Brevet FR2497719A1 — publié le 19820716

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'objets moulés comportant une couche en résine renforcée par des fibres minérales ayant, par suite, de bonnes caractéris tiques mécaniques. On sait, eneffet, que pour la fabrication d'objets de forme allongée, notamment de planches à voile, il est désirable que la partie de l'objet formant l'enveloppe ait à la fois une bonne résistance mécanique et un bon aspect de surface. Une technique classique consiste, pour fabriquer une telle encelppe renforcée,à projeter par pistolage, dans chacune des deux demicoquilles du moule de l'objet, une couche de résine polyester, à disposer sur la couche ainsi obtenue une nappe de fibres, par exemple, un "mat" à fils continus, puis à projeter une nouvelle couche de polyester sur le mat en prévoyant, en outre, un passage au rouleau pour bien imprégner le mat avec la résine des deux couches successives.Préalablement à la pulvérisation de la promière couche de résine polyester, on enduit la paroi des deux demi-coquilles du moule d'un revetement dénommé "gel-coat" donnant une surface dure et lisse. les résines polyester doivent être appliquées à l'aide d'un pistolet à deux réservoirs, l'un contenant la résine et l'accélérateur, l'autre le catalyseur. Selon une autre technique plus récente, on associe le pistolet de pulvérisation à un coupeur alimenté par des fils de verre et produisant un flux de fibres coupées qui est mélangé au jet de résine catalysée du pistolet de pulvérisation. Il en résulte un gain de temps appréciable, puisque l'application de la couche de résine renforcée par des fibres de verre se fait en une seule étape de projection; toutefois, les fibres de verre coupées ne sont pas, par cette technique, suffisamment imprégnées par les gouttelettes de résine et il est donc indispensable d'achever leur enrobage par un passage au rouleau de la couche de résine fraichement appliquée. En outre, il serait souhaitable de substituer à la résine polyester de la couche périphérique renforcée, une mousse rigide de polyuréthane plus légère et ayant des caractéristiques mécaniques comparables.Or, jusqu'à présent, on ne saint fabriquer des mousses polyuréthane renforcées que par injection dans un moule fermé : selon ce procédé* les fibres de verre sont mélangées a l'un des deux composants principaux, polyol ou isocyanate, de la mousse polyuréthane puis sont transportées, mélangées et injectées dans un moule fermé au moyen d'une machine adaptée.Cotte technique d'injection en moule fermé ne permet pas, sauf ;zLiljsaLion de noyaux provisoinez, la réalisation d'objets moulés en ase de polyuréthane, dont seule la partie périphérique est renforcée par des fibres de verre En outre, l'apport des fibres de verre, qui sont forcément réparties dans toute la massa ds l'objet, est limité par l'augmentation de la viscosité du composant avec lequel elies sont mélangées, viscosité qui est directement fonction de la longueur et de la quantité de fibres mélangées. De ce fait, il n'est généralement poseible avec un tel procédé que d'inclure une quantité peu élevée de fibres de verre de faible longueur. La présente Invention vise à proposer un procédé de fabrication d'un objet moulé comportant au moins une couche de résine armée de fibres minérales, dans lequel ladite couche est appliquée par ;projection simultanés ars fibres minérales et de résine, sans requérir d'opération somplémentaire de passage au rouleau pour enduire complètement les fibres min6rales projetées. Un autre but de l'invention est de décrire un procédé de fabrication d'un objet moulé, dan@ la couche de résine, qui est appliquée par pulvérisation, est composée de matériau polyuréthane et de fibres de. verre. Enfin, un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un objet moulé comportant une âme entourée par au moins une couche périphérique, procédé dans lequel la couche périphérique, armés de fibres de verre, est appliquée par pulvérisation à l'int@rieur d'un moule ouvert, tandis que l'âme de l'objet, qui est m@eloppée par la