Brevet FR2334497A1 — publié le 19770708

La present invention concern la fabrication d'articles en matiere plastique renforcée,à l'aide d'un procédé au cours duque-l une feuille de matiere expanse est utilise comme support ou comme véhicule pour l'application-d'une résine thermodurcissable a une couche renforçante fibreuse. La feuille de matière expansée, une fois imprégnée, est comprimée en étant appliquee sur la couche renforçante fibreuse de manière que la résine en soit expulsée et que la couche fibreuse soit completement imprégnée avec la résine thermodurcissable. Ensuite, le procédé consiste à polymériser le complexe ainsi obtenu à l'état comprimé. Dans ce procédé connu, il est possible de réaliser la polymérisation à temperature ambiante, mais dans ce cas, les temps nécessaires à cette opération sont tres longs de sorte que ce procédé mis en oeuvre de cette façon est inapplicable pour une production à grande cadence. Mais, il est également possible d'utiliser pour la polymérisation un moule chauffé à une température suffisante pour réaliser le durcissement de la résine thermodurcissable dans un temps court, par exemple de l'ordre de quelques minutes, mais le procédé ainsi mis en oeuvre, bien que capable d'assurer une production de série dans des conditions acceptables du point de vue cadence, présente différents défauts. Le chauffage du stratifié compose de la feuille de matière expansée imprégnée de résine thermodurcissable d'une part et de la couche renforçante fibreuse, d'autre part, s'opérant de l'extérieur vers l'intérieur à partir des parois du moule, il existe nécessairement au cours de l'opération de chauffage,un gradient de temperature suivant l'épaisseur du stratifié et ce n'est qu'au bout d'un temps relativement long, et d'autant plus long que le stratifié est plus pais, que la temperature est homogene en tous points.Ce gradient de température est tres tenant pour des raisons exposes plus loin, et en outre la transmission de la chaleur s'opérant lentement dans des corps mauvais conducteurs dont il est question ici, le temps de l'opération n'est pas aussi court qu'il pourrait l'être si toute la masse etait portee rapidement et de maniere uniforme a la temperature de polymérisation. Ensuite, il est très difficile au cours de ce procédé classique d'assurer une imprégnation homogène en tous points de l'élément ou des elements stratifies devant metre imprégnés de la résine thermodurcissable, cette imprégnation se réalisant pendant l'opération de compression. Ces difficultés d'imprégnation sont dues aux faits suivants. La résine thermodurcissable utilise possede, à froid, une certaine viscosité. Si l'on chauffe cette résine, sa viscosité diminue trews rapidement, puis remonte ensuite plus ou moins vite pour arriver finalement à l'état solide lorsque la polymerisation est complete. Cette augmentation de la viscosity est trews rapide pour les résines polyesters, mais l'est nettement moins pour les résines epoxy qui presentment me me un stade intermédiaire de gélification avant durcissement.Lorsque l'on comprime le stratifié dans le moule, la résine progresse du centre vers les faces extérieures en chassant devant elles l'air contenu dans la feuille expanse. Pour que cette operation puisse se réaliser convenablement, il est nécessaire que la résine possède à ce stade une certaine viscosity, sinon il y a risque d'émulsion avec l'air, et par consequent occlusion de celui-ci a l'intérieur du stratifié. Ds que ce dernier est place dans le moule, il se trouve en contact avec des parois chaudes, donc il y a fluidification très rapide de la resin, d'ou impossibilité d'imprégnation complete par compression a ce moment la. I1 est alors nécessaire d'attendre le stade de gélification mentionné ci-dessus pour que la résine ait retrouvé une viscosity suffisante necessaire à l'expulsion complete de l'air pendant la compression qui peut alors commencer. La vitesse de compression devra ensuite être suffisamment faible pour permettre l'expulsion totale de l'air, mais suffisamment grande pour que le durcissement de polymerisation ne commence pas avant l'écrasement complet du stratifié. On voit donc que cette operation est critique et difficilement réalisable pratiquement. Elle l'est d'autant plus que, comme indiqué ci-dessus, tous les points du stratifié ne sont pas à la mme temperature en mme temps. En outre, si le probleme est tres difficile résoudre pour les sines epoxy, il parait insoluble pour les resins polyesters qui ne presentment pas de stade de gélification tel que celui indiqué ci-dessus. Un troisieme probleme pos6 par le procédé classique reside dans la nécessité de devoir chauffer le moule, ce qui complique la réalisation de celui-ci, surtout