils ne peuvent se faire que trois à quatre fois après quoi les moules ne sont plus réutilisables. Ces retraitements consistent à pyroliser les moules, puis à les sabler et appliquer de nouveau le revêtement au Xylan® 8840. Ces retraitements ne sont pas satisfaisants notamment parce qu'ils induisent des dépenses d'énergies et une détérioration des moules. En outre pour certaines applications, le Xylan® 8840 n'est pas satisfaisant car il ne permet pas d'avoir une couche suffisamment fine (30 à 50 pm avec du Xylan 8840) de revêtement qui conserve des propriétés de résistance mécanique satisfaisante. En effet, en raison du lamage de ces moules, il est préférable que les revêtements appliqués soient aussi fins que possible tout en ayant une résistance mécanique suffisante pour ne pas être détériorés lors des opérations de démoulage. L'utilisation d'un revêtement fin trouve un intérêt dans la fabrication de pneus ayant des sillons fins.

Pour des substrats ayant une géométrie complexe, il est difficile d'obtenir un revêtement uniforme et très mince inférieur à 20 pm, de préférence de l'ordre de 5 à 10 pm lorsque des fluoropolymères sous forme liquide sont utilisés. De même, il n'est pas aisé de visualiser cette application en particulier si la composition liquide, comprenant au moins un fluoropolymère, est transparente.

Exposé de l'invention

L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et notamment à proposer un procédé amélioré de revêtement.

Pour ce faire l'invention propose un procédé de revêtement d'un substrat ou d'une surface métallique approprié destiné à recevoir ultérieurement un élastomère tel qu'une gomme de pneu par projection électrostatique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) la préparation d'une composition A comprenant au moins un fluoroéthylènepropylène (FEP) sous forme de micro-poudre présentant une granulométrie comprise entre 1 et 7 pm ; b) la préparation d'une composition B comprenant au moins un polyétheréthercétone (PEEK) sous forme de micro-poudre présentant une granulométrie comprise entre 2pm et 50pm ; c) mélanger intimement les 2 compositions A et B de manière à former une composition A-B sous forme de poudre fine ; d) appliquer par projection électrostatique le mélange A-B obtenu à l'étape c) sur le substrat ou la surface métallique ; e) polymérisation de ladite composition.

De manière avantageuse, ledit substrat ou ladite surface métallique destiné à recevoir un élastomère est en acier.

La composition de micro-poudre (dénommé également composition ou mélange A-B) comprenant un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK) permet de palier les inconvénients de l'art antérieur en termes de glissement et d'effet antiadhésif mais également en termes de résistance mécanique et de finesse du revêtement, tout en facilitant l'application de ladite composition sur le substrat. Elle permet également un nettoyage plus aisé des moules et ainsi de préserver la durée de vie des moules utilisés.

En effet, la projection d'une micro-poudre est très avantageuse par rapport à un produit liquide car elle permet de traiter uniformément des pièces de géométries complexes. De plus, l'application du mélange de micro-poudres crée un effet blanchâtre sur la pièce avant polymérisation, permettant de s'assurer de la bonne application sur la totalité de la surface souhaitée. Ceci ayant comme 1 ^er avantage de ne pas créer de surépaisseurs et également de faire des économies de revêtement.

En outre, ces micro-poudres ne sont actuellement pas soumises à la législation européenne REACH concernant les solvants dans les produits puisqu'elles sont utilisées sans solvants, et préférentiellement pures.

Par « surface ou substrat métallique approprié », on entend une surface suffisamment résistante aux traitements liés à l'application et à la polymérisation de la composition de micro-poudre comprenant un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK).

En particulier, les températures de cuisson élevées, utilisées pour polymériser le mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK), ne détériorent pas une telle surface. A titre d'exemple un substrat métallique ou ayant une surface métallique adapté pour supporter lesdites températures de cuisson telles que 400°C ou encore 380°C, pouvant entre autres être destiné à recevoir ultérieurement un élastomère tel qu'une gomme de pneu.

« Revêtement » : fait référence à une couche de matière, de préférence solide, recouvrant totalement ou partiellement, une surface afin de protéger et/ou d'apporter des propriétés physico -chimiques particulières à ladite surface.