couche périphérique précitée, est obtenue par injection de résine, en particulier de matérian polyuréthone, à l'intérieur du même moule fermé. La présent invention a done pour objet un procédé de fabrication d'un objet moulé comportant au moins une couche en mousse poly@réthane renforcée par des fibres minérales, caractérisé par le fait que, pour réaliser la couche susmentionnée, on projette à l'intérieur du moule en position ouverte, au moyen d'un appareil de type connu parmettant la protection si multanée de résine et de fibres minérales, un mélange de deux flux, l'un constitué de fibres minérales et l'autre constitué par la pulvérisation d'un mélange d'isocyanate(s), de polyol(s) et des autres additifs nécessaires à la formation d'une couche de mousse polyuréthane. La projection simultanée, d'une part, des constituants nécessaires à la formation de la mousse polyuréthane et, d 'autre part, du flux de fibres minérales est opérée au moyen d'un appareil classique déjà utilisé pour la projection simultanée de résine polyester catalysée et de fibres de verre. Mais l'utilisation d'un tel appareil pour la pulvérisation d'un matériau polyuréthane présente un double intérêt : celui d'obtenir une couche armée plus légère bien qu'ayant des caractéristiques m4- caniques comparables et, surtout, celui de supprimer l'étape manuelle complémentaire de passage au rouleau de la couche fratchement projetée > dans le but d'enduire de façon satisfaisante les fibres minérales avec la résine en cours de polymérisation. En effet, la pulvérisation des constituants de polyuréthane dans l'air ambiant sous forme de fines gouttelettes venant se déposer sur les fibres minérales projetées provoque une expansion desdites gouttelettes au contact de l'humidité de l'air, car l'eau constitue un agent d'expansion ou de gonflement physique de polyuréthane et la pulvérisation favorise, en raison de l'état finement divisé de la résine, le contact de celle-ci avec la vapeur d'eau contenue dans l'air. Du fait de leur expansion, ces gouttelettes initialement séparées sur les fibres donnent lieu à une sorte de coalescence, de sorte que les fibres minérales se trouvent mieux ou totalement enrobées par le matériau polyuréthane, si bien que le passage du rouleau sur la couche de résine fratchement projetée s'avère inutile. Il convient de noter que cette conséquence inattendue de l'utilisation d'un pistolet de pulvérisation est spécifique de la mise en oeuvre d'une résine polyuréthane et ne peut être déduite des utilisations antérieures d'un tel pistolet avec d'autres résines, tels que les polyesters par exemple. On peut, en outre, le cas échéant, injecter de l'air dans la chambre de mélange équipant le pistolet de pulvérisation, que comporte l'appareil de projection simultanée. Le pistolet de pulvérisation équipant l'appareil de projection simultanée présente avantageusement une chambre de mélange, dans laquelle aboutissent les canalisations d'arrivée, généralement au nombre de deux, des constituants nécessaires à la formation de la mousse polyuréthane. La chambre de mélange débouche à l'extérieur par une buse de pulvérisation unique. A l'intérieur de la chambre, le mélange des constituants peut tre effectué par pulvérisation à l'aide d'intecteurs ; la chambre peut être aussi équipée d'un mélangeur statique, hélicoïde ou autre, ou encore d'un mélangeur mécanique mû par un moteur hy draulique, pneumatique ou électrique. Le dispositif permettant de produire, dans l'appareil de projection simultanée, le flux de fibres minérales peut consister en un coupeur alimenté par des fils du type de celui com mercialisé sous la désignation de T'ROWING CUTTER" par la socié- té "VENUS PRODUCTS". Les fils alimentant le coupeur sont compo- ses d'un ensemble de fils de base ou de filaments parallbles assemblés, en général, sans torsion. Les fibres minérales mises en oeuvre peuvent être des fibres de carbone, de bore ou, avantageusement, des fibres de verre. On peut utiliser différents types de verre correspondant notamment, selon la norme AFNORs aux classes "E" (verre