Brevet FR2224293A1 — publié le 19741031

L'invention concerne un nouveau matériau composite et le procédé de fabrication de celui-ci. Ce matériau appartient à la famille des complexes constitués d'une résine synthétique armée de fibres de verre, cette résine synthétique étant généralement thermodurcissable, mais pouvant être également thermoplastique. Il est le plus souvent présenté sous forme de plaques dont les épaisseurs varient de quelques millimètres à 50 mm et meme plus. De telles matières sont couramment employées comme isolants électriques dans le domaine de l'électrotechnique car, aux propriétés isolantes de la résine, elles joignent d'excellentes caractéristiques mécaniques,dues à la présence des fibres de verre. Les techniciens les désignent,par exemple, par le terme "mat de verre/8goxy" ou "mat de verre/polyesterfl, du nom de leurs constituants, à savoir des feuilles de fibres de verre non tissées - ou"mats" - imprégnées d'une résine époxy ou polyester (étant entendu que l'on utilise aussi d'autres types de résine). Au cours de la fabrication des mats de verre, l'adjonction d'un liant est rendue nécessaire pour obtenir une agglomération suffisante des fibres de verre les unes aux autres. Toutefois, comme les mats sont destinés à être ultérieurement imprégnés, les teneurs en liant sont maintenues au niveau le plus bas, pour permettre l'imprégnation ultérieure. Cette faible teneur en liant a comme conséquence une très mauvaise cohésion de l'ensemble, qui empêche une imprégnation en continu du même type que celles utilisées pour l'imprégnation des tissus de verre ou autres supports destinés à la fabrication des matériaux stratifiés. C'est pour cette raison que les plaques à base de mat verre imprégné de résine synthétique sont gdtinssement fabriquéea en coupant ce mat en feuilles qui sont disposées, en nombre suffisant pour obtenir l'épaisseur désirée,dans des moules du type dit "fermé", ceux-ci étant constitués d'une partie creuse, la partie femelle, dans laquelle sont empilées les feuilles de mat que l'on recouvre de la quantité voulue de résine, et d'une partie måle qui, une fois descendue, assure la compression nécessaire à l'agglomération des deux composants : le mat et la résine. L'ensemble est généralement placé entre les plateaux d'une presse chauffante. Un tel procédé permet rarement d'avoir plus de deux moules sous la même presse et, bien que simple, présente l'inconvénient majeur de cadences de fabrication faibles, ce qui fait perdre l'avantage du prix bas du mat de verre, comparé à celui des tisssus de verre utilisés pour la fabrication des matériaux stratifiés. La fabrication de ces matériaux à base de mat de verre nré- sente un autre inconvénient : leur imprégnation se fait, 1 plus souvent comme il a été dit précédemment, en versant la quantité voulue de résine sur l'empilage de mat. La pression permet ensuite une répartition de la résine dans la masse, mais en créant des courants de résine tangentiels au plan de moulage. Or ceux-ci se produisent sur d'assez grandes distances et sont générateurs de tensions internes. Il est enfin fréquent que la teneur en ~és ne ne soit pas rigoureusement identique dans tous les oints du ma Feriau. L'imprégnation du mat peut se faire aussi au pistolet. r ce procédé la répartition de la résine est, certes, meilleure, sans être cependant suffisamment régulière. De plus, ce procédé impose souvent que la projection de résine, pour des raisons de commodité, soit faite à l'extérieur du moule. La manipulation des mats ainsi imprégnés est alors délicate. On voit donc que l'utilisation des mats de verre pour l'application envisagée comporte les, inconvénients majeurs ci-après - procédé d'imprégnation à "l'unité", interdisant toute r,roduc- tion à une cadence industrielle - technique d'imprégnation souvent manuelle, génératrice d'irré- gularités de qualité et contraire à une industrialisation de la production. - difficulté d'obtenir une répartition homo la sine dans la masse du matériau fini - présence fréquente de tensions internes dues à l'écoulement inégal de la résine au moment de l'application de la pression - nécessité d'avoir recours à des moules d'un prix élevé. