Brevet FR2276153A1 — publié le 19760123

La présente invention a pour objet un appareillage destiné à la fabrication en continu de matériaux préimprégnés à base de résines polyesters et de fibres de renforcement. On a déjà proposé d'imprégner en continu, au moyen de compositions d'imprégnation, des fibres de renforcement sous forme de tissus, mâts, fils, brins. Dans les appareillages courants, les fibres de renforcement sont amenées sur un tapis transporteur recouvert d'un film de protection enduit à l'aide d'une râcle de la composition d'imprégnation; un second film de protection également enduit à la râcle de la même composition d'imprégnation est ensuite appliqué sur le renfort et l'ensemble passe sous des rouleaux presseurs qui favorisent l'imprégnation. Le matériau obtenu est alors mis en rouleaux et placé dans des chambres à 30-40 C pendant 1 à 10 jours pour obtenir la maturation. On obtient ainsi, à la sortie de la machine, des matériaux sans tenue, difficiles à manipuler et inaptes au moulage, déformables sous faible effort qui, après maturation, présentent une composition peu homogène. En outre, cette technique ne permet pas d'obtenir des maté riaux pesant plus de 3 - 4 kg/m2, principalement pour des taux de renfort élevés, car la multiplication des arrivées de mélange d'imprégnation par le système à la râcle est impossible. L'appareillage, selon l'invention, évite ces inconvénients et permet de réaliser en une seule opération l'imprégnation du ren fort et la maturation, et d'obtenir à la sortie de la machine des matériaux parfaitement homogènes, manipulables et moulables, de conservation aisée, dont le poids au mètre carré et le taux de renfort peuvent être très supérieurs à ceux généralement connus. Dans le brevet français n0 2.097.513, on a décrit des matériaux préimprégnés, ainsi qu'un procédé pour leur préparation qui consiste à former une composition d'imprégnation en mélangeant une résine polyester copolymérisable, une solution d'au moins un oligoester à terminaisons maléiques acides, un initiateur de polymérisation, un ou plusieurs oxydes ou hydroxydes métalliques et éventuellement des lubrifiants, charges, pigments, colorants et autres adjuvants, puis à imprégner des fibres de renforcement à l'aide de la composition formée et à chauffer ensuite le matériau obtenu. L'appareillage selon l'invention permet la réalisation continue du-dit procédé pour fabriquer industriellement lesdits matériaux préimprégnés. Il consiste en un tapis transporteur au-dessus duquel sont disposés successivement: un dispositif d'alimentation d'un film de protection, un distributeur de composition d'imprégnation alimenté par un mélangeur, un système d'alimentation du renfort, un autre distributeur de composition et une alimentation de film de protec tion et est caractérisé en ce qu'il comporte - un ou plusieurs systèmes d'alimentation du renfort;; - 2 ou plusieurs distributeurs de composition alimentés par un mélangeur de résines, suivi d'un dispositif de dispersion en continu de l'oxyde ou hydroxyde métallique dans le mélange de ré sines,puis de dispositifs de dosage de la composition dans chacun des distributeurs qui dépose la composition sur le tapis ou le ren fort sans contact avec eux - des rouleaux presseurs après chaque système d'alimentation du renfort - un ensemble de rouleaux presseurs associé à un système de chauffage progressif, placé après la deuxième alimentation de film de protection ; suivi - d'un système de chauffage à température constante puis - d'un système de refroidissement - une bande sans fin placée au-dessus du matériau dans les zones de chauffage et de refroidissement et mue à la meme vites se que le tapis transporteur. Les figures 1 à 6 du dessin annexé représentent une forme avantageuse, mais non limitative de réalisation d'un appareil conforme à la présente invention Ainsi - la figure 1 représente en coupe verticale l'appareillage, - la figure 2 représente en coupe verticale une variante d'une partie de l'appareillage. - la figure 3 représente en coupe verticale un distributeur (14)des figures 1 et 2. - les figures 4, 5 et 6 représentent d'autres formes du dis tributeur 4) des figures 1 et 2. Les memes éléments sont représentés par les mêmes numéros dans les figures. Dans la figure 1, l'appareil est constitué de 3 zones : une zone d'imprégnation (1), une