Brevet FR2025464A1 — publié le 19700911

L'invention se rapporte à un procédé de preparation de matières plastiques à mouler armes de fibres de verre, à l'aide d'une boudineuse chauffée à vis sans fin alimentées d'une part, en matière plastique de base au moins par tiellerent solide et, le cas échéant, en additifs tels que des colorants, des charges et des adjuvants et, d'autre part en stratifils sans fin de fibres de verre. On sait que ces mélanges ainsi préparés conviennent bien au moulage de pièces de matière plastique armées de fibres de verre, dont les caractéristiques mécaniques sont améliorées. Un procédé connu consiste à diriger sur une boudineuse à vis des stratifils de fibres de verre sans fin, également dénoyés rovings, à les cisailler aux longueurs usuelles d'environ 1 à 3 mm immédiatement au-dessus de la tr mie de retplissage, au moyen d'un-dispositif de découpage et à les envoyer dans la boudineuse avec les granulés solides de matière plastique et antres (brevet canadien Ne 750 283).Ce procédé a, en particulier, l'inconvénient que les ef- forts mécaniques imposés notaient dans la zone froide aux fibres découpées passant dans la boudineuse réduisent la longueur de la majorité d'entre elles au point qu'elles ne contribuent plus à renforcer la pièce moulée par la suite. Par ailleurs, la zone d'entrée de la boudineuse subit une forte usure par frottement et finaleient, les fibres de verre doivent être d'abord sectionnées par un procossus particulier, puis un dispositif spécial doit assurer leur introduction doses dans la boudineuse. On connaît, par ailleurs, un procédé consistant à introduire les fibres de verre sectionnées en brins courts en un emplacement de l'extrudeuse auquel la matière plastique fondue est fluide (revue Kunstoffe 1967, pages 421 et suivantes). Ce procédé évite certes l'inconvénient mentionné du fractionnement secondaire des fibres de verre dans la boudineuse. Toutefois, il est nécessaire, dans ce cas eg'alement, de procéder à un fractionnement préalable de la matiere première livrée sous forme d'un stratifil de fibres sans fin avant de l'envoyer dans la boudineuse. Finalement, un autre procédé connu consiste à introduire les stratifils de fibres de verre sans fin sans fractionnement préalable dans la treille de remplissage de la boudineuse. Les granulés de matière plastique envoyés également dans la trémie assurent donc le fractionnement dans la zone froide~. L'invention a donc pour objet un procédé permettant d'éliminer les inconvénients mentionnés de l'art antérieur, en particulier d'élimner le découpage des fibres de verre avant leur melange avec la matière plastique, d'éviter les dispositifs spéciaux de dosage nécessaires à la mise en oeuvre des procédés mentionnes et de régler par des moyens simples la longueur des fibres, que les pièces produites contiennent, à une valeur comprise dans une plage optimale. Selon une particularité essentielle du procédé selon l'invention du type mentionné, au moins la majeure partie des stratifils de fibres de verre est introduite par une ouverture dans la boudineuse à vis sans fin en un empla- cernent auquel la matière première est au moins partiellement en fusion, cet emplacoent étant encore suffisament éloigné de l'orifice de sortie de la boudineuse pour que les fibres de verre soient fractionnées dans la mesure voulue et que lthomogénéisation soit suffisante. Aucun dispositif spécial de transport ou de dosage n'est nécessaire. La sasse en fusion qui se déplace vers l'avant entrain les fibres de verre introduites dans leur ajutage et les attirent dans le canal d'extrusion. Il est préférable de mettre on oeuvre ce procédé à l'aide de boudinause comportant deux vis tournant dans le même sens ou davantage. Il est possible, en principe, d'utiliser des fibres de verre de type quelconque. à condition qu'elles soient compatibles avec la matière plastique de base utilisée. Par exemple, plusieurs matières plastiques exi gent que les fibres soient non alcalines. On