à base de borosilicate à faible teneur en alcali), "D" (verre à hautes propriétés dielectriques), "A" (verre à haute teneur en alcali)* "S" et "R" (verres à haute résistance mécanique). Le verre utilisé peut avoir subi divers traitements d'ensimage, de désensimage ou autres. D'une façon générale, on préfère utiliser des fibres de verre, dont le diamètre est compris entre 0,5 mm environ et 3,5 mm environ et dont la longueur varie entre 1 mm et 4 non. L'angle d'incidence entre, d'une part, le jet de pulvérisation du mélange des constituants nécessaires à la formation de la mousse polyuréthane et, d'autre part, le flux de fibres minérales est avantageusement compris entre environ 10 et environ 400. Pendant la projection, le pistolet pulvérisateur de l'appareil de projection esttenu par rapport au support à recouvrir à une distance allant d'environ 0,5 m à environ 1 m. On préfère que la couche de mousse polyuréthane renforcée par des fibres minérales ait une densité allant d'envi ron 0,07 à environ 1,5. Selon une autre particularité du procédé selon l'in- vention, on projette dans le moule ouvert, préalablement à l'application de la couche de mousse polyuréthane renforcée, une couche de résine sans fibres minérales. On préfère que la couche de surface soit en résine polyuréthane ; la couche de surface peut alors, avantageusement, si le polymère de la couche de surface à la même formulation que celui de la couche renforcée, être appliquée au moyen du même appareil de projection simulta- née de résine et de fibres minérales, sur lequel on a arrêté le flux de fibres minérales.Ainsi, l'application, sur la première couche de surface non renforcée, d'une seconde couche renforcée peut être effectuez pratiquement sans interruption à l'aide du même appareil, simplement en mettant en route, au moment voulu, le coupeur produisant le flux de fibres minérales et en alimentant la chambre de mélange du pistolet pulvérisateur avec les constituants destinés à former la mousse polyurêthane de la couche renforcée. Selon une première possibilité ci-dessus évoquée, le polymère de la couche de surface a donc sensiblement la même formulation que celui de la couche renforcée. Mais, selon une seconde possibilité, le polyurét:hane de la couche de surface est obtenu 8 partir d'au moins un constituant différent de ceux de la couche renforcée ; il est par exemple du type élastomérique, alors que le polyuréthane moussé de la couche renforcée est du type rigide.Dans ce cas, pour obtenir une couche de surface en polyuréthane élastomérique, l'appareil de projection simultanée peut être équipé d'un pistolet de pulvérisation, dont la chambre de mélange est reliée à trois réservoirs (deux réservoirs contenant chacun un polyol différent, comme composant principal, le troisième, un isocyanate) ; un tel pistolet peut fonctionner in différetmnent avec l'un ou l'autre polyol au moyen, par exemple, d'un système de vanne à trois voies. La couche de surface en résine polyuréthane a avanta geusement une densité comprise entre environ 0,03 et environ 1,1. Le procédé selon l'invention peut être utilisé avantageusement pour la fabrication d'un objet comportant une dme en taure d'au moins une couche périphérique ; dans ce cas, le moule est constitué de deux demi-coquilles dans chacune desquel les on met en place, comme précédemment indiqué, une couche pé- riphérique constituée d'une couche en mousse polyuréthane renforcée, éventuellement précédée d'une couche de surface ;; dans une étape ultérieure on ferme le moule après avoir assuré j'é tanchéité de fermeture, par exemple en projetant une couche de mousse polyuréthane sur la périphérie de l'une des deux demicoquilles pour assurer leur collage ; puis le moule étant fermé, on y Injecte une résine pour former l'âme de l'objet moulé. La réaine injectés est, de préférence, une mousse polyuréthene de faible densité ; l'@ppareil d'injestien utilisé est de type clas sinue. On obtient ainst, au objet moulé de @tructure composite, de faible poids et de prix de revis@t réduit. Ün tel objet pent comporter, d'une