« Surface » ou « Substrat » : fait référence à la partie apparente d'un matériau sur laquelle le dépôt de la composition de micro-poudre A-B (comprenant le mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK)) peut être mis en œuvre. Des exemples non limitatifs de substrats comprennent un matériau utilisé : dans le domaine de l'aéronautique (avion, hélicoptère, par exemple), dans le domaine du ferroviaire, dans le domaine automobile, dans le domaine nautique et naval ; dans le domaine de l'éolien ; dans les espaces passagers (avions, bus, métro, par exemple) ; ou dans le domaine du bâtiment (surfaces extérieures ou intérieures).

Par « projection électrostatique », on entend tous moyens permettant de projeter, pulvériser ou transférer, une micro-poudre sur un substrat et de la maintenir en place par l'intermédiaire de charges électrostatiques. Pour ce faire, on peut utiliser un pistolet électrostatique, un bain fluidisé électrostatique, un lit fluidisé électrostatique ou tout moyen techniquement équivalent, connu de l'homme du métier.

Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite composition de micro-poudres comprend un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK), de préférence entre 10% et 90%, préférentiellement entre 20% et 80%, encore plus préférentiellement entre 30 et 70%, de préférence entre 40% et 60% en poids de FEP par rapport au poids totale de ladite composition et entre 10% et 90%, préférentiellement entre 20% et 80% , encore plus préférentiellement entre 30 et 70%, de préférence entre 40% et 60% en poids de PEEK par rapport au poids totale de ladite composition. Selon un autre mode de réalisation ladite composition de micro-poudres comprend un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK) en proportion à 50/50 en poids par rapport au poids totale de ladite composition.

Le demandeur a découvert, de manière surprenante, que le mélange FEP/PEEK comporte les avantages suivants vis-à-vis des revêtements de l'état de l'art : anti-adhérence, antifrottement, inertie chimique, isolation électrique, résistance thermique et faible épaisseur.

Ledit fluoropolymère FEP présente une granulométrie comprise entre environ 1 et 7 pm, de préférence 4 pm.

Les particules fines de polyétheréthercétone PEEK présentent une granulométrie comprise entre environ 2pm et 50pm.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape d) d'application de ladite composition est effectuée par pistolage électrostatique ou pulvérisation électrostatique. C'est-à-dire que le moyen d'application, tel qu'un pistolet électrostatique, est adapté à pulvériser sur la surface dudit substrat ou de ladite surface, ladite composition de l'invention. A titre d'exemple, un pistolet électrostatique WAGNER® peut être utilisé comme moyen d'application.

Selon un autre mode de réalisation, l'étape d) d'application de ladite composition est effectuée par l'utilisation d'un bain fluidisé électrostatique.

De préférence, ladite micro-poudre de FEP ou de PEEK utilisée est obtenue par évaporation de la solution en phase aqueuse du FEP ou du PEEK liquide, puis broyée et/ou tamisée ou par micro-broyage d'une poudre afin d'obtenir la granulométrie utilisable.

Avantageusement, l'étape e) de polymérisation est effectuée à une température entre environ 360°C et 420°C, de préférence environ 380°C, jusqu'à polymérisation totale dudit mélange fluoroéthylènepropylène (FEP) et du polyétheréthercétone (PEEK), soit de préférence pendant 1 heure. En outre, le procédé selon l'invention peut comprendre des étapes préalables de préparation à l'étape a), telle qu'une étape de ressuage thermique et/ou une étape d'épargne et/ou une étape de sablage, au moins partiel, de la surface à revêtir.

De préférence, le procédé comprend, préalablement à l'étape a), une étape de sablage et/ou une étape de dégraissage, au moins partiel, de la surface métallique à revêtir.

L'invention porte également sur un kit de revêtement par un mélange d'au moins un fluoropolymère et d'un polyétheréthercétone (PEEK) d'un substrat ou d'une surface métallique appropriée destinée à recevoir un élastomère tel qu'une gomme de pneu, configuré pour la mise en œuvre d'un procédé tel que décrit précédemment, comprenant : une composition de micro-poudre (50) comprenant un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK), un moyen d'application de ladite composition par projection électrostatique (60) sur ladite surface, de préférence un moyen de polymérisation (70) de ladite composition.