utilise, en général, des stratifils formés d'environ 5000 à 15 000 fils élémentaires qui sont produits en longueurs pratiquement sans fin par un procédé d'étirage à la filière et qui sont disponibles, en général, en faisceaux parallèles. Il est particulièrement avantageux d'utiliser des stratifils dont les fibres elementaìres ont une épaisseur de 6 à 12 , en particulier de 8 à 10 , afin d'amdliorer les caractéristiques mécaniques des pièces produites. Le procédé de l'invention est applicable à de nombreuses matières plastiques. On peut mentionner, en particulier, les matières thermoplastiques suivantes : polyoléfines en particulier la polyethylène et le polypropilène, les polyamides, en particulier le polyamide - 6 et le polyamide - 6.6, le polystirène, la classe des polyacrilates, le chlorure de polyvinyle, et finalement les copolymères, par exemple de styrène et d'aciylonitrile ou le copolymère acrylique de styrène et de butadiène. Par ailleurs, le procède de l'invention est applicable à certaines matières thermodurcissables, en particulier le polyester, les produits de condensation du formaldéhyde, les composes epoxides et les composes de phtalate diallylique. Il est, bien entendu, possible d'ajouter à ces matières plastiques de base des colorants, charges, agents de traitement, etc, habituels. On règle, en général, la teneur en fibres de verre dans la plage comprise entre 1 et 80 % en poids afin que l'effet de renforcement reste utile 9 on profère une teneur de 10 a SO % en en poids. L'expérience montre quton obtint les meilleurs résultats avec des teneurs en fibres de verre comprises entre 20 e-c 35 % en poids. Ces proportions sont également valables pour l'aptitude à la transformation des matières à mouler obtenues. On règle les teneurs mentionneos dans le cadre du procédé de l'invention de la manière simple suivante 1. On fait varier le nombre des fibres de verre introduites dans la boudineuse 2. On fait varier la vitesse dXintroduction des fibres de verre en faisant varier la vitesse de rotation des vis 3. On fait varier le débit de la matière plastique-de base dirigée dans le cylindre de la vis. Il faut, en général, tenir compte des facteurs suivants pour fixer l'emplacement convenable d'introduction des fibres de verre Au moins la majeure partie des fibres et, normalement, leur tolité doit être introduite en un emplacement auquel la majeure partie de la matière plastique de base est en fusion. Ce point est essentiel afin d'éviter que les forces de cisaillement, qui apparaissent dans la matière plastique encore peu plastifiee,ne fractionnent trop fortement les fibres de verre. Par ailleurs, les fibres de verre ne doivent pas être introduites trop près de la buse de sortie, car elles ne pourraient plus être distribuées de manière homogène ni fractionnées dans la mesure voulue. En effet, si le fractionnement est insuffisant, les buses d'injection du processus ultérieur de moulage se bouchent. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexe et des quelques exemples donnés à titre explicatif, mais nullement limitatif. La figure unique du dessin représente schématiquement une boudineuse classique utilisée dans le cadre de l'invention. La matière plastique de base 2 est dosée par un dispositif i et la commande de la vis porte la référence 3, la zone d'entrée 4 est refroidie, les zones 5 à 9 du cylindre de la boudineuse sont éventuellement chauffées différemment, la tête de la buse porte la référence 10, la référence il désigne une tubulure de dégazage et la référence 12 désigne une hotte. Les fibres de verre sont prélevées à l'intérieur de rouleaux 13 et introduites par un ajutage 14 dans la vis sans fin 15. La référence 16 désigne la trémie de déversement de la matière plastique. Exemple 1. On réalise une matière à base de polyamide B dont la teneur en fibres de verre est de 45 %. Le polyamide B en granulés est dosé à raison de 390 g/mn et envoyé dans la trémie de remplissage 16. Les températures des secteurs du cylindre de