Brevet FR2414995A1 — publié le 19790817

La présente invention concerne un matériau composite perfectionné à base de matière thermoplastique et de matériaux fibreux. On sait le développement important que connaît actuellement le marché des matières plastiques armée; -t, plus particulièrement, des màtires thermoplastiques armées. Le plus souvent, ces matériaux servent à réaliser des pièces en f rme pour des panneaux et carénages trouvant leur application dans le domaine du bâtiment et des travaux publics, de l'automobile, de l'électro-ménager, etc. On entend dans la présente description par "matières plastiques armées des matières plastiques que renferment, répartis dans leur masse, des matériaux dits de renforcement qui sont constitués par des matériaux fibreux tels que des fibres, des fils, des mats et autres textures non tissées à base de fils ou de fibres naturels ou synthétiques. La qualité et les propriétés mécaniques des produits obtenus sont dues, pour une large part, à la façon dont le matériau de renforcement se trouve non seulement lié à la matière plastique mais également réparti au sein de celle-ci. En effet, une répartition du matériau de renforcement plus ou moins régulière conduit à des propriétés du produit fini plus ou moins satisfaisantes et plus ou moins reproductibles. Or, la présente invention vise un matériau composite en matière thermoplastique avec matériau fibreux de renforcelent présentant des propriétés mécaniques élevées en particulier une bonne résistance à la flexion etune bonne aptitude à l'emboutis- sage, ce matériau composite étant caractérisé par le fait qu'il est constitué,d'au moins une structure élémentaire sous forme de nappe au /sein de laquelle la concentration du matériau fibreux q' de renforcement se répartit suivant l'épaisseur de façon continue de manière que cette concentration soit très faible au niveau de la surface, aille progressivement en augmentant pour atteindre un maximum au voisinage du coeur de la nappe et dimi- nue progressivement au fur et à mesure que l'on se rapproche de la face opposée et inversement de manière que la concentration en résine soit maximale au niveau de la surface pour réaliser une surface lisse. Suivant d'autres caractéristiques - la concentration totale en matériau fibreux est comprise entre 5 et 80 % en poids, de préférence entre 10 et 65 X ; - la matière thermoplastique est constituée par tout polymère thermoplastique connu ou par un mélange de polymères thermoplastiques, que ce polymère ou ce mélange comporte ou non des charges habituellement utilisées telles que des charges granulaires et autres additifs habituels - la matière thermoplastique comporte un agent porogène en vue de l'obtention de mousses composites armées. Le matériau composite tel que défini ci-dessus trouve son originalité, par rapport aux matériaux composites connus, dans le fait que sa structure ne présente pas de discontinuité et de zones distinctes nettement délimitées les unes par rapport aux autres à l'instar des matériaux composites du type dit "matériaux sandwich". En effet, même si plusieurs structures élémentaires conformes à l'invention sont empilées, l'ensemble ainsi réalisé ne répond pas à la définition d'un matériau sandwich car en son sein on n'observe pas de "strates" mfs une succession continue de zones dans lesquelles la répartition du matériau fibreux et/ou de la matière thermoplastique répond à la caractéristique ci-dessus.Bien entendu la répartition du matériau fibreux de renforcement selon l'invention n'est pas nécessairement symétrique par rapport au plan médian de la structure élémentaire. Le matériau composite de l'invention trouve son application dans la fabrication de plaques, feuilles et bandes planes ou en forme destinées au moulage par formage, emboutissage ou calandrage à froid ou à chaud. La répartition du matériau fibreux au sein de la matière thermoplastique ou celle de la matière thermoplastique au sein du matériau fibreux, selon l'invention, peut être obtenue par tout procédé approprié et, avantageusement, par un procédé de dépôt électrostatique tel que celui décrit par exemple dans le brevet français du Demandeur déposé le 21 janvier 1974 sous le N"74 01975 Sebon-ce procédé, on dispose le matériau fibreux de texture non tissée sur un support conducteur de l'électricité et on admet, à sec, sur ce matériau, par le processus de dépôt électrostatique, la résine thermoplastique (seule ou en combinaison avec d'autres résines) jusqu'à