Brevet FR2073334A1 — publié le 19711001

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la production de plaques ou de feuilles en matière thermoplastique renforcées aux fibres, et une plaque ou feuille produite selon ce procédé. De relies pLaques ou feuilles ont trouv de grandes posai bilités dtappllcation a des fins les plus diverses dans t7 a onstruction, l'industrie des meubles, l'industrie autoobqle, bref, dalls praiquement toute l'industrie. Toutefois, d'une part, la production de telles plaques ou feuilles présente encore des difficultSs et, d'autre part, les plaques et feuilles produites laissent encore à désirer en ce qui concerne leurs propriétés mécaniques pour des applications particulières5 en raison justement de ces difficultés. Il est connu d'ajouter des fibres de renforcement à une matière thermoplastique et de les mélanger avec celle-ci alors qu'elle est à l'état plastique. Cette opération se déroule, par exemple, dans une extrudeuse dans laquelle est produit tout d'abord un granulé apte à être transformé. A partir de ce granulé, on produit ensuite par extrusion, un produit ayant la forme d'une plaque ou d'une feuille. Les fibres subissent une forte soLicitation au cisaillement, aussi bien lors de la production du granulé que lors de ltextrusion, de sorte qu'elles sont rompues ou écrasées entre la vis et le carter de l'extrudeuse et se retrouvent seulement sous forme de petits morceaux dans le produit final. Il s'est avéré que l'effet de renforcement est d'autant plus médiocre que les fibres sont courtes. Les plaques ou feuilles ainsi produites ont non seulement une surface rugueuse, mais également une résilience qui n'est pas suffisante. Les machines servant à la production subissent par ailleurs une très forte usure en raison de l'action fortement abrasive des matières fibreuses.Sans tenir compte des frais de fabrication élevés qui en découlent, la matière détachée par cette abrasion peut être nuisible si la feuille produite est destinée à des applications particulières. On connaît également des procédés selon lesquels les fibres sont seulement exposées à des forces de cisaillement qui ne réduisent pas de façon notable la longueur moyenne initiale des fibres. Selon l'un de ces procédés, on imprègne des mats d'une solution de matière plastique, on les sèche puis on les presse les uns sur les autres. Selon un autre procédé on laisse tourner une suspension aqueuse d'une matière thermoplastique en poudre, dans laquelle sont distribuées des fibres de renforcement, sur un cylindre chauffé d'une calandre, jusqu'à ce que la totalité de l'eau soit évaporée. On obtient alors une peau solide et sèche qui peut être enlevée du cylindre. La solidité des produits ainsi obtenus laisse cependant à désirer, t le procédé mentionné en dernier est par ailleurs beaucoup trop compliqué et coûteux pour une production en masse en raison de sa discontinuité. Le but de l'invention est de permettre la production de plaques ou de feuilles thermoplastiques renforcées aux fibres ayant une meilleure solidité, et, éventuellement, de meilleures p-.-opriétés superficielles, L'n utilisant un procédé nouveau et un dispositif approprié travaillant de façon continue et occasionnant une dépense aussi faible que possible. Conformément å lVinvention9 ce résultat est obtenu, en ce qui concerne le procédé, par le fait que la matière thermoplastique sous forme de poudre est chargée avec la matière fibreuse sur une courroie de transport, est guidée à travers une zone de chauffage dans laquelle la matière thermoplastique est plastifiée et conformée sous pression, et par le fait que la plaque ou la feuille ainsi obtenue est ensuite refroidie. Grâce à ce mode opératoire, la matière fibreuse n'est exposée patiquement & aucune sollicitation au cisaillement, et la matière thermo plastique a l'état liquide est relise intimement S la matière fibreuse en raison dQ la pression appliquée, ai bien que l'on obtient, après la refroidis somment, une plaque ou une feuille dont la matière fibreuse de renfort présente d'excellentes propriétés mécaniques. Comme matières thermoplastiques, on peut utiliser, par exemple, le polypropylène, le polyéthylène, l'ester de cellulose, le polycarbonate, le copolymère saponifié d'éthylène-acétate de vinyle, le chlorure de vinyle, le chlorure de polyvinylidène, le copolymère