part, une couche périphérique double @brsnue par projection dans @@ @oule ouvert, àsavoir, ext6rieurement, une couche de surface et, intérieutement, une couche renforcée et, d'antre part, une Ame en mousse pelyuréthane obtenue par injection dans le moule fermé. Grâes à une telle structure, l'objet moulé peut être, à la fois, sollie et léger et comporter un bon état de surface. On constante que le procodé selon l'invention se prêt bien à la fabrication d'objet monlé@ de forme allongée et notamment de planches a Pour mieux faire @omprendre l'objet de la présente invention, on va en déerire ci-après, à titre purement illustratif et non limitatif, un mode de mies en seuvre repr@senté sur le dessin annexé et deux exempies d'applica, ion. Sur ce dessin - la figure l représente @n'@@atiquement un appareil de type connu utilisable dans le @ro@@@@ @elon l'invention pour l'application, par pulvérisetion, d'une@@uchye @e monsse polyuréthane, renforcée ou nen par des f@@@@ @inérales ; - la figure 2 illustre les ét@@@a de fabrication d'une planche à voile par le procédé selen l'@@vention. EXEMPLE l En se référant à la figure l @@ de@@in, on voit que l'on a représenté, de façon schématique, un appareil résultant de l'association d'un pistolet de pu vérisation 1 a un eoupeur 2 servant à produire un flux de fibres de vente coupées, qui est mélangé au jet de résine. Le pistolet 1 de l'appareil est analogue à celui qui fait l'objet du brevet des Etats-Unis d'Amérique numéro 3 437 273 délivré le 8 avril 1969. Il comporte une chambre de mélange 4 à l'intérieur de laquelle débouchent deux canalisations d'arrivée 5, 6 reliées chacune, par un conduit souple, à une pompe de dosage 7, 8 respectivement ; ces dernières sont raccordées à deux réservoirs (non représentés), l'un contenant l'isocyanate, l'autre un polyol en mélange avec des additifs usuels, tels que des solvants, un catalyseur de polymérisation, par exemple le dibutyl-dilaurate d'étain, un agent de gonflement chimique. Dans cet exemple de réalisation, le polyol utilisé est commercialisé par la société "ICI FRANCE" sous la référence 201 698 ; le mélange à base d'isocyanate est commercialisé par la société précitée sous la référence "Suprasec DNR". Les deux pompes de dosage 7, 8 travaillent soit à basse pression entre 1 et 10 bars, soit à haute pression entre 50 et 250 bars. Le débit de ces pompes est, de préférence, réglable et ajusté de façon que le mélange. des deux constituants de la mousse polyuréthane se fasse dans un rapport volumique de 1 pour 1. La chambre de mélange 4 du pistolet 1 débouche à l'extérieur par une buse de pulvérisation 9. Le coupeur 2 est monté sur le pistolet 1 de façon à former, par rapport à ce dernier, un angle d'environ 250. Il est alimenté par des fils de verre 10 passant, par exemple, sur des anneaux de guidage montés sur la potence, qui sert à supporter l'appareil de projection simultanée. Le coupeur 2 peut etre du type "ROVING CUTTER R 0 4" de la société "VENUS PRODUCTS". Un coupeur de ce genre comporte un rotor à lames m Les fils de verre 10 utilisés sont commercialisés par la société "SAINT-COBAIN". Ils ont les caractéristiques suivantes - diamètre : 2,54 mm - fils obtenus par un procédé en continu type "Silionne" assem blés sans torsion. - filament de base diamètre : 10 microns. - nombre de fils : 60 de 40 Tex chacun. L'appareil de projection simultanée de la figure 1 est employé pour la fabrication d'une planche à voile de 3,30 ra de long et de 0,60 m de large. Le moule de planche à voile est constitué de deux demi-coquilles 20 schématisées sur la figure 2. La fabrication de la planche à voile s'effectue comme suit . on projette dans chacune des deux demi-coquilles 20, une couche 21 de produit démoulant à base de cire en suspension dans des solvants chlorés ; ce produit démoulant est commercialisé sous la désignation de "ACMOSIL 180' par la société "ACMOS FRANCE". Après séchage de la couche 21, on projette, à l'aide de l'appareil de la figure 1, une couche de surface 22 compo- sde uniquement de mousse polyuréthane (le coupeur 2 de l'appas