la boudineuse représentés sur le dessin sont les suivantes secteur 1 (zone d'entrée) refroidi secteur 2 2600C secteur 3 2600C secteur 4 (dégazage) 2650C secteur 5 2700C secteur 6 (tête de la buse) 2756C La vitesse de la vis est de-130 tours par minute, le moment de rotation est de 4 à 5 mkg, la consommation de courant est de 6,5 kW. Les stra tifils au nombre de 11 sont dirigés en continu dans la masse en fusion par l'ajutage d'admission 14 à une vitesse de 0,2 m/s. (= 12m/mn.) Le débit corres ponant de statifil est de 132 m/mn = 330 g/mn. Le débit total de matière est de 43,5 kg/h. Les stratifils pèsent 2,5 g an mètre. La teneur théorique en fibres de verre de la matière est de 45,8 %, la valeur trouvée étant de 45,0 % (analyse-des cendres). Longueurs prépondérantes des fibres de verre dans la matière 0,3 à 1 mm. Exemple 2. On réalise une matière à base de polyamide B dont la teneur en fibres de verre est d'environ 26 Sg. Les matières premières sont celles de l'exemple 1 et les conditions dans lesquelles l'extrudeuse fonctionne restent inchangées. Par contre, le dosage du polyamide est de 565 g/mn, Il stratifils-étant-également introduits par l'ajutage d'admission à une vitesse de 0,12 m/s = 7,2 m/mn, le débit des stria tifils étant de 79,2-m/mn = 198 g/mn. Le de'bit total de matière est de 45 kg/h. Teneur théorique en fibres de verre : 25,8 411 ; trouvé : 25,5 %. Longueurs prépondérantesdes fibres de verre dans la matière : 0,3 à 1 mm. Exemple 3. On prépare une matières mouler,base de chlorure de polyvinyle dont la teneur en fibres de verre est d'environ 30 %. Le chlorure de polyvinyle en granulés est dosé à raison de 160 g/mn et il est introduit par la trémie de remplissage 16. Les températures des secteurs du cylindre de la boudineuse représentés sur le dessin sont les suivantes secteur f (zone d'entrée) refroidi secteur 2 1700C secteur 3 180 C secteur 4 (dégazage) 1700C secteur 5 1600C secteur 6 (tête de la buse) 150oC La vitesse de la vis est de 50 tours par minute, le moment de rotation est de 4 à 4,5 mkg, la consommation de courant est de 3,5 kW.Les stratifils au nombre de 4 sont introduits en continu dans la masse en fusion par l'ajutage d'admission i4 à une vitesse de 0,11 m/s (=6,6 m/mn). Le débit correspondant de stratifl est de 6,6 ni/mn = 66 g/mn. Le dSbit total de matière est de 13,3 kg/h, Le poids au mètre des stratifils est de 2,5 g. Teneur théorique en fibres de verre de la matière obtenue : 29,2 %. Teneur trouvée : en verre : 29,76 % (cendres). Longueurs prépondérantes des fibres de verre dans la matière 0,3 à 1 mm. Exemple 4. On prépare une' matière à base de chlorure de polyvinyle dont la teneur en fibres de verre est d'environ 20 %. Le chlorure de polyvinyle en granulés est dosé à raison da 200 g/mn et déversé dans la trémie 16 de remplis- sage. Les températures des secteurs du cylindre de la presse représentés sur le dessin sont les suivantes : secteur 1 (zone d'entrée) refroidi secteur 2 170 C secteur 3 1750C secteur 4 (dégazage) 1600C secteur 5 1300C secteur 6 (tête de la buse) 15000 La vitesse de la vis est de 50 tours par minute, le moment de - rotation est de 4,6 à 5 mkg, la consommation de courant est de 3,5 kW.Les tifils au nombre de 3 sont introduits en continu dans la masse en fusion par l'ajutage d'admission 14 à une vitesse de 0,11 m/s (= 6,6 m/mn). Le débit correspondant de stratifil est de 19,8 m/mm = 49,8 g/mm. Le débit total de matière est de 15,0 kg/h. Le poids an mètre des stratifils est de 2,5 g. Teneur théorique en fibres de verre de la matière : 20 %. Teneur trouvés en fibres de verre : 20 %. Longueurs prépondérantes des fibres de verre dans la matière à mouler : 0,3 à 1 mm. Exemple 5. On réalise une matière à base de polypropylène dont la teneur en fibres de verre est d'environ 22 %. Le polypropylène en grenulés est dosé à raison de 413 g/mm et déversé dans la trémie de remplissage 16. Les tompé ratures des secteurs du cylindre de la tondinause représentés sur le dessins sont les suivantes