Brevet FR2239333A1 — publié le 19750228

La présente invention concerne un procédé pour la production d'objets en matière thermoplastique renforcés par des fibres. L'invention est matérialisée dans un procédé pour la production d'un objet ou article consistant à appliquer un lacet en matière thermoplastique renforcé par des fibres, à une température à laquelle le lacet est souple, sur la surface d'un conformateur (qui constitue une partie du produit final) de telle sorte que la fibre du lacet fasse partie de ce produit final. L'invention présente trois aspects principaux à savoir (a) un renforcement local, (b) un renforcement général, et (c) une fabrication complète. Suivant l'aspect (a) de l'invention, on applique un lacet en matière thermoplastique renforcé par des fibres, à une température à laquelle le lacet est souple, sur la surface d'un conformateur thermoplastique, dans une zone dans laquelle des contraintes relativement élevées sont attendues, et on soumet le lacet appliqué à l'effet de la chaleur et (ou) de la pression de sorte que ce lacet et le conformateur se réunissent pour former une partie de l'objet final. De préférence, le lacet appliqué est orienté dans la direction dans laquelle les contraintes de traction attendues vont se produire. Suivant l'aspect (b) de l'invention, un lacet en matière thermoplastique renforcé par des fibres est appliqué, à une température à laquelle le lacet est souple, sur l'ensemble dune surface d'un conformateur, de préférence d'un conformateur en matière thermoplastique, et le lacet appliqué est soumis à lteffet de la chaleur et (ou) de la pression, de sorte qu'il forme une couche de renforcement fibreuse dans le produit final. De préférence, le lacet est orienté dans les directions des contraintes attendues. Selon les deux aspects (a)- et (b) de l'invention, il est préférable que le polymère thermoplastique du lacet soit le meAme que le polymère thermoplastique à partir duquel l'objet est fabriqué. Suivant l'aspect (c) de l'invention, on produit un objet en matière thermoplastique renforcé par des fibres en appliquant un lacet, à une température à laquelle ce lacet est souple, sur la surface d'un conformateur (qui ne demeure pas dans le produit fini), et on soumet le lacet à l'effet de la chaleur et (ou) de la pression de telle sprte que la matière thermoplastique du lacet s'écoule pour former une matrice continue contenant la fibre initiale. Selon tous les aspects de cette invention, plusieurs couches de lacets peuvent être appliquées, ces lacets s'étendant dans une ou plusieurs directions, et les lacets peùvent être entrelacés de telle sorte que le produit final contienne un renforcement entrelacé s'étendant dans plusieurs directions. Les lacets utilisés pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention sont ceux dans lesquels plusieurs fibres, en particulier des fibres de verre ayant au moins 1 cm de longueur, sont noyées dans une matrice en un polymère thermoplastique. Il est connu de réaliser des objets renforcés par des fibres par moulage par injection et extrusion d'une composition renforcée par des fibres, par exemple de granules, mais la fibre du produit a une longueur usuelle inférieure à 0,1 cm, du fait de l'action du système d'alimentation par vis, et cette fibre est loin d'être orientée dans une direction. Le procédé suivant l'invention permet de fabriquer des produits dans lesquels la fibre a au moins 1 cm de'longueur et, si désiré, est orientée dans des directions choisies, de sorte qu'une utilisation optimale peut 8tre faite du renforcement constitué par les fibres s'étendant dans une direction choisie.De préférence, les fibres ont au moins 10 cm de longueur et, dans la plupart des cas, on va utiliser des fibres ayant plusieurs mètres de longueur, par exemple des fibres qui s'étendent sur toute la longueur du lacet, sauf rupture accidentelle et imperfections. Les lacets sont habituellement produits par passage à travers une buse qui façonne la surface extérieure du lacet. Jusqu'ici, les lacets ont été produits habituellement selon une forme cylindrique (de telle sorte qu'ils puissent entre coupés pour donner des granules en vue d'un moulage par injection). Toutefois, l'utilisation de buses ayant une forme non circulaire permet de produire des lacets ayant d'autres sections droites et, pour la mise en oeuvre de l'invention, des lacets ayant des sections droites rectangulaires dont un côté est nettement plus long que l'autre conviennent particulièrement bien. La fibre qui est incorporée au lacet peut se présenter sous la forme d'un grand nombre de filaments oui s'étendent sur la longueur du lacet. Suivant une