zone de chauffage et maturation (2), une zone de refroidissement et conditionnement (3). Les 3 zones comportent un tapis transporteur (4) continu, constitué d'une bande sans fin et mû par un moteur, dont la vites se est variable avec le matériau que l'on désire obtenir. Cette bande sans fin est constituée par tout matériau conférant une relative rigidité à l'ensemble, tel que métal ou élastomère. Elle peut être remplacée par deux ou trois bandes ayant la même vitesse correspondant respectivement aux zones (I) et (2-3) ou à chacune des zones (1); (2) et (3). Dans ces cas, la bande correspondant à la zone (1) est métallique ou élastomère, étanche ou non et celles correspondant aux zones (2) et (3) sont imperméables aux constituants et généralement formées de tissus et/ou d'élastomères. Sur le tapis transporteur (4), on applique par un rouleau presseur (7) un film de protection (5) constitué d'une polyoléfine, telle que du polyéthylène, alimenté par un rouleau (6). Dans la zone d'imprégnation (1) sont effectués des dépôts successifs de composition d'imprégnation et de renfort et l'imprégnation du renfort par la composition. Cette zone comprend - un ou plusieurs mélangeurs (8) munis d'un agitateur, dans lesquels on mélange la résine polyester, la solution d'oligoester, l'initiateur, des charges, lubrifiants, pigments,colorants et autres adjuvants classiques dans la préparation des matériaux préim- régnés - une pompe volumétrique (9) qui règle le débit d'alimentation continue du mélange obtenu vers le mélangeur (10). - un mélangeur (10), dans lequel s'effectue la dispersion dans le mélange de l'oxyde ou hydroxyde métallique alimenté en quantité déterminée par le doseur (11). - une tubulure (12) conduit la composition d'imprégnation formée vers des distributeurs (14) dans lequel s la composition est répartie en quantité déterminée au moyen de pompes ou de diaphragmes (13) - des distributeurs (14) qui ne sont pas en contact avec le tapis transporteur et assurent une répartition régulière de la composition, sur toute la largeur du tapis transporteur. La figure 3 montre une coupe d'un distributeur (14) formé d'un récipient, muni d'un agitateur qui assure l'homogénéité de la composition, dont la partie inférieure est constituée d'une filière dont le nombre et la taille des trous sont fonction de la quantité et de la viscosité de la composition à déposer. Comme distributeur, on peut également utiliser divers dispositifs,tels que distributeur par débordement (figure 4), filière sous pression (figure 6), ou distributeur par râcle sur rouleau enduit (figure 5) formé d'un bac contenant la composition, d'un tambour tournant plongeant partiellement dans la composition, d'une râcle de calibrage et d'un racloir par lequel la composition est amenée dans une goulotte d'épandage. Le réglage du débit de la résine s'effectue en agissant sur l'entrefer entre la râcle de calibrage et le tambour et/ou la vitesse de rotation du tambour. - Entre deux distributeurs (14), un coupeur (15) alimenté par des bobines de fil de renfort (16) répartit sur la couche de composition d'imprégnation des fibres coupées. Ce sont des coupeurs classiques, dont le nombre de couteaux détermine la taille des fibres. Le coupeur (15) peut être remplacé par un dévidoir de mât, de tissu ou des bobines de fil, suivant le renfort désiré dans le matériau préimprégné. - Après chaque coupeur, des rouleaux moteurs (17) placés audessus de la couche de composition et de fibres et des contre-rouleaux (18) en même nombre, placés sous le tapis transporteur,exercent un effort mécanique sur le renfort, assurant ainsi la pénétration de la composition dans le renfort et évite d'enfermer de l'air dans le matériau. Cette pénétration est favorisée si les rouleaux présentent à leur surface des reliefs,tels que saillies, nervures, rainures. Le diamètre des rouleaux est fonction de la quantité de renfort à imprégner, car plus il y a de renfort , plus le diamètre du rouleau doit être grand. Ce diamètre est généralement compris entre 10 et 70 cm et de préférence entre 30 et 50 cm. Le nombre des rouleaux et contre-rouleaux, ainsi que~la distance entre rouleaux et tapis sont réglables suivant les caractéristiques désirées du matériau préimprégné à obtenir. L'appareillage peut comporter un seul système d'alimentation de renfort et un seul groupe de rouleaux