dans le cas il s'agit de pieces présentant des contre-dépouilles qui conduisent des moules complexes comportant plusieurs éléments indépendants, devant se déplacer les uns par rapport aux autres. Dans ce cas, il est nécessaire de chauffer chaque élément de moule séparément et d'assurer la lubrification des surfaces frottantes chaudes qui ont tendance à gripper. L'invention a pour but de fournir un procédé de fabrication d'articles en matiere plastique renforcee par un matériau fibreux, dépourvu des inconvénients indiqués ci-dessus. Elle a donc pour objet un procédé de fabrication d'articles en matiere plastique renforcée par un matériau fibreux consistant imprégner au moins une feuille en matiere plastique expanse d'une résine thermo-durcissable, a former un stratifié compose de ladite feuille et d'une couche de matériau fibreux, a comprimer le stratifié dans un moule dont la cavity définit la forme de l'article obtenir, afin de transfer ladite résine au moins en partie de ladite feuille dans ladite couche, a polymériser la résine thermo-durcissable et à démouler après durcissement de celle-ci, procédé caractérisé en ce que le stade de polymérisation de la résine consiste a soumettre ledit stratifié à un champ électrique à haute fréquence, après compression froid dudit stratifie. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé , donné uniquement à titre d'e xemple : - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'un mou- le et d'un stratifié place dans ce moule pour illustrer un premier mode de mise en oeuvre de l'invention; - les Fig. 2A et 2B représentent respectivement a l'état libre et à l'état comprimé une vue à plus grande échelle du stratifié destiné à former l'objet en matière plastique renforcée (cercle 2B de la Fig. 1). - la Fig. 3 montre un autre mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Selon le mode de mise en oeuvre représenté aux Fig. 1, 2A et 2B, le procédé de l'invention utilise un moule 1 compose de deux demi-moules 2 et 3, l'un male et l'autre femelle, ces deux éléments délimitant une cavité de moule ayant la forme de la piece que l'on desire obtenir. Bien entendu, la forme repré- sentée à la Fig. 1, n'est donnée qu'à titre d'exemple car le procédé de l'invention permet d'obtenir toutes sortes de pieces en matière plastique renforcée, moyennant l'utilisation de moules complexes comportant par exemple plusieurs éléments indépendants. Lo procédé consiste tout d'abord à placer dans la cavité du moule 1, un stratifié 4 composé dans l'exemple représenté de deux feuilles 5a et 5b d'une matière plastique expansée, en polyuréthane par exemple, qui ont été imprégnées préalablement d'une résine de matière plastique thermodurcissable 6. Sur les faces opposes de ces deux couches 5a et 5b sont appliquées respectivement deux couches d'un matériau fibreux 7a, 7b, et 8a, 8b obtenues par exemple à partir d-'une feuille de fibres de verre tissées ou non tissées. La face extérieure de l'une des couches de matériau fibreux,en l'occurence la face extérieure de la couche 7a,est de préférence recouverte d'une pellicule 9 en une matière plastique acrylique par exemple , pour déterminer l'aspect exté- rieur de l'article fini. Dans le mode de mise en oeuvre représenté à la Fig. 1, les demi-moules 2 et 3 sont réalisés en métal, mais ils sont isolés électriquement l'un par rapport à l'autre et par rapport à la masse du bâti sur lequel ils sont montés. a 11 aide d'un matériau isolant présentant de trews faibles pertes diélectriques telles que le polytétrafluoroéthylène par exemple (non représenté). Les deux demi-moules sont raccordés respectivement par des lignes 10 et 11 à un générateur a haute fréquence 12. Le moule 1 étant en position ouverte, le stratifié décrit ci-dessus est mis en place. Le moule est ensuite refermé à une vitesse convenable (presse P) de façon à comprimer les couches 5a et 5b pour en expulser la résine thermodurcissable et l'air, la résine pénétrant alors dans les couches 7a, 7b et 8a, 8b en matière fibreuse. Il faut noter que cette operation s'effectue à température ambiante, la moule étant maintenu froid. Il est donc facile de choisir une résine thermodurcissable de viscosité convenable et une vitesse de compression du stratifié appropriée pour réaliser cette opération dans des conditions optimales. La compression étant terminée, et la stratifié amené à son épaisseur finale, les deux demi-moules 2 et 3 sont soumis au champ électrique alternatif haute fréquence fourni par le générateur 12 et applique aux demi-moules a travers les lignes 10 et 11. Ceci a pour résultat un échauffement par effet diélectrique dans la masse elle-même du stratifié, ce dernier servant de diélectrique et les demi-moules