acrylonitrile-butadiènestyrène (ABS), les polyamides et les polynréthanes thermoplastiques. Comme matière fibreuse, on peut utiliser aussi bien les fibres organiques que les fibres inorganiques, soit en vrac, soit soit forme de mats, tissus ou voiles. Les matières de renforcement inorganiques qui conviennent particulièrement sont les fibres de verre, d'amiante, de bore, de métaux, ainsi que d'autres fibres telles que les "Whisker". Les matières thermoplastiques peuvent être renforcées d'une façon particulièrement efficace par des fibres de carbone. Les fibres organiques synthétiques doivent avoir un point de fusion qui est supérieur à celui de la matière thermoplastique utilisée afin que les fibres soient conservées lors de la plastification de la matière thermoplastique. Comme matière fibreuse , on peut notamment utiliser le polyimide à point de fusion élevé. On peut également employer des fibres naturelles telles que le sisal, le chanvre et la soie. Les fibres en vrac doivent avoir une longueur d'au moins 3 mm. La demanderesse a trouvé que les mats, tissus et voiles d'un poids 2 inférieur à 250 g par m , conviennent pour la mise en oeuvre de l'invention. Le poids par unité de surface peut également être plus élevé en cas dXutili sation de tissus, de mats, etc. qui sont composés de métaux. La demanderesse a trouvé en outre qu'il est avantageux d'utiliser une matière thermoplastique en poudre dont la granulométrie ne dépasse pas 500/um. La demanderesse a trouvé également qu'il est très avantageux afin d'améliorer davantage les propriétés des produits finaux, d enduire les matières fibreuses utilisées d'agents de préparation ou d'agents provoquant l'adhérence qui sont choisis en fonction de la matière thermoplastique utilisée et qui sont supportés par celle-ci ainsi que par la matière fibreuse. Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé, on superpose alternativement sur la courroie de transport des couches de matière thermoplastique en poudre et des mats, tissus et/ou voiles, composés de longues fibres. Selon une variante, on mélange la matière thermoplastique en poudre à l'état sec avec des fibres ayant une longueur d'au moins 3 mm et on dispose le mélange sur la courroie de transport. Afin d'obtenir une plaque ou feuille dont la couche supérieure et/ou inférieure présente une surface lisse, il est préférable de poser sur la courroie de transport une feuille en matière thermoplastique. Cette feuille forme,lors de la plastilication, une couche exempte de fibres et qui doit essentiellement rester telle quelle, pour former ainsi une surface fermée et lisse sur le produit final. Il va de soi que l'on peut également prévoir une combinaison de couches d'une matière thermoplastique en poudre exempte de fibres, d'une matière thermoplastique en poudre contenant des fibres, et de mats, tissus et/ou voiles, composés de longues fibres. Conformément à l'invention, les différentes variantes du procédé sont mises en oeuvre au moyen de dispositifs ayant une conformation différente ou ayant été adaptés suivant l'utilisation prévue. Un dispositif suivant l'invention pour la mise en oeuvre du procédé et de l'application de mats, tissus etlou de voiles, à longues fibres, se caractérise par la disposition alternante de plusieurs appareils d9alimeno tation pour la poudre et d'appareils de dévidage de mats tissus et/ou voiles, au-dessus d'une courroie de transport sans fin ces appareils étant suivis par un dispositif de contre-pression qui coopère avec la courroie de transport et dans la zone d'installation duquel est prévu un dispositif de chauffage. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé avac application de fibres en vrac est caractérisé par une courroie de transport sans fin qui coopère avec un appareil d'alimentationD lequel est suivi par un dispositif de contre-pression coopérant avec la courroie de transport et dans la zone d'installation duquel est prévu un dispositif-de chauffage. Selon un perfectionnement de ce dispositif, et conformément à un mode de réalisation préféré, un appareil de dévidage d'une feuille thermoplastique est monté devant et/ou derrière l'appareil d'alimentation. Pour la mise en oeuvre de la var-iante du procédé prévoyant l'utilisation combinée de fibres, sous forme de mats, tissus et/ou voiles et de fibres en vrac, il est évident pour l'homme de l'art que des