moteurs, associés à deux distributeurs si le matériau à obtenir doit posséder un faible poids au mètre carré et un taux de fibres peu élevé. Par contre, dans le cas où le matériau à obtenir doit posséder un poids élevé au mètre carré et un taux de fibres élevé, il sera nécessaire d'avoir un nombre de systèmes d'alimentation de renfort, rouleaux moteurs et distributeurs supérieur à 2. Il est bien évident que si l'on dispose d'un appareillage permettant de fabriquer des matériaux à poids et taux de verre élevés, il sera possible,en ne mettant en service qu'une partie des systèmes d'alimentation de renfort et des distributeurs, d'obtenir une gamme étendue de matériaux préimprégnés. - Après le dernier distributeur (14), un deuxième film de protection (5') alimenté par le rouleau (20) est appliqué au moyen d'un rouleau (19). L'ensemble passe alors entre - une série de rouleaux (21) dont les surfaces présentent des reliefs : saillies, nervures, rainures, auxquels correspondent des contre-rouleaux (22). Le nombre des rouleaux créant la pression sur le matériau est fonction des constituants : taux ft qualité du renfort, viscosité du mélange. - un système de chauffage (23) progressif, placé sous le tapis transporteur, amène le matériau à la température de maturation. Les moyens de chauffage employés seuls ou en combinaison sont représentés par les chauffages par haute fréquence, par intra-rouge, par conduction (circulation ou pulvérisation de fluide caloporteur), par convection ou air chaud pulsé. La combinaison de l'action des rouleaux et contre-rouleaux et de l'action du système de chauffage complète l'imprégnation du renfort. Dans la zone de chauffage et maturation (2) se produit l'épais- sissement de la composition. Cette zone comprend - un système de chauffage (24) à température constante du matériau. Les moyens de chauffage employés seuls ou en combinaison sont représentés par les chauffages par infra-rouge, par conduction (circulation ou pulvérisation de fluide caloporteur), par convection ou air chaud pulsé. Le système de chauffage est placé au-dessous et/ou au-dessus du matériau afin d'obtenir dans le temps donné par la marche de l'appareil et suivant l'épaisseur du matériau la maturation dudit matériau. La zone de refroidissement (3) comprend - un système de refroidissement (26) constitué par une circulation ou pulvérisation de fluide, placé sous le tapis transporteur, puis - un système de contrôle de régularité de poids et un système de conditionnement non représentés. Dans les zones de fin de chauffage5de maturation et de re froidissement,c'est-à-dire dans les zones 2 et 3 se trouve une bande sans fin (25) placée au-dessus du matériau, dont la vitesse est la même que celle du ou des tapis transporteurs. Cette bande imperméable empeche toute perte de matières volatiles. Si nécessaire cette bande peut être combinée avec une aspiration et/ou un balayage par gaz neutre pour éviter la localisation de mélanges explosifs. Suivant une variante, l'appareillage -mis en oeuvre, comprend, avant et/ou après le système d'alimentation de renfort, une alimentation de renforcements orientés, afin d'obtenir un matériau tel que décrit dans la demande de brevet français NO 74. 12176 du 5 avril 1974. Ainsi, dans la figure 2, des bobines (26) alimentent, simultanément avec les coupeurs (15), le tapis en renforcements longitudinaux orientés (27). Ces mèches incidentes (27) peuvent être directement plaquées contre le film(5)enduit de composition, ou éventuellement, sur un matelas de fibres déjà déposé, elles peuvent encore être maintenues à une certaine hauteur de l'ordre de quelques centimètres au droit des coupeurs (15) par un guide (28), de telle sorte qu'une partie des fibres coupées passant à travers la nappe de fils s'accumulent de part et d'autre des mèches incidentes (27). On donne, ci-après, à titre indicatif et non limitatif des exemples de réalisation de l'invention. EXEMPLE 1 On utilise l'appareil décrit plus haut et représenté par les figures (I) et (2). Le tapis transporteur (4) a une longueur utile de 52 m et une largeur de 1,80 m; sa vitesse est de 2 m/mn. Un film de polyéthylène (5) alimenté par le rouleau (6) est appliqué sur le tapis par le rouleau (7). Dans le mélangeur (8), on introduit en continu - - une solution à 65 % en poids dans le styrène d'un polycondensat formé à