constituant les armatures d'un condensateur. Il faut noter qu'au cours de cette opération, les deux demi-moules restent froids. La polymérisation de la résine thermodurcissable qui a pénétré dans les couches fibreuses 7a, 7b, 8a et 8b Btant terminée, le courant à haute fréquence est coupé, le moule est ouvert et la piece obtenue est extraite. Une variante du procédé que l'on vient de décrire consiste à exécuter la phase de compression du stratifié en montant les deux demi-moules 1 et 2 sur une presse P classique dans laquelle aucune precaution n'est prise pour assurer lliso- lement des demi-moules. Dans ce cas, la phase de compression est suivie d'un verrouillage des deux demi-moules 2 et 3 en position comprimée à l'aide d'éléments isolants (non représentés) le moule ainsi verrouillé est enlevé de la presse P, puis soumis à l'application d'une tension à haute fréquence à l'aide d'un générateur qui peut alors être séparé de la presse p. L'avantage de cette variante consiste en la possibilité d'utiliser une presse classique dont le temps d'utilisation peut être réduit au minimum. Pendant le chauffage par pertes diélectriques dont la durée doit être suffisante pour assurer la polymérisation de la rsine thermodurcissable, aes pertes par conductibilité thermique à partir du stratifié chaud vers les faces métalliques froides des demi-moules peuvent conduire à un échauffement intempestif de ces dernières et à un échauffement insuffisant des couches superficielles du stratifié, d'où une polymérisation incomplete de celui-ci. Pour réduire cet effet thermique indésirable, il est possible comme représenté plus particulièrement sur la Fig. 2A, d'interposer entre les faces extérieures 13 et 14 du stratifié et les faces en regard 15 et 16 des demimoules respectifs une feuille thermiquement isolante 17 en un matériau présentant de très faiblespertes diélectriques, tel que le polytétrafluoroéthlène par exemple.On peut également utiliser à cet effet un revêtement des faces correspondantes des demi-moules présentant des caractéristiques semblables obtenues par peinture ou tout autre procédé approprié, cette feuille 17 ou ce revêtement ne s'échauffant pas pendant l'application du champ électrique à haute fréquence et constituant une barrière thermique. On peut ainsi éviter des pertes par conductibilité thermique du stratifié vers le moule et en outre éviter toute adherence du stratifié polymérisé sur les parois du module. Selon la Fig. 3, l'effet thermique défavorable indiqué ci-dessus peut egalement être évité de la façon suivante, Dans cette variante on utilise un moule 1A composé de deux demimoules 2A, 3A qui sont réalisés en une matière isolante, telle qu'une matière plastique par exemple,revêtus sur leurs faces destinées à être placées contre le stratifié d'une pellicule métallique 18 obtenue par exemple par métallisation, galvanoplastie ou tout autre procédé approprié. Ces pellicules métalliques 18 sont connectées par les lignes 10 et 11 au générateur à haute fréquence 12 et servent ainsi comme armatures du condensateur dont le diélectrique est constitué par le stratifié 4. Au cours du chauffage par pertes diélectriques, ces pellicules métalliques 18 s'échauffent par conductibilité à partir du stratifié, mais leur masse étant trows faible,la perturbation apportée est minime et la dissipation dans la masse des demi-moules 2a et 3a est pratiquement nulle du fait de la nature isolante du matériau utilise pour la réalisation de ceux-ci. Après extraction de la piece finie, ces pellicules métalliques refroidissent rapidement et sont froides lorsqu'un nouveau stratifié est place dans le module. Grâce à l'invention que l'on vient de décrire, on peut obtenir les avantages suivants. 1. On peut utiliser des moules froids, ce qui évite toute difficulté de réalisation et tout risque de grippage des éléments de moule dans le cas où le moule est complexe. 2. La compression pour l'expulsion de l'air et pour l'imprégnation des couches fibreuses peut s'effectuer a température ambiante, ce qui donne un libre choix pour la vitesse de serrage des demi-moules et permet d'utiliser une résine thermodurcissable dont la viscosité ne varie pas pendant toute la durée de la compression. Cette viscosité peut être choisie à la valeur désirée pour obtenir le résultat optimal. 3. On obtient un chauffage rapide et homogène dans toute l'épaisseur du stratifié 4, l'échauffement ayant lieu en tous points de celui-ci . 