ce que cette résine se soit répartie dans la masse dans la proportion voulue et recouvre en surface toute la masse du matériau.La répartition telle que définie ici permet d'avoir une surface essentiellement exempte de matériau fibreux ce qui donne la possibilité d'obtenir une surface lisse. La teneur en matériau fibreux par rapport à la matière thermoplastique est réglée de préférence entre 5 et 80 X0 en poids du composite et de préférence entre 10 et 65 %. Selon un mode de réalisation avantageux, après découpage et empilement éventuel de plusieurs feuilles composites, de même composition ou non, mais de même structure quant à la répartition du matériau fibreux, l'ébauche ainsi produite est réchauffée puis placée dans le moule froid d'une presse d'emboutissage, que l'on maintient fermé le temps nécessaire pour refroidir le produit afin qu'il conserve la forme désirée. L'ébauche peut aussi être placée dans le moule chaud d'une presse d'emboutissage que l'on maintient fermé le temps nécessaire pour obtenir des performances optimales et un très bon aspect de surface. Le terme d'emboutissage recouvre bien entendu pour l'homme de l'art les opérations de lissage, grainage, gaufrage, poinçonnage, drapage, etc. Après découpage et empilement éventuel de plusieurs feuilles, l'ébauche ainsi produite peut aussi être réchauffée puis thermoformée ou calandrée à chaud. Les termes de thermoformage ou de calandrage recouvrent aussi bien pour l'homme de l'art les opérations de moulage-déformation que de soufflage contre moule, formage sois vide, etc. De même, sans découpage et après empilement éventuel de plusieurs feuilles, l'ébauche ainsi produite peut être réchauffée et admise à travers une filière pour obtenir un profilé de la forme désirée. Suivant d'autres modes de réalisation - Après découpage et après empilement éventuel de plusieurs feuilles,ltébauche ainsi produite peut être placée, directement et sans réchauffement, sous presse où elle est comprimée à chaud. - Sans découpage, mais après empilement éventuel de plusieurs feuilles, y compris des couches de protection éven tuelles, l'ébauche ainsi produite peut être enroulée pour servir de produit semi-fini formable ou thermoformable. Parmi les matériaux fibreux entrant dans la structure du composite selon l'invrention, on citera ceux à base des substances suivantes : - fibres naturelles organiques : sisal, jute, cellulose (ses dérivés, astate, rayonne, etc.), laine, caséine, soja, protéines, etc. - fibres naturelles minérales : amiante, etc. - fibres synthétiques organiques : polyesters, polyuréthannes, polyamides, chlorure de polyvinyle et ses copolymères, chlorure de polyvinyle surchlorés, chlorure de polyvinylidène et ses copolymères, polystyrène, polyéthylène, polytétrafluorure de vinyle (en laine), alcool polyvinylique, polyacrylonitrile et ses copolymères ; - fibres synthétiques minérales : verre, carbone, silice, etc. ; ou métalliques. Les matériaux composites selon l'invention renferment dans leur structure de préférence des fibres longues choisies dans les classes ci-dessus, à savoir des fibres ayant une longueur supérieure au centimètre. Ces matériaux ont, outre un excellent poli de surface, une parfaite régularité de la teneur en fibres et de l'orientation de celles-ci, une bonne régularité et une bonne stabilité dimensionnelle. Par ailleurs, la durée de vie des ébauches ou flans est sans commune mesure avec celle des matériaux préimprégnés en polyesters. Enfin, il y a lieu de noter qu'après déformation, une remise en forme est toujours possible. Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif et nullement limitatif de l'invention. Exemple 1 En partant de flans réalisés avec du polypropylène standard (PRYLENE dela Société Normande de produits chimiques) et un mat de verre à fibres continues de grammage 375 g/m2, de type UNIFILO (SAINT GOBAIN INDUSTRIE, verre Textile), on réalise par pressage des plaques à différentes teneurs en fibres de verre. Les flans sont empilés deux par deux, de façon à avoir -par rapport au plan de la fibre neutre une structure symétrique ; après chauffage de ceux-ci, ils sont pressés à une tem pérature inférieure à 100 C et, selon l'épaisseur, avec des durées comprises entre 15 secondes et 2 minutes.Le Tableau suivant rassemble les résultats des essais mécaniques effectués sur résine pure et su- résine renforcée. % en poids Résistance en Résistance en Module en Résistance au HDT ou température par rapport traction