partir d'une mole d'anhydride phtalique, de 2 moles d'anhydride maléique et de 3 moles de propylène-glycol 1-2, solution contenant 100 ppm d'hydroquinone; - une solution à 65 % en poids d'oligoester d'anhydride maléique et de triméthyl-2,2,4 pentane diol-1,3 dans le styrène, contenant 100 ppm d'hydroquinone; - du stéarate de magnésium; - du peroxyde de dicumyle; - de l'argile et - du carbonate de calcium. Le mélange obtenu est envoyé par l'intermédiaire de la pompe volumétrique (9) dans le mélangeur (10), où lui est additionné, par le doseur (11) de l'oxyde de magnésium. Les quantités des constituants mis en oeuvre sont telles que pour 2.250 kg de solution de polycondensat il y a 250 kg de solution d'oligoester, 40 kg de stéarate de magnésium, 35 kg de peroxyde de dicumyle, 255 kg d'argile, 760 kg de carbonate de calcium et 50 kg d'oxyde de magnésium. Le mélange sortant du mélangeur (10) possède une viscosité à 300C de 75 poises, mesurée au viscosimètre Brookfield RVF, mobile 4, vitesse 20. Il est distribué : par l'intermédiaire du diaphragme (13) dans le distributeur (14) représenté figure 3,ayant 1,50 m de longueur et comportant 225 trous de 3 mm de diamètre, à raison de 4,650 kg/mn; par l'intermédiaire du diaphragme (13') dans le distributeur (14') comportant 150 trous de 5 mm de diamètre à raison de 11,500 kg/mn et par l'intermédiaire du diaphragme (13") dans le distributeur (14") de même longueur, comportant 150 trous de 4 mm de diamètre, à raison de 6,900 kg/mn. Après le distributeur (14) se trouve un coupeur (15) alimenté par des bobines de fils de verre (16) en quantité telle, que l'on dépose sur la résine 6,48 kg/mn de fibres de verre sur une largeur de 1,50 m. 4 rouleaux moteurs (17) de 45 cm de diamètre, placés succesivement et auxquels correspondent des contre-rouleaux (18),favorisent l'imprégnation. Après le distributeur (14');un deuxième coupeur (15') dépose la même quantité de fibres de verre, qui sont imprégnés par 5 rouleaux moteurs (17') de 45 cm de diamètre et les contre-rouleaux (18') correspondants. Après le distributeur (14"), un film de polyéthylène (5') alimenté par le rouleau (20) est appliqué par le rouleau (19). L'ensemble passe alors entre 30 rouleaux d'imprégnation (21) placés au-dessus du matériau formé et 30 contre-rouleaux correspondants (22) placés sous le tapis, puis sous une bande sans fin (25) placée au-dessus du matériau. Simultanément le matériau est chauffé par pulvérisation d'eau chaude en 5 minutes de la température ambiante à 75 C, puis pendant 7 minutes à cette température. Le matériau est alors refroidi par pulvérisation d'eau froide en 10 minutes, puis enroulé. On obtient,avec une production horaire de 2.160 kg,un matériau préimprégné prêt à être moulé, pesant 12 kg/m2, dont le, taux de verre est de 36 ,0 en poids. EXEMPLE 2 On utilise un appareil tel que décrit plus haut. Le tapis transporteur (4) a une longueur utile de 52 m et une largeur de 1,80 m; sa vitesse est de 3,5 m/mn. Un film de polyéthylène (5), alimenté par le rouleau (6) est appliqué sur le tapis par le rouleau (7). Dans le mélangeur (8), on introduit en continu - une solution à 60 % en poids d'un polycondensat formé à partir d'une mole d'acide isophtalique, d'une mole d'anhydride maléique et de 2 roules de propylène glycol 1-2 dans le styrène contenant 100 ppm d'hydroquinone. - la même solution d'oligoester que dans l'exemple 1. - du stéarate de zinc - du perbenzoate de tertiobutyle - du carbonate de calcium et - de la dolomie. Dans le mélangeur (10), où arrive le mélange par l'intermédiaire de la pompe volumétrique (9) est ajouté de l'oxyde de magnésium. Les différents constituants sont mis en oeuvre dans les proportions suivantes : 2.250 kg de solution de polycondensat, 250 kg de solution d'oligoester, 50 kg de stéarate de zinc, 35 kg de perbenzoate de tertiobutyle, 1250 kg de carbonate de calcium, 1100 kg de dolomie et 50 kg d'oxyde de magnésium. La viscosité du mélange sortant du mélangeur (10) est de 95 poises à 300C au viscosimètre Brookfield, mobile 4, vitesse 20. Le mélange est réparti par l'intermédiaire du diaphragme (13) dans un distributeur (14) de 1,80 m de longueur et possédant 270 trous de 4 mm de diamètre à raison de 9,450 kg/mn; et par l'intermédiaire du diaphragme (13") dans un distributeur (14") de 1,80 m de long et possédant 270 trous de 4 mm de