agencements particuliers doivent etre prévus en pareil cas pour les appareils d'alimentation et/ou de dévidage. Le dispositif peut Far ailleurs être muni d'appareils de dévidage pour l'application de feuilles de recouvrement qui n'entrent pas en fusion, par exemple des feuilles de papier ou de matière plastique, pouvant éventuellement porter une impression de décoration ou d'autres dessins, de sorte qu'il est également possible de produire des plaques ou des feuilles présentant des surfaces imprimées ou portant des dessins qui seront visibles au lieu d'utilisation finale. Comme appareils pour l'alimentation de la matière en poudre, ou de fibres en vrac, on peut utiliser, par exemple, des doseurs à vibration ou d'autres trémies d'alimentation, présentant une fente de dosage réglable. Pour les appareils de dévidage, il y-a lieu de prévoir des chevalets dans lesquels est placés supporté par une barre rotative, un rouleau de matière en forme de bande. Le dévidage de cette dernière s'effectue, de la façon la plus simple, sous l'effet de la force de frottement produite entre la courroie de transport commandée et le dispositif de contre-pression ou, pour le cas où ni le dispositif de contre-pression ni la courroie de transport sont munis de dispositifs d'entraînement propres, par une paire de cylindres d'appel commandés, qui est montée de façon connue à la sortie. Le dispositif de contre-pression peut être formé par un cylindre d'un diamètre relativement grand, ou par une seconde courroie de transport disposée au-dessus de la première courroie et formant avec celleei une emprise qui est traversée par l'empilage de couches. Des éléments chauffants, pouvant être alimentés électriquement ou par de la vapeur chaude, par exemple, sont montés dans la zone de ce dispositif de contre-pression. Afin d'accélérer le refroidissement du produit fini après la plastification de la matière thermoplastique, l'invention prévoit, de façon en soi connue, le montage d'un dispositif de refroidissement à la suite du dispositif de chauffage; il peut être fct:mé de la monière la plus simple; par une soufflerie amenant de l'air de refroidissement. Il est cependant également possible de faire passer la bande produite à travers un bain d eau ou de l'arroser avec de l'eau. La plaque produite conformément au procédé selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle se présente sous forme ' aa bande de matière thermoplastique danslaquelle est noyé au moins un mat, un tissu etIo voile, et qui présente des surfaces lisses. Selon une variante, des fibres en vrac ayant une longueur minimale de 3 mm sont en outre incorporées dans la plaque od la feuille Une autre forme de réalisation de la plaque ou feuille suivant l'invention est caractérisée en ce q'elle se présente sous la forme d'une bande de matière thermoplastique dans laquelle sont distribuées uniformément des fibres ayant une longueur minimale de 3 mm. Selon une variante de réali sation particulière de cette plaque ou feuille, la bande produite comprend une zone marginale exempte de fibres, sur au moins l'une des surfaces. EXEMPLE 1 On dispose alternativement neuf couches d'un mat de fibres de verre et dix couches d'une poudre de polypropylène sur une courroie de 2 transport. Le mat de fibres de verre a un poids de 100 g par m et ses fibres ont une longueur d'environ 50 mm. Le polypropylène à sa couleur naturelle, a un indice de fusion de 0,34 g par 10 mn (mesuré suivant DIN 53 735) et une granulométrie inférieure à 250 P m. On fait pénétrer cet empilage de couches par une traction dans une emprise formée par la courroie de transport et un cylindre ayant un diamètre de 60 cm. La température du cylindre est de 1950C et sa vitesse périphérique est de 1,8m par mn. L'empilage de couches fond complètement pendant la durée de passage de 32s et se transforme en une plaque ayant une surface lisse et une épaisseur de 2 mm, Les caractéristique mécaniques de la feuille produite sont visibles dans le tableau annexé. La longueur initiale des fibres de verre utilisées est entièrement conservée. EXEMPLE 2 On dispose alternativement sur une courroie de transport neuf couches de mat de fibres de verre ayant un poids de 100 g par m2 et dix couches d'une poudre d'un ccpolymère saponifié d'éthylène-acétate de vinyle ayant une granulométrie inférieure à 250 /um. L indice de