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication qui puisse être mis en oeuvre de façon industrielle. Ce procédé est essentiellement ceractérisé en ce nue l'on empile entre les plateaux d'une presse à étages multiples, avec une alternance sensiblement régulière, des mats de fibres de verre et de feuilles d'n tissu de verre préalablement imprégné en continu de résine, et en ce que l'on presse l'ensemble dans des conditions de pression et de tmt'érature telles nue la résine qui imprègne les feuilles de tissu diffuse de nart et d'autre de celles-ci, en imprégnant les mats contigus. L'imprégnation en continu du tissu de verre se fait sur des vernisseuses utilisées dans l'industrie des matériaux stratifiés. Le nombre des feuilles de mat et des feuilles de tissu de verre que l'on utilise dépend naturellement de l'épaisseur recherchée. Ces empilements de mat et de tissu sont placés entre les plateaux chauffants d'une presse à étages multiples du mEme type que celles utilisées pour la fabrication des matériaux stratifiés, sans avoir recours à un moule. Il est clair que ce procédé élimine l'opération d'imprégna- tion sur place, c'est-à-dire dans le moule, des feuilles de mat, opération qui est la cause des différents inconvénients du processus classique énumérés ci-dessus. Qui plus est, il permet de substituer des presses à étages multiples, donc de grande production, aux moules unitaires de la technique antérieure. Sous l'influence de la pression, la résine diffuse de part et d'autre du tissu de verre dans le mat. Le transfert de la résine se faisant à partir d'un tissu sur lequel la résine est déposée de façon homogène, la teneur en résine du produit est identique en tous les points de celui-ci, ce qui constitue un avantage de ce procédé conforme à l'invention. D'autre part, l'écoulement de la résine se fait essentiellement dans une direction normale au plan de pressage et sur de courtes distances.De cette façon,les tensions internes sont limitées au maximum, ce qui constitue un autre avantage de ce procédé. Enfin, ce procédé ne fait appel à aucun moule, les empilages de feuilles de mat et de tissu étant tout simplement places entre les plateaux d'une presse. Une variante de ce procédé, qui entre également dans le cadre de l'invention, consiste à remplacer une partie au moins du tissu de verre par un mat de fibres de verre très léger, dénommé "mat de surface". Les mats dits "de surface" (dont le grammage au m est de l'ordre de 50 à 100g, alors que les mats dont il a été 2 question ci-dessus ont des grammages d'au moins 350go m2) doivent leur nom au fait que, lorsqu'ils sont placés en surface des assemblages de mats préparés par le procédé çlaesique, ils permettent d'en estomper l'aspect grossier, db aux grosses fibres de verre0 Ces mats de surface, contrairement aux mats plus épais, pré sentent l'avantage de pouvoir être imprégnés en continu, et de pouvoir être fortement chargés en résine, jusqu'à 2 ou 3 fois leur poids. Leur cobt élevé en interdit l'emploi pour constituer entièrement le matériau. Leur faible poids au mètre carré permet de compenser leur coft élevé, lorsqu'ils sont utilisés à raison de quelques feuilles pour une certaine épaisseur. Gracie à leur teneur élevée en résine, on obtient un produit fini ayant une teneur en résine suffisante. On retrouve donc, dans cette variante, le transfert de résine d'un support imprégné en continu dans un mat non imprégné, qui constitue la caractéristique essentielle de l'invention. tes dessins annexés illustrent une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur ces dessins - La figure 1 est une vue éclatée, en coupe, montrant l'em- pilement des mats et des feuilles de tissu de verre imprégnées de résine - La figure 2 est une vue en coupe schématisant l'opération de pressage des feuilles - la figure 3 est une coupe transversale du produit fini. En référence aux figures 1 et 2 : on commence par réaliser un empilement de mats de fibres de verre 1 et de feuilles de tissu de verre 2, imprégnées d'une résine, suivant une alternance sensiblement régulière. Cette alternance ne constitue pas une caractéristique essentielle de l'invention, car il est évident que le module de répétition choisi pour l'empilement dépend