vecteur 1 (zone d'entrée) refroidi secteur 2 secteur 3 25000 secteur 4 (dégazage) 26000 secteur 5 265oC secteur 6 (tSte de la buse) 2700C La vitesse de la vis est de 100 tours par minute, le moment de rotation est de 4 à 4,5 mkg, la consounation de courant est de 5,5 kw. Les stra- tifils au nombre de 4 sont introduits en continu dans la masse en fusion par l'ajutage d'admission 14 à une vitesse de 0,2 m/s (= 12m/mn). Le de'bit correspondant des stratifils est de 48 m/mn = 120 g/mn. Le débit total de matière est de 32 kg/h. Le poids au mètre des stratifils est de 2,5 g Teneur théorique en fibres de verre de la masse à mouler : 22,5 %. Teneur trouvée en fibres de verre: 22,7 % (cendres). Longueurs prépondérantes des fibres de verre dans la matière à mouler : 0,3 à 1 mm. Exemple 6. On réalise une matière à base de polypropylène dont la teneur en fibres de verre est d'environ 15 %. Le polypropylène en granules est dosé à raison de 484 g/mn et déversé dans la trempe de remplissage 16. Les tempéra- tures des secteurs du cylindre de la boudineuse représentés sur le dessin sont les suivantes secteur 1 (zone d'entrée) refroidi secteur 2 250 C secteur 3 2500C secteur 4 (dégazage) 2600C secteur 5 2650C secteur 6 (tête de la buse) 2700C La vitesse de la vis est de 100 tours par minute, le moment de rotation est de 4,6 à 5 mkg, la consommation de courant est de 6,0 MI. Les stratiüle au nombre de 3 sont introduits en continu dans la masse en fusion par l'ajutage d'admission 14 à une vitesse de 0,2 m/s (= 12 m/mm). Le débit correspondant de stratifils est de 12 m/mn = 90 g/mn. Le débit total de matière est de 34,5 kg/h. Le poids au mètre de stratifil est de 2,5 g. Teneur théorique en fibres de verre de la matière à mouler: 15,7 %. Teneur trouvee en fibres de verre 9 15,8 % (cendres). Longueurs prépodérantes des fibres de verre dans la matière à mouler : 0,3 à 1 mm. Exemple 7. On réalise une pièce injectée en forme de poule en matière des exemples 1 et 2. Machine : boudineuse d'injection type "Sturbbe 350". Conditions de traitement du polyamide B à teneur de 25 % et de 45 % en fibres de verre poids de la matière injectée pour la réalisation de la pièce : 150 g chauffage : buse cylindre à l'avant au centre à l'arrière maximum 2050C 2000C 2000C température du moule : 700C cycle d'injection post-compression 15 s refroidissement 23 s pose 3s pression d'injection : 1000 kg/cm Détermination de la teneur en fibres de verre de la pièce injectée. Pour contrôler la distribution des fibres de verre dans la pièce moulée, on détermine la teneur en fibres dans la carotte et sur le bord extérieur. polyamide B à 25 % de teneur en verre : bord 25,2 % 25,2 % carotte 24,2 % 24,3 % teneur en fibres de verre du granulé : 25,2 % 25,29 % polyamide B à 45 ffi de teneur en fibres de verre : bord 45,8 % 45,8 % carotte 45,0 ffi 44,9 % teneur en fibres de verre du granulé : 45,0 % 44,9 % n va de soi que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. RENENDICATIONS 1. Procédé de production de matières destinées à la réalisation de pièces, notamment moulées en matière plastique contenant des fibres de verre, ladite matière étant produite à l'aide d'une boudineuse chauffée à vis sans fin qui reçoit, d'une part, la matière plastique de base au moins partiellement à l'état solide ainsi que, le cas échéant, des additifs tels que colorants, charges et adjuvants, et d'autre part, des stratifils sans fin de fibres de verre, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'au moins la majeure partie des fibres da verre est introduite par une ouverture dans la boudineuse en un emplacement auquel la matière de base est au moins partiellement fondue, cet emplacement étant suffisamment eloigné de l'orifice de sortie de la bour dineuse pour que les fibres de verre soient fractionnées dans la mesure voulue et que l'homogénéisation soit suffisante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boudineuse mise en oeuvre comporte deux vis tournant dans le m8me sens ou davantage.