fusion de la matière thermoplastique utilisée à 1700C est de 48g par 10 mn. La température du cylindre chauffant est de 160 G et sa vitesse périphérique est de 1,8 m pc mn Le produit sortant de la machine a une Epa-X3seur de 2 mm, Les carat --éritiques mécaniques du produit obtenu sont visibles dans le tableau comparatif annexé. La longueur initiale des fibres est conservée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que du dessin annexé dans lequel la figure 1 est une élévation latérale schématique d'un dispositif pour la production de plaques ou de fes 9sA partir de matières thermoplastiques pulvérisées et de mats et de tissus à longues fibres;; - la figure 2 est une élévation latérale schématique d'un dispositif pour la production, de plaques ou de feuilles à partir d'un mélange d'une matière thermoplastique pulvérisée et de fibres en vrac; - les figures 3 à 5 sont des vues en coupe de différents pro duits suivant l'invention. Les parties analogues des différentes figures sont désignées par les mimes références. Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend une courroie de transport sans fin 1 qui circule sur des cylindres de guidage 2. Au-dessus du brtn supérieur 3 de la courroie de transport b sont prévus des appareils d'alimentation 4, formés par des doseurs à vib-atin, pour la matière thermo plastique en poudre, entre lesquels sont disposés chaque fois des appareils de dévidage 5 pour des bandes de matière fibreuse 6. Ces bandes 6 passent sur des rouleaux de guidage 7 et sont appliquées, en alternance avec des couches 8, en matière thermoplastique en poudre, sur le brin supérieur 3 de la courroie de transport 1. D'autres appareils de dévidage, désignés par 9, servent à l'amenée de feuilles de recouvrement thermoplastiques 10 qui sont destinées à former les couches superficielles de la plaque ou feuille 11. L1empilage 12 - composé des feuilles de recouvrement 10, des bandes à fihres 6 et des couches de poudre 8 - pénètre dans une emprise 13 qui est formée entre le brin supérieur 3 de la courroie de transport 1 et un dispositif de contre-pression 14, ayant la forme d'un cylindre 15. Des éléments chauffants électriques 16 sont montés dans la zone du dispositif de contre-pression 14, aussi bien à l'intérieur du cylindre chauffant 15 que derrière le brin supérieur 3 de la courroie de transport 1. Une paire de cylindres d'appel commandés 17 et 18, forme en même temps un dispositif -de refroidissement 19. La figure 2 représente un dispositif qui comprend une courroie de transport 1 circulant sur des cylindres 2. Sur le brin supérieur 3 de la courroie de transport 1 est placée une feuille thermoplastique 209 venant d'un appareil de dévidage 21. Un appareil d'alimentation h - réalisé sous forme d'un doseur à vibration - applique suracette feuille un mélange d'une matière thermoplastique pulvérisée et de fibres ayant une longueur d'au moins 3 mm. Enfin, une autre feuille de recouvrement thermoplastique 20, venant d'un appareil de dévidage 21, est appliquée par dessus la couche de poudre.L'empilage 12 - composé des feuilles 20 et du mélange de poudre et de fibres - est transporté par le brin supérieur 3 de la courroie de transport dans une emprise 13 qui est formée entre le brin supérieur 3 et le brin inférieur 22 d'une autre courroie de transport 23, circulant sur des cylindres de renvoi 24. La hauteur de l'emprise 13 peut être réglée par le réglage en hauteur de la courroie de transport 23. Des dispositifs de chauffage 16 provoquent la plastification de la poudre thermoplastique. La feuille 11 sortant de l'emprise est tirée par les cylindres d'appel 17 et 18 qui forment en même temps un dispositif de refroidissement 19. La figure 3 montre la coupe d'une feuille produite comprenant une matière thermoplastique 25, des surfaces lisse 26, et un mat 27 à longues fibres qui est incorporé dans la feuille. La figure 4 représente la coupe d'une feuille dans laquelle les fibres en vrac 28 et la matière thermoplastique 25 sont uniformément réparties. La figure 5 montre la coupe d'une feuille comportant des fibres 28 dans le noyau 29 de la feuille et des zones marginales 30 exemptes de fibres de sorte que les surfaces 26 sont lisses. TABLEAU Comparaison des caractéristiques mécaniques de plaques de plaques ou de feuilles non renforcées et de plaques ou de feuilles renforcées. Copolymère