de l'épaisseur relative des mats et du tissu de verre ainsi que de la quantité de résine que contient ce tissu. Cette quantité devra, de toutes façons, être importante. Le pourcentage de résine déposée sur le tissu de verre dépend de la teneur en résine recherchée pour le produit fini. La résine pourra être une résine thermodurcissable : résine époxy, résine phénolique, résine de mélamine ou de polyester, mais cette liste n'est pas, évidemment, limitative. Des résines thermoplastiques peuvent également autre employées. Les empilements de feuilles (figures a et 2) sont ensuite placés dans les plateaux d'une presse à étages multiples, 3, telle que celles utilisées dans la fabrication des matériaux stratifiés. La pression dépend de la quantité et de la nature de la résine imprégnant le tissu de verre. La température et la durée de pressage sont telles que la résine puisse diffuser du tissu dans les mats de verre, de manière à imprégner l'ensemble de façon homo gène, et puisse atteindre, dans le cas des résines thermodurcissables, un degré de polymérisation ou de polycondensation voulu. A titre d'exemple, dans le cas d'une résine époxy, la pression utilisée pourra varier entre 10 et 60 kg/cm2, la température sera de l'ordre de 1700C à 1800C et la durée pendant laquelle ces conditions sont maintenues sera de l'ordre d'une demi-heure à une heure et demie. Ces conditions de température et de pression sont d'ailleurs absolument classiques dans la technique et pourront, dans chaque cas, être choisies facilement par l'homme de l'art. Avant ouverture et déchargement de la presse, l'ensemble peut être plus ou moins refroidi selon la nature de la résine. Dans le produit fini, bien que celui-ci soit composite (figure 3) > les produits de départ ne sont pratiquement pas discernables à l'oeil nu, lorsque l'on coupe transversalement ce matériau. Celui-ci a des caractéristiques d'isolation électrique et de résistance mécanique en tous points comparables à celles des matériaux antérieurs élaborés par des procédés classiques, auxquels il peut donc être substitué avec avantage du fait de son codt inférieur. En effet, si le tissu de verre utilisé comme matériau de ddpart dans le procédé selon l'invention est relativement comateux, l'accroissement des cadences, dû à la mise en oeuvre en continu de ce procédé et à l'emploi de presses à plateaux multiples, se traduit par une productivité très supérieure, qui compense, et au-delà, le coût des matériaux bruts. Enfin, la présence du tissu de verre permet l'adjonction en surface d'une feuille de cuivre, en évitant que les fibres grossières du mat ne viennent marquer celui-ci, ce qui constitue un autre avantage de ce procédé. Ces matériaux recouverts de cuivre sont utilisés dans l'industrie pour la fabrication des circuits imprimés et présentent l'avantage d'un codt moins élevé que celui des matériaux à base de tissu de verre fabriqués pour le même usage. Les produits finis ainsi obtenus constituent des produits in dçatriels nouveaux,"ui entrent, bien entendu, dans le cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de fabrication d'un matériau composite à base de fibres de verre et d'une résine, caractérisé en ce que l'on empile entre les plateaux d'une presse à étages multiples, avec une alternance sensiblement régulière, des mats de fibres de verre et des feuilles d'un tissu de verre préalablement imprégné en continu de résine, et en ce que l'on presse l'ensemble dans des conditions de pression et de température telles que la résine qui imprègne les feuilles de tissu diffuse de part et d'autre de celles-ci en imprégnant les mats contigus. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractéris en ce que une partie au moins du tissu de verre est remplacée par es mats légers de fibres de verre du type dit "mat de surface. 3. A titre de produit industriel nouveau, le matériau composite à haute résistance mécanique constitué de feuilles d'un tissu de fibres de verre et de mats de verre noyés dans une résine, obtenu par le procédé conforme à l'une des revendications 1 et 2. 4. A titre de produit industriel nouveau, le matériau selon la revendication 3 recouvert en surface d'une feuille de cuivre ou d'un autre métal.