reil n'étant pas en fonctionnement) obtenue à partirdu mélange, dans les mêmes proportions volumiques, du polyol et de l'isocyanate visés ci-dessus. La couche de surface t-2, en mousse de polyurdthane, a une épaisseur environ 3 mm et une densité moyenne de 0,42. Le temps de montée de la tousse est de 7 secondes. Dès que la couche de surface 22 a été réalisée, on pro jette, à l'aide de l'appareil de la figure 1, une couche 23 de mousse polyuréthane renforcée par des fibres de verre. La formulation de la mousse polyuréthane de la couche 23 est identique à celle de la couche de surface 22 ; son épaisseur est d'environ 4 mm et sa densité d'environ 0,55, ce qui correspond à une teneur en fibres de verre coupées d'environ 28 %. On referme les deux demi-coquilles 20 du moule en prenant soin de projeter au préalable une couche 24 de mousse po lyuréthane sans fibres de verre coupées, sur la périphérie de l'une des demi-coquilles 20 afin d'assurer leur collage. On injecte alors au moyen d'une machine d'injection de type classique (non représentée), une âme 25 en mousse po lyuréthane obtenue à partir d'un mélange de - 100 parties d'isocyanate commercialisé sous la désignation "Suprasec DNR" par la société "ICI FRAN'CE" - 100 parties de polyol commercialisé sous la référence "4017" par la société précitée. La planche à voile ainsi obtenue est démoulée au bout de 35 mon ; son poids est d'environ 19,5 kg. il convient de noter que l'application de la couche de mousse polyuréthane renforcée 22 est rXalisée, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un passage au rouleau afin d'améliorer l'enrobage des fibres coupées par le polyuréthane. EXEMPLE 2 Pour fabriquer une planche a voile ayant les mêmes dimensions que celle de l'exemple 1, on utilise le moule schématisé sur la figure 2 et l'appareil de projection simultanée de la figure 1, dans lequel le pistolet de pulvérisation 1 est remplacé par un pistolet de structure voisine mais comportant trois canalisations d'alimentation reliant la chambre de mélange à trois réservoirs ; deux réservoirs contiennent un polyol et le troisème un isocyanate. Un tel pistolet peut fonctionner indifféremment ou l'un avec l'autre polyol gracie à un système de vanne à trois voies. Le coupeur de fibres de verre mis en oeuvre dans cet exemple est en tous points analogue à celui de l'exemple 1. La planche à voile est fabriquée comme suit : on projette dans chacune des deiix demi-coqullles 20 du moule une couche 21 d'agent démoulant identique à celle de l'exemple 1. Après séchage de la couche 21, on applique à l'aide de l'appareil de projection aimultanée > une couche de surface 22 composée uniquement de mousse polyuréthane du type élastomérique (le coupeur de verre étant arreté) obtenue 3 partfrdu mélange suivant - 100 parties en poids de polyol commercialisé par la société "ICI FRRICE" sous la référence "43.205" - 45 parties en poids d'isocyanate commercialisé par la société "ICI FRANCE" sous la référence "Suprasec VM 10". La couche de surface 22 ainsi obtenue fait environ 4 mi d'épaisseur et a une densité moyenne de 0,61. Toujours au moyen de l'appareil de projection simulta- née sur lequel on a mis en route le coupeur de verre, on projette une couche 23 de mousse polyuréthane rigide renforcée par des fibres de verre. Les fibres de verre ont les mêmes caractéris tiques que celles de l'exemple 1. La formulation utilisée est la suivante - 100 parties en poids de polyol commercialisé par la seciété "ICI FRANCE" sous la référence "43.446" ; - 102 parties en poids d'isocyanate "Suprasec VM 10" de la so ciété "ICI FRANCE". La couche 23 a une épaisseur d'environ 6 DKG et une densité de 0,45 ; elle contient environ 20 % de verre. On opère ensuite comme dans l'exemple 1 : on referme les deux coquilles 20 du moule en prenant soin de projeter au préalable une couche 24 de mousse polyuréthane sans fibre de verre à la périphérie de l'une des demi-çoquilles, afin d'assurer leur collage ; on injecte ensuite au moyen d'une machine d'in jection de type connu, une @me 25 en mousse polyuréthune ayant