diamètre par lequel sont déposés 14,175 kg/mn de résine. Entre les deux distributeurs se trouvent - un coupeur (15), alimenté par des bobines de fils de verre (16), qui répartit 4, 4 kg/mn de fibres de verre - 3 rouleaux moteurs d'imprégnation (17) de 30 cm de diamètre auxquels sont associés 3 contre-rouleaux. - un deuxième coupeur (155) répartissant 3,475 kg/mn de fibres de verre et - 4 rouleaux moteurs d'imprégnation (17') de 30 cm de diamètre, auxquels sont associés 4 contre-rouleaux. Après le distributeur (14"), un film de polyéthylène (5') est déposé sur la résine. L'ensemble passe alors sous 24 rouleaux d'imprégnation (21), puis sous une bande sans fin (25), pendant que le dessous du tapis est chauffé à 600C par circulation d'eau chaude. La durée du chauffage est de 4 mn. La durée de maturation est de 3 minutes, le dessous du tapis étant chauffé à 850C par circulation d'eau chaude. Le matériau est alors refroidi en 6 minutes par pulvérisation d'eau froide, puis le produit est enroulé. 06 obtient, avec une production horaire de 1890 kg, un matériau préimprégné pesant 5 kg/m2 et contenant 25 % en poids de verre. EXEMPLE 3 On opère comme dans l'exemple 2 avec les différences suivan tes - la vitesse du tapis transporteur (4) est de 3,10 m-/mn - Entre les rouleaux d'imprégnation (17) et le coupeur (15') se trouve un distributeur (14') de résine. Les trois distributeurs (14,14' et 14") possédant chacun 180 trous de 4 mm de diamètre répartissent respectivement 6, 10 et 7,625 kg/mn de résine. - Après le coupeur (15), des fils de verre unidirectionnels (27') sont introduits à partir de bobines (26t) à raison de 360 g/ m2. On obtient,avec un débit horaire de 2000 kg,un matériau préimprégné contenant des fils orientés et parallèles, pesant 6 kg/m2 et dont le taux de verre est de 30 % en poids. REVENDICATIONS 1. Appareillage pour la fabrication continue de matériaux préimprégnés à base de résines polyesters et de fibres de renforcement qui consiste en un tapis transporteur au-dessus duquel sont disposés successivement un dispositif d'alimentation d'un film de protection, un distributeur de composition d'imprégnation alimenté par un mélangeur, un système d'alimentation du renfort, un autre distributeur de composition et une alimentation de film de protection et est caractérisé en ce qu'il comporte - un ou plusieurs systèmes d'alimentation du renfort;; - 2 ou plusieurs distributeurs de composition alimentés par un mélangeur de résines suivi d'un dispositif de dispersion en continu de l oxyde ou hydroxyde métallique dans le mélange de résines, puis de dispositifs de dosage de la composition dans chacun des distributeurs qui dépose la composition sur le tapis ou le renfort sans contact avec eux; - des rouleaux presseurs après chaque système d'alimentation du renfort; - un ensemble de rouleaux presseurs associé à un système de chauffage progressif, placé après la deuxième alimentation de film de protection; suivi - d'un système de chauffage à température constante, puis - d'un système de refroidissement; - une bande sans fin placée au-dessus du matériau dans les zones de chauffage et de refroidissement et mue à la même vitesse que le tapis transporteur. 2. Appareillage selon 1 , caractérisé en ce que le système d'alimentation du renfort est représenté par un coupeur alimenté par des bobines de fils de renfort, un dévidoir de mat, de tissu ou des bobines de fils. 3. Appareillage selon 1, caractérisé en ce que le distributeur est formé d'un récipient muni d'un agitateur, dont la partie inférieure est constituée d'une filière. 4. Appareillage selon 1, caractérisé en ce que le distributeur est formé d'un bac à composition, d'un tambour tournant plongeant partiellement dans la composition, d'une racle de calibrage et d'un racloir amenant la composition dans une goulotte d'épandage. 5. Appareillage selon 1 caractérisé en ce que les rouleaux presseurs situés après chaque système d'alimentation du renfort possède un diamètre compris entre 10 et 70 cm. 6. Appareillage selon 1, caractérisé en ce que chaque rouleau presseur est assorti d'un contre-rouleau placé sous le tapis transporteur. 7. Variante de l'appareillage selon 1 , caractérisé en ce qu'une alimentation de renforcements longitudinaux orientés est placée avant et/ou après chaque système d'alimentation de renfort représenté par un coupeur.