L'invention a également pour objet un substrat ou une surface métallique, comprenant une surface revêtue d'une composition de micro-poudre (50) comprenant un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et du polyétheréthercétone (PEEK), obtenu par le procédé défini ci-dessus et destinée à recevoir un élastomère.

En outre, l'invention porte sur une composition, de préférence sous la forme de micropoudre, apte à la réalisation du procédé selon l'invention. C'est-à-dire une composition homogène de micro-poudre comprenant au moins du fluoroéthylènepropylène (FEP) et du polyétheréthercétone (PEEK), plus particulièrement un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK), de préférence dans une proportion entre 10% et 90%, préférentiellement entre 20% et 80%, encore plus préférentiellement entre 30 et 70%, de préférence entre 40% et 60% en poids de FEP par rapport au poids total de ladite composition et entre 10% et 90%, préférentiellement entre 20% et 80% , encore plus préférentiellement entre 30 et 70%, de préférence entre 40% et 60% en poids de PEEK par rapport au poids total de ladite composition. L'objet de la présente demande porte également sur l'utilisation d'une telle composition, de préférence comprenant au moins du fluoroéthylènepropylène (FER) et du polyétheréthercétone (PEEK) sous forme de micro-poudre comme revêtement afin d'obtenir une surface ayant des propriétés d'anti-adhérence, d'anti-frottement, d'inertie chimique, d'isolation électrique, de résistance thermique et/ou de glissement.

Un autre objet de l'invention consiste en un outillage mécanique comprenant une surface métallique appropriée revêtue de la composition A-B comprenant le mélange d'au moins un fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK) obtenu par le procédé tel que décrit précédemment et destinée à recevoir un élastomère tel qu'une gomme de pneu.

Plus précisément, l'invention porte également sur un outillage mécanique comprenant une surface métallique appropriée revêtue du mélange d'au moins un fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK) et destinée à recevoir un élastomère tel qu'une gomme de pneu, comportant les caractéristiques suivantes ensembles ou séparément: une seule couche du mélange d'au moins un fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK) est appliquée ; la couche du mélange de micro-poudres d'au moins un fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK) appliquée selon une épaisseur comprise entre 3 pm et 20 pm, de préférence comprise entre 5 pm et 15 pm, préférentiellement d'environ 10 pm. le mélange d'au moins un fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK) est une composition de micro-poudres comprenant entre 10% et 90%, préférentiellement entre 20% et 80%, encore plus préférentiellement entre 30 et 70%, de préférence entre 40% et 60% en poids de fluoroéthylènepropylène (FEP) par rapport au poids total de ladite composition et entre 10% et 90%, préférentiellement entre 20% et 80%, encore plus préférentiellement entre 30 et 70%, de préférence entre 40% et 60% en poids de polyétheréthercétone (PEEK) par rapport au poids total de ladite composition. Selon un autre mode de réalisation ladite composition de micro-poudres comprend un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK) en proportion à 50/50 en poids par rapport au poids total de ladite composition.

Un tel outil peut être un moule de pneu ou un outil destiné à entrer en contact avec un élastomère tel que par exemple un outil pour découper un élastomère.

Brève description de la figure

Figure 1 illustre un procédé selon une variante de l'invention décrivant les étapes 10 à 80. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence à la figure 1.

Description détaillée d'un mode de réalisation

Selon la représentation de la figure 1, le procédé commence de préférence par une étape (10) de ressuage thermique de la pièce à traiter selon les moyens connus de l'homme du métier dans des conditions opératoires ne dégradant pas le substrat. Cette étape de ressuage thermique permet d'éliminer les impuretés qui pourraient se trouver sur la pièce à traiter et gêner l'adhésion du revêtement selon l'invention.

Avantageusement, une étape (30) de sablage peut être réalisée afin de préparer la surface du substrat. Le sablage est réalisé par tout moyen approprié et notamment par un oxyde d'aluminium cristallisé électro-fondu de très haute pureté, obtenu par fusion d'oxyde d'aluminium calciné ; comme par exemple au moyen de corindon blanc de grade 80.