flexion flexion choc DYNSTAT de la distorsion à la au composite kg/mm2 kg/mm2 kg/mm2 kg/cm2 chaleur en C sous 18,5 kg/cm2 P.P. pur 3,5 4 120 15 55 P.P. + 15 % verre 4,5 8,5 340 40 67 P.P. + 20 % verre 5,2 8,9 390 60 125 P.P. + 25 % verre 6,2 9,5 450 85 138 P.P. + 30 % verre 7,5 10,2 530 120 140 P.P. + 35 % verre 8,5 10,6 560 160 143 P.P. + 40 % verre 9,5 11,1 620 200 142 P.P. + 50 % verre 13 13,7 680 210 140 Exemple 2 Dans les mêmes conditions que dans l'Exemple 1 et en partant de flans réalisés avec le même polypropylène et le même mat, on moule des plaques où le polymère est réparti d'une façon homogène dans toute la masse donc sans la réalisation d'une structure sandwich. Le tableau suivant rassemble les résultats obtenus en résistance en flexion avec la structure selon l'invention (résultats de Exemple 1) et ceux où le polymère est réparti 'une façon homogène. % en poids par Structure selon Structure classique rapport au composite l'invention # F en kg/mm2 # F en kg/mm2 P.P. + 15 % verre 8,5 7 P.P. + 20 % verre 8,9 7,5 P.P. + 25 % verre 9,5 8,5 P.P. + 30 % verre 10,2 9 P.P. +35 % verre 10,6 9,6 P.P. + 40 % verre 11,1 10,2 Exemple 3 Dans les mêmes conditions que pour l'Exemple 1, on a utilisé une résine thermoplastique ABS (UGIKRAL S.F.,UGINE KUHLMANN) et le même matériau de renforcement. % de renfort Traction Flexion Module en HDT, température par rapport kg/mm2 kg/mm2 flexion de fléchissement au composite kg/mm2 sous charge de 18,5 kg/cm2 ABS pur 3 6 180 90 C ABS + 20 % verre 5,5 9,2 370 95 C ABS + 40 % verre 10,6 13 600 100 C ABS + 50 % verre 13,3 14 630 106 C Exemple 4 On a utilise comme résine thermoplastique une ré- sine de poly(chlorure de vinyle)plastifiée additionnée d'un agent porogène classique et on a projeté le tout sur le même type de mat que dans les exemples précédents pour réaliser un composite selon l'invention et on a fait passer le produit dans un four pour obtenir une mousse. Les résultats obtenus avec une mousse ordinaire et avec la structure mousse ci-dessus sont les suivants Mousse ordinaire Résistance en traction : 12 kg/cm2 % d'allongement a' la rupture : 100 Densité : 0,38 Mousse composite selon l'invention avec 15 % en poids de fibres de verre Résistance en traction : 30 kg/cm2 % d'allongement à la rupture : 10 Densité : 0,34 Comme on peut le voir à l'examen de ces résultats, on obtient de très bonnes propriétés mécaniques comparativement aux meilleurs structures classiques. Au surplus les produits de l'invention présentent, comme déjà indiqué, un très bel état de surface. Ainsi grâce à l'invention, on dispose d'un produit combinant de bonnes propriétés mécaniques, un bel état de surface et une bonne aptitude à la transformation par emboutissage. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre illustratif mais nullement limitatif et que toutes modifications pourront y être apportées sans sortir de son cadre. REVEND IGT IONS 1. Matériau composite en matière thermoplastique avec matériau fibreux de renforcement présentant des propriétés mécani ques élevées, en particulier une bonne résistance à la flexion et une bonne aptitude à l'emboutissage, ce matériau composite étant caractérisé par le fait qu'il est constitué d'au foins une structure élémentaire sous forme de nappe au sein de laquelle la concentration du matériau fibreux le renforcement se répartit suivant l'épaisseur de façon continue, de manière que cette concentration soit très faible au niveau de la surface, aille progressivement en augmentant pour atteindre un maximum au voisinage du coeur de la nappe et diminue progressivement au fur et à mesure que lton se rapproche de la face opposée et inversement de manière que la concentration en résine soit maximale au niveau de la surface pour réaliser une surface lisse. 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la con-entration totale en matériau fibreux est comprise entre 5 et 80 % en poids, de préférence entre 10 et 65%. 3. Matériau selon la revendication l ou 2, caractérisé par le fait que la matière thermoplastique est constituée par tout polymère thermoplastique connu ou par un mélange de polymères thermoplastiques,que ce polymère ou ce mélange comporte ou non des charges habituellement utilisées telles que des charges granulaires et autres additifs habituels. 4. Matériau selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé par le fait que la matière thermoplastique comporte un agent porogène en vue de l'obtention de mousses composites armées.