11 faut noter que les différents constituants du stratifié ne s'échauffent pas également sous l'effet du champ électrique à haute fréquence. Par exemple, le polyuréthane et la fibre de verre qui constitue les couches fibreusos ont des pertes diélectriques faibles,alors que les résines ont en général des pertes élevées, mais ceci n'a aucune influence sur l'homogénité du chauffage du fait du mélange intime existant entre eux et de la faible masse du polyuréthane et des fibres de verre par rapport à la masse de la résine thermodurcissable. Exemple : on place dans un moule du type représenté à la Fig. 1, un stratifié comportant les éléments suivants : 1. Deux feuilles de polyuréthane ayant une densité de 15 g/dm3, une épaisseur de 25 mm et use surface de 3 dm2, imprégnées de 160 g de résine époxy chargée à 40% de CO3 Ca, les deux feuilles étant placées l'une sur l'autre pour former une plaque de 50 mm d'épaisseur 2. deux couches en fibre de verre tissée ou non tissée ayant un poids de 450 g au m2 3. un voile en matière acrylique d'un poids de 80 g au m2 place sur l'une des faces extérieures de l'ensemble ainsi obtenu, afin de déterminer l'aspect extérieur de la pièce finie. Le stratifié est placé entre deux feuilles en un matériau thermiquement isolant, à savoir le polytétrafluoroéthylène, ayant une épaisseur de 1 mm. Le stratifié est ensuite placé dans une presse comportant deux plateaux parallèles. La compression du stratifié est ensuite effectuée à la vitesse de 1 mm par seconde pour l'amener à une épaisseur de 5 mm. On applique un champ électrique alternatif d'une fréquence de 27 MHz pendant quatre minutes, la puissance appliquée étant de 3 kW. La presse est ouverte et le stratifié extrait du module. On constate alors que le stratifié est parfaitement polymérisé et se détache sans difficulté des feuilles de polytétrafluoroéthylène. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'articles en matière plastique renforcée par un matériau fibreux consistant à imprégner au moins une feuille en matière plastique expansée d'une résine thermodurcissable, à former un stratifié composé de ladite feuille et d'une couche de matériau fibreux, à comprimer le stratifié dans un moule dont la cavité définit la forme de l'article à obtenir, afin de transférer ladite résine au moins en partie de ladite feuille dans ladite couche, à polymériser la résine thermodurcissable et à démouler après durcissement de celle-ci, procédé caractérisé en ce que le stade de polymérisation de la résine (6) consiste à soumettre ledit stratifié (4) à un champ électrique à haute fréquence, après compression à froid dudit stratifié (4). 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moule (1, 1A) étant en une matière conductrice, les stades de compression et de polymérisation sont effectués sur une presse agencée de manière à isoler électriquement les parties constituantes (2, 3, 2A, 3A) dudit moule (1, 1A). 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moule (1) étant en une matière conductrice de l'élec- tricité,ledit stade de compression est effectué sur une presse (P) de type quelconque, après quoi les parties constituantes (2, 3) du moule (1) sont verouillées les unes par rapport aux autres pour maintenir la compression dudit stratifié (4), le stade de polymérisation de ladite résine (6) étant ensuite éxécuté hors de ladite presse (P) en snumettant le moule å un champ électri- que. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit champ électrique est appliqué audit stratifié (4) en raccordant au moins deux parties (2, 3) constituantes isolées du moule à une source électrique à haute fréquence (12). 5 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moule (1A) étant réalisé en une matière isolante, ledit champ électrique est appliqué au moyen d'au moins deux pellicules métalliques (18) revêtant ladite cavité du moule (1A) et à l'aide d'une source électrique à haute fréquence (12) raccordé à ces pellicules (18). 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à revêtir la paroi de la cavité du moule d'une couche (17) en un matériau isolant ayant de faibles pertes dielectriques. 7 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer sur au moins l'une des faces du stratifié une pellicule (9) d'une matiere plastique destinêe à déterminer l'aspect extérieur de l'article. 8 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite feuille en matière plastique expansée (5a, 5b) est en polyuréthane. 9 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite résine thermodurcissable (6) est une résine expoxy. 10 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche de matériau fibreux (7a, 7b, 8a, 8b) est composé de fibres de verre tissées ou non tissées. 11 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de revêtement (17) de la paroi de la cavité du moule est en polytétrafluoroéthylène. 12 - Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ladite pellicule (9) de matière plastique est constitué par un voile acrylique.