La pression de sablage est ajustée en fonction du substrat de manière à éviter de l'endommager, par exemple entre environ 2 à 3 bars. Pour un substrat métallique, une pression à 3 bars est préférée. Un ou plusieurs passages des moyens de sablage peut être mis en œuvre selon le souhait de l'opérateur en fonction de la nature du substrat et du résultat souhaité. Par la suite, une étape (40) de nettoyage peut être effectuée par exemple par soufflage d'air comprimé sur les surfaces appropriées, afin d'enlever les résidus de corindons et/ou de matières détachées du substrat.

Optionnellement une étape (20) d'épargne peut être ensuite mise en place avant et/ou après l'étape (30) de sablage afin de délimiter la zone de sablage et/ou d'application de la composition selon l'invention sur la surface du substrat. L'épargne peut être mécanique ou manuelle selon les moyens connus de l'homme du métier tels que l'apposition d'un masque sur des parties de surface que l'on ne souhaite pas traiter par exemple à l'aide d'un scotch de sablage. En particulier, les zones qui ne doivent pas être revêtues sont protégées par une telle épargne.

Enfin, l'étape (60) d'application de la composition selon l'invention par pulvérisation électrostatique est réalisée à l'aide d'un pistolet électrostatique, à raison d'environ 50g/m2 à 150 g/m2, de préférence environ 100 g/m2.

La composition de micro-poudre selon l'invention aura été préalablement préparée durant l'étape (50) sur la figure 1, par mélange de micro-poudres de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK) obtenues par broyage puis tamisage de la matière sèche issue après évaporation de FEP et de PEEK liquide ou par micro-broyage des poudres afin d'obtenir la granulométrie désirée.

Lesdites micro-poudres peuvent être achetées dans le commerce ou bien fabriquées sur place. Cependant, le demandeur a noté, qu'il est très difficile de trouver dans le commerce des micro-poudres ayant la caractéristique notamment la granulométrique, adaptée à la présente invention. Il apparait donc préférable de les produire par soi-même selon le protocole décrit dans la présente demande.

Ledit mélange de micro-poudres de FEP et PEEK est réalisé dans les proportions suivantes : entre 10% et 90%, préférentiellement entre 20% et 80%, encore plus préférentiellement entre 30 et 70%, de préférence entre 40% et 60% en poids de FEP par rapport au poids total de ladite composition et entre 10% et 90%, préférentiellement entre 20% et 80%, encore plus préférentiellement entre 30 et 70%, de préférence entre 40% et 60% en poids de PEEK par rapport au poids total de ladite composition.

Selon un autre mode de réalisation ladite composition de micro-poudres comprend un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK) en proportion à 50/50 en poids par rapport au poids total de ladite composition.

En outre, la composition selon l'invention peut comprendre d'autres composés pour autant qu'ils ne s'opposent pas à l'application et à la polymérisation de la composition selon l'invention. A titre d'exemple on peut citer : des colorants tels que le graphite, et/ou des agents lubrifiants, et/ou des agents durcissants.

Finalement, une étape (70) de polymérisation est réalisée à une température adaptée au substrat généralement comprise entre environ 360°C et 420°C, de préférence de préférence entre 360°C et 385°C, plus préférentiellement à environ 380°C, pendant 30 à 90 minutes, de préférence entre 45 et 60 minutes ; préférentiellement 1 heure environ, selon les moyens connus de l'homme du métier comme par exemple en utilisant un four ou un rayonnement infrarouge. Cette cuisson permet de former une couche qui adhère sur tout ou partie de la surface métallique.

Le substrat ainsi revêtu est par la suite refroidi, par exemple jusqu'à atteindre la température ambiante, puis des contrôles (80) de qualité peuvent être effectués.

Lesdits contrôles peuvent consister en des relevés dimensionnels de préférence en plusieurs points de la surface ainsi revêtue. Ces relevés se font par exemple au permascope. Il est ainsi possible de s'assurer de l'épaisseur du revêtement et de son uniformité. On peut aussi vérifier s'il y a des cloques ou des traces d'oxydation. Avantageusement un test de quadrillage sur éprouvette traceuse peut être réalisé.

Dans certains cas, il est préférable de commencer le procédé par une étape de dégraissage alcalin de la surface du substrat avant ladite étape de ressuage thermique (ou pyrolyse). Selon la représentation de la figure 1, le procédé selon une variante de l'invention commence de préférence par une étape (30) de sablage de la pièce à traiter, optionnellement précédée d'une étape d'épargne (20).