variante, la fibre oeut se présenter sous d'autres formes, par exemple sous forme de rubans tissés ou de tresses nattées. Un autre procédé pour l'obtention de lacets convenables consiste à imprégner une fibre, par exemple une fibre de verre, une mèche, un ruban ou une tresse avec un polymère thermoplastique à l'état pulvérulent, à chauffer après imprégnation pour fondre le polymère, et à faire passer la mèche avec le polymère en fusion à travers une buse pour former un lacet consolidé ayant une forme convenable. Ce processus, appliqué à des mèches, est décrit dans le brevet britannique nO 1.334.702. Bien qu'on ait déjà proposé de former des objets à partir de fibres de verre continues qui ont été imprégnées avec une résine durcissable par enroulement des fibres imprégnées autour d'un conformateur, l'invention présente des avantages considérables par rapport à un tel processus. Ces avantages correspondent à une souplesse ou universalité beaucoup plus grande dans le choix de la matière thermoplastique du lacet comparativement aux résines thermodurcissables, et à la facilité de manipulation du lacet sec utilisé suivant l'invention par comparaison avec les compositions humides des systèmes pouvant être durcis. En outre, les lacets thermoplastiques utilisés suivant l'invention peuvent être manipulés facilement et mis en place aisément dans la position voulue dans la condition de fusion de la matière thermoplastique; étant donné que la fibre de verre confère au lacet une résistance très élevée à l'état fondu. Les objets fabriqués par le procédé suivant l'invention peuvent également subir un nouveau thermoformage à un degré limité, par opposition aux objets qui sont fabriqués à partir de produits thermodurcissables renforcés. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés- à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La fig. 1 montre un fût à huile fabriqué suivant l'invention. La fig. 2 montre plus en détail les cercles ou frettes de roulement dufût visible sur la fig. 1. La fig. 7 montre la méthode utilisée pour la fabrication du fût représenté sur les fig. 1 et 2. Le fût représenté sur les fig. 1 et 2 comprend un conformateur en polypropylène moulé désigné d'une façon générale par la référence 10, muni d'une paroi cylindrique Il et d'un fond plat 12. Le conformateur ne possède pas, en lui-même, des propriétés mécaniques convenant parfaitement pour réaliser un fût. Par exemple-, il n'est pas suffisamment rigide et il se déformerait à un degré trop grand pendant la manutention. Pour augmenter la rigidité et la résistance mécanique, la paroi cylindrique 11 est-recouverte d'une couche 13 constituée par un enroulement hélicoldal de fibres de verre noyées dans une matrice en polypropylène. Le fût présente des cercles ou frettes de roulement classiques 14 et 15 qui, comme on peut le voir sur la fig. 2, sont constitués par-plusieurs couches superposées renfermant chacune un enroulement hélicoidal de fibres de verre noyées dans une matrice en polypropylène. Le revêtement augmente la rigidité et la résistance mécanique du conformateur, de sorte que les propriétés mécaniques du fût complet sont améliorées et que, par exemple, on peut le faire rouler. Le fût représenté sur les fig. 1 et 2- est fabriqué par enroulement d'un lacet autour d'un conformateur, plusieurs couches étant appliquées pour former les cercles, bandes ou frettes de roulement. Le lacet utilisé a une section droite circulaire et il est constitué par une matrice en polypropylène renfermant un grand nombre de fibres de verre s'étendant selon la longueur du lacet et représentant environ 25 ffi de son poids. Avant son utilisation, le lacet a une souplesse suffisante pour permettre d'en assurer l'alimentation sous forme d'une bobine à partir de laquelle il est déroulé, chauffé et enroulé sur le conformateur. Ce procédé est représenté sur la fig. 3, qui montre que le lacet est déroulé à partir d'une bobine 20, puis passe autour d'un tambour chauffé 21 et parvient sur la surface cylindrique Il d'un conformateur 10, en passant à travers une chambre de chauffage 22 dans laquelle la température du lacet est élevée à un degré suffisant pour assurer la fusion du polypropylène. Le conformateur 10 tourne et il avance axialement de l'épaisseur du lacet à chaque spire, de sorte qu'à la fin du processus sa surface cylindrique est complètement recouverte par un enroulement hélicoïdal du lacet. Le lacet chaud est pressé dans la position voulue par l'effet combiné de la tension régnant dans le lacet et d'un tampon 23, de sorte que les matrices de polymère des spires de lacets voisines fusionnent pour former le revetement continu décrit