la même formulation que celle de l'exemple 1. La planche à volle ainsi obtanue présente sensiblement les mêmes caractéristiques de solidité et de légèreté que celle de l'exemple 1 mais sa couche externe est moins fragile. Il est bien entendu que les modes de réalisation aidessus décrite ne sont sucunement limitatifs et pourront donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortirpour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS l - Procédé de fabrication d'ui objet moulé comportant au moins une couche en mousse polyuréthane renforcée par des fibres minérales, caractérisé par le fait que, pour réaliser la couche précitée on projette, à l'intérieur du moule en position ouverte, au moyen d'un appareil de type connu permettant la projection simultanée de résine et de fibres minéralles, un mélange de deux flux, l'un constitué de fibres mi nérales, l'autre constitué par la pulvérisation d'un mélange d'isocyanate (s), de polyol (s) et des antres additifs nécessaires à la formation d'une coiche de moisse poyaréthane. 2 - Procédé selon la revendication l, caractérisé par le fait que l'on effective la projection du mélange des cons tit-iants nécessaires à la formation de la mousse polyuréthane à partir d'une buse de pulvérisation unique. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on place la bise de pulvérisation de l'appareil par rapport au support, où est projetée la coiche formait la mousse polyuréthane renforcée, & une distance allant d'envi, ron 0,5m à environ lm. 4 - Procédé selon 11 une des revendications 1 a 3, ca ractérisé par le fait qie l'angle d'incidence entre, d'une part, le jet de pulvérisation du mélange des constituants n- cessaires à la formation de la molosse polynéthane et, d'autre part, le flux de fibres minérales est compris entre environ 100 et environ 409. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on atilise, comme fibres minéra- les, des fibres de verre, dont le diamètre est compris entre 0,5mm environ et 3,5mm environ et dont la longueur varie entre 1mm et 4mm. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qe la couche de moisse polyuréthane renforcée a une densité allant d'environ 0,07 & environ 1,5. 7 - Procédé selon l'une des revendications l a 6, caractérisé par le fait que, préalabletrnt a l'application de la couche de mousse polyuréthane renforcée, on projette à l'intérieur du moule ouvert, au moins une couche de surface en résine sans fibres minérales. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la couche de surface est en résine polyuréthane. 9 - Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que l'on applique la couche de surface au moyen de l'appareil de projection simultanée de résine et de fibres minérales, sur lequel on a arrêté le flux de fibres minérales. 10 - Procédé selon les revendications 7 et 8 prises si- maltanément, caractérisé par le fait que le polyuréthane de la couche de surface a sensiblement la mme formulation que celui de la couche périphérique renforcée. 11 - Procédé selon la revendlcation 8, caractérisé par le fait que le matériau polyuréthane de la couche de surface est obtenu & partir d'au moins un constituant différent de ceux de la couche renforcé, de façon à former un polymère de type élastomérique. 12 - Procédé selon l'une des revendications I à II, c@- ractérisé par le fait que le moule est constitué de deux demi-coquilles et qu'après avoir projeté la couche de résine polyuréthane renforcée éventuellenient précédée d'une co@che de surface dans les deux demi-coquilles en position ouverte, on ferme le moule en ayant assuré son étanché@té, par exemple par projection d'une couche de matériau polyuréthane à la périphérie de l'une des deux demi-coquilles, et on y injecte une résine pour former lSme de l'objet moulé. 13 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la résine injectée, pour constituer l'tme de l'objet, forme une mousse polyuréthane à faible densité. 14 - Objet moulé de forme allongée, notamment planche à voile, obtenue en utilisant le procédé selon l'une des revendications 1 à 13.