Ensuite, on effectue de préférence une étape de nettoyage (40) par exemple par soufflage d'air comprimé sur les surfaces appropriées, afin d'enlever les résidus de corindons et/ou de métal.

Les étapes de sablage (30) et/ou de nettoyage (40) peuvent se faire sous contrôle, par exemple visuel, d'un opérateur.

Le revêtement selon l'invention est généralement transparent mais des composés peuvent être ajoutés pour en modifier la couleur.

Exemples :

EXEMPLE 1 : essa nfructueux de recouvrement de pièces métalliques par un mélange FEP et PTFE :

La composition de micro-poudres comprend un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) à 75% (composé A) et de polytétrafluoroéthylène (PTFE) à 25% (composé B), dénommé ci- après DELTAFLON, n'a pas fourni une bonne adhérence sur le métal selon le test de quadrillage réalisé sur le substrat selon la Norme internationale ISO 2409 :2007 bien connue de l'homme du métier.

En particulier, il a été constaté les inconvénients suivants lors des premiers essais consistant à simplement appliquer du DETAFLON poudre sur les garnitures de roues en acier et les premiers résultats ont été très décevants :

Problème de décollement du DELTAFLON poudre sur des moules en acier (métal plus dur et donc difficile de faire une bonne accroche).

Problème de corrosion sous le revêtement car l'un des composants du DELTAFLON poudre (le PTFE) est microporeux et donc laisse passer l'humidité. Problème d'aspect car le DELTAFLON poudre est lisse et donc donne un aspect brillant au pneu.

EXEMPLE 2 : modification de l'exemple 1

Les essais infructueux décrits dans l'exemple 1, ont conduit les inventeurs à chercher des solutions pour résoudre le problème technique. Ces solutions ont consisté à modifier les étapes suivantes :

Modification des paramètres de sablage (taille du grain et pression) dans le but d'améliorer l'adhérence.

Modification du pourcentage entre les agents A et B dans la composition poudre décrite dans l'exemple 1.

Les tests sont mesurés au moyen du test de quadrillage tel que décrit dans la Norme internationale ISO 2409 :2007 bien connue de l'homme du métier. Cette Norme internationale décrit une méthode d'essai pour l'évaluation de la résistance des revêtements de peinture à être séparés de leurs subjectiles lorsqu'on pratique dans le revêtement un quadrillage par incisions jusqu'au subjectile. La propriété évaluée par cette méthode empirique dépend, entre autres, de l'adhérence de la couche soit à la couche précédente, soit au subjectile.

L'appareillage requis pour ces mesures peut être un outil coupant à lame unique qui convient pourtous types de revêtements appliqués sursubjectiles durs ou tendres. Un outil à plusieurs lames est également utilisable mais ne convient ni aux revêtements épais (» 120 pm) ou durs, ni aux revêtements appliqués sur des subjectiles tendres.

Les évaluations sont effectuées selon une classification en six classes représentées dans le tableau 1 ci-dessous :

Tableau 1 :

Les nombreux essais sur plaques n'ont pas donné des résultats probants comme indiqué dans le tableau 2 ci-dessous :

Tableau 2

EXEMPLE 3 : essai positif pour un mélange selon l'invention

La composition de micro-poudres comprend un mélange de fluoroéthylènepropylène (FEP) et de polyétheréthercétone (PEEK), de préférence entre 70 à 90% poids de FEP et de 10% à 30% poids de PEEK. Après lecture au permascope d'un substrat métallique recouvert d'un revêtement les données suivantes ont été obtenues :

1. Coefficient de frottement : de 0.08 à 0.2

2. Température maximum d'utilisation : 210°C

3. Epaisseur : 10pm +/-5 im

4. Teinte : Dépend du support.

Méthode : Permascope

Contrôle visuel à 100 % : OUI

Résultats : Conforme - Les résultats mesurés au moyen du test de quadrillage selon la Norme internationale ISO 2409 :2007 tel que décrit dans l'exemple 2, ont tous donnés un résultat égal à la classe O.

De nombreuses combinaisons peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention ; l'homme de métier choisira l'une ou l'autre en fonction des contraintes économiques, ergonomiques, dimensionnelles ou autres à respecter. L'homme du métier adaptera par exemple les températures aux masses thermiques des pièces.