ABS greffé Copolymère saponifié Polypropylène Propriétés Norme Unité Connu: Nouveau: d'éthylène-acétate de Connu: Nouveau: Normal :eneur Teneur en vinyle Normal Teneur en en fibres de fibres dev Connu : Nouveau: fibres de verre d'une d'une long Normal Teneur en verre d'une longueur de de 50 mm Fibres de longueur de 0,2 mm : 20% 40% verre d'une 50 mm : 40% longueur de 50 mm : 40% Densité DIN 53479 g/cm 1,05 1,22 1,33 0,98 1,29 0.906 1,22 Coefficient de dilatation linéaire VDE 0304 1/10.6 C 84 env.44 32 150 22 - Partie 1 Essai de traction:Module E DIN 53457 kp/cm 27000 69000 69500 4500 52500 16300 71000 #ss IN 53455 " 560 1000 1200 133 1220 328 1040 #ss " " % 3 env. 2 2,4 200 2,8 10 2,2 # 0,1 " " kp/cm 450 560 670 42 1060 - # 0,1 " " % 1,8 1,1 1 1 2,3 - Dureté à la bille 10" DIN 53456 kp/cm 1100 1380 1330 200 920 - 60" " " " 1050 1300 1275 180 880 - Résilience : 23 C DIN 53453 kp/cm 70 12 70 non cassé 75 non cassé 93 -40 C " " " 40 10 80 non cassé 75 10 108 Résilience sur barreau entaillé : 23 C " " " 9 5 65 18 70 - -40 C " " " 3 3 75 2 80 - Stabilité de forme sous DIN 53458 C 77 - 101 - 51 36 77 l'effet de la chaleur ISO R 75/B C 96 - 120 40 104 - REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la producticn de plaques ou de feuilles en matière thermoplastique renforcées par des fibres, caractérisé par le fait que la matière thermcplastique sous forme de poudre est chargée avec la matière fibreuse sur une courroie de transport. est guidée à travers une zone de chauffage dans laquelle la matière thermoplastlque est plastifiée et conformée sous pression, et par le fait que la plaque ou la feuille ainsi obtenue est ensuit refroidie. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par la superposition alternante de couches, d'une matière thermoplastique en poudre et de mats, tissus et/ou voiles à longues fibres, sur la courroie de transport. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le mélange d'une matière thermoplastique en poudre avec des fibres ayant une longueur d'au moins 3 mm et par le chargement de ce mélange sur la courroie de transport. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé par la disco sition d'une feuille en matière thermoplastique, destinée à former une couche supérieure, et/ou inférieure. 5 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par la disposition alternante de plusieurs appareils d'alimentation pour la poudre et d'appareils de dévidage de mats, tissus et/ou voiles, au-dessus d'une courroie de transport sans fin, ces appareils étant suivis par un dispositif de contre-pression qui coopère avec la courroie de transport et dans la zone d'installation duquel est prévu un dispositif de chauffage. 6 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 3, caractérisé par une courroie de transport sans fin qui coopère avec un appareil d'alimentation, lequel est suivi par un dispositif de contre-pression coopérant avec la courroie de transport et dans la z3ne d'installation duquel est prévu un dispositif de chauffage. 7 - Dispositif selon la revendication 6 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un appareil de dévidage d'une feuille thermoplastique est monté devant et/ou derrière l ap- pareil d'alimentation. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage est un cylindre chauffant. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications-S à 75 caractérisé en ce que le dispositif de chauffage est formé par une seconde courroie de transport qui est chauffée. 10 - Dispositif selon lune quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'un dispositif de refroidissement est montera la suite du dispositif de chauffage. 11 - Plaque ou feuille, produite d'après le procédé selon la revendit cation 1, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'une bande de matière thermoplastique dans laquelle est noyé au moins un mat, un tissu et/ou voile, et qui présente des surfaces lisses. 12 - Plaque ou feuille, produite diapres le procédé selon la revendication 1 ou 3, caractérisée en ce quelle se présente sous la forme d'une bande en matière thermoplastique dans laquelle sont réparties uniformément des fibres ayant une longueur d'au moins 3 mm. 13 - Plaque ou feuille selon la revendication 12, caractérisée en ce que la bande présente une zone marginale exempte de fibres sur au moins l'une des surfaces.