et représenté sur la fig. 1.Les cercles ou frettes de roulement peuvent être formés par déplacement en va-et-vient de ltébauche ou du conformateur après l'application de la couche unique et enroulement sur plusieurs couches du lacet (comme décrit précédemment), jusqu a l'obtention de cercles ou de frettes ayant la forme et les dimensions requise. Pour illustrer l'amélioration des propriétés dans une direction choisie des objets fabriqués suivant l'invention, on a établi une comparaison entre deux échantillons d'essai, que l'on a ensuite testés selon la norme ASTN D638-68. Le premier échantillon a été fabriqué par moulage par injection d'un composé de polypropylène renfermant 25 % en poids de fibres de verre ayant une longueur moyenne numérique d'environ o,l cm. Il en est résulté l'obtention d'un échantillon dans lequel les fibres de verre très courtes étaient orientées à un certain degré selon la longueur de l'échantillon. Le second échantillon a été produit par moulage par compression de tronçons de mèche de verre continue imprégnée de polypropylène, de telle sorte que le verre soit parfaitement orienté sur la longueur de l'échantillon.Le tableau ci-après indique l'amélioration de propriétés obtenue lors de l'utilisation de l'invention. Tests dans une machine d'essai de traction avec un taux de contrainte nominal de 0,05/min sur des feuilles de 3 mm d'épaisseur. Module de traction sous Résistance une contrain- à la tractif te de 0,005 (MN/m2) (GN/m2) Fibres continues Toutes orientées dans la direction d'essai. Moulage par compression 8 170 Fibres courtes - Moulage par injec tion a) fibres orientées dans la direc tion du test par écoulement le long dlune barre étroite (ASEM type 1) 6 95 b) fibres disposées au hasard dans un plan 0 3,5 55 Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. DEVENDICATIONS rocédé pour la production d'ure objet, caractérisé en ce qu'on applique un lacet en matière thermoplastique renforcé par des fibres, à une température à laquelle ce lacet est souple, sur la surface d'un conformateur de telle sorte que la fibre du lacet fasse-partie du produit final. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce mulon applique un lacet en matière thermoplastique renforcé par des fibres, à une température à laquelle le lacet est souple, sur l'ensemble de la surface d'un conformateur, puis on sou met le lacet appliqué à l'effet de la chaleur et (ou) de la pression, de sorte qu'il constitue une couche de renforcement fibreuse dans le produit final. 3 Procédé suivant la revendication I ou 2, caractérisé en ce qu'on produit un objet en matière thermoplastique renforcé par des fibres en appliquant un lacet, à une température à laquelle ce lacet est souple, sur la surface d'un conformateur qui est ensuite séparé du produit, et on soumet le lacet à l'effet de la chaleur et (ou) de la pression, de sorte que la matière thermoplastique du lacet s'écoule pour former une matrice continue contenant la fibre initiale. 4. Procédé suivant la revendication 1 pour le renforcement localisé d'un objet, caractérisé en ce qu'on applique un lacet en matière thermoplastique renforcé par des fibres, à une température à laquelle le lacet est souple, sur la surface d'un conformateur en matiere thermoplastique dans laquelle des contraintes relativement élevées sont attendues et on soumet le lacet appliqué à I'effet de la chaleur et (ou) de la pression, de sorte que ce lacet et le conformateur se réunissent pour faire partie due ltobjet final. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le lacet renforcé est orienté dans la direction dans laquelle les contraintes de traction attendues vont se produire dans l'objet renforcé. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conformateur et le lacet en matière thermoplastique sont constitués par la même matière plastique. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que plusieurs couches de lacet sont appliquées, ces couches s'étendant dans une ou plusieurs directions. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les lacets des différentes couches sont entrelacés. 9. Procédé suivant l'une quelconque des'revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la longueur des fibres du lacet est au moins égale à 1 cm. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le lacet a été formé par imprégnation d'une mèche de verre avec un polymère thermoplastique à l'état pulvérulent, chauffage de la mèche imprégnée pour fondre le polymère et consolidation du lac-et par passage à travers une buse. 11. Objet renforcé, caractérisé en ce qu'il est produit par le procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes.