Brevet FR2515167A1 — publié le 19830429

2515167- L'invention concerne une pièce moulée en matériau minéral faisant prise, en ciment ou en pltre par exemple, et dans lequel sont noyées des fibres de renforcement. On sait que les caractéristiques mécaniques du ciment peuvent être améliorées par l'incorporation de fibres d'amiante. Cette matière offre de gros avantages en raison de la structure de ses fibres et en raison de sa résistance a l'alcalinité du ciment. Les conditions de combinaison du ciment et de l'amiante sont connues depuis longtemps et il en est tenu compte depuis longtemps déjà dans la fabrication de plaques en amiante-ciment Malheureusement, la production et aussi l'utilisation de l'amiante présentent des riaquli pour la santé Les fines fibres d'amiante sont introduites avec l'air dans le système respiratoire du corps humain et y déclenchent une action cancérigène. Cette situation a obligé à trouver un substitut pour l'armature en fibres d'amiante On comprendra que de nombreuses propositions ont été faites pour utiliser des fibres a base de cel- lulose et de polymères synthétiques, avec ou sans traitement de surface, dans la fabrication de plaques comparables L'emploi de telles fibres oblige toutefois à accepter une durabilité chimique limitée; de plus, les caractéristiques mécaniques obtenues ne sont pas satisfaisantes du fait que les changements rhêologiques de la structure du ciment hydratant diffère trop fortement de ceux des fibres employées L'obtention d'une distribution uniforme des fibres de renforcement dans le matériau minéral pose également des diffi- cultés considérables Ces difficultés ont été attribées surtout aux caractéristiques spécifiques des polymères disponibles pour cette application, caractéristiques qui diffèrent en effet considérablement de celles dei fibres naturelles d'amiante, en ce qui concerne l'in- troduction dans un mortier de ciment par exemple. L'invention vise à apporter une pièce moulée du type indiqué au début, qui puisse étre fabriquée en évitant les difficultés mentionnées plus haut et qui soit comparable tant mécaniquement que sur le plan chimique à la qualité des plaques d'amiante-ciment dont il a été question dans ce qui précède. 2515 1 67 Selon l'invention, une pièce moulée comme indiqué au début est essentiellement caractérisée en ce que les fibres de renforcement sont des fibres continues ou filaments d'un polymère organique, qui sont réunis sous forme d'une texture d'épandage parallélisme en un voile. La demanderesse a découvert qu'il est avantageux, à la différence de la technique conventionnelle de l'introduction de fibres courtes dans le mortier de ciment, de préétablir une structure de fibres déterminée, dans laquelle les constituants minéralisés puissent Etre introduits sans affecter l'orientation des fibres La résistance de la pièce obtenue peut ainsi &tre ajustée de façon contrôlée à des valeurs préfixées dans la direction longitudinale et dans la direction transversale L'emploi de filaments exclut les nuisances sur le plan de la santé, par la poussière de fibres par exemple. La demanderesse a constaté avec étonnement que la résistance des fibres peut être exploitée de façon particulièrement avantageuse lorsque des filaments sont épandus ou déposés en une texture d'épandage parallélisée Les filaments sont dans ce cas assemblés pour la plupart en faisceaux dont la forme varie de façon continue dans le sens de la longueur des faisceaux, sur lesquels des portions aérées alternent sans cesse avec des portions denses et qui présentent en eux-mêmes, en partie au moins, une texturation irrégulière de direction changeante, c'est-A-dire une torsion qui est tantôt à gauche tantôt à droite Le matériau minéral n'ayant pas encore fait prise peut ainsi pénétrer à certains intervalles à l'intérieur de la structure de chaque faisceau de filaments et y former, lors de la prise, une sorte d'ossature solide empochant tout déplacement ultérieur du faisceau de filaments par rapport au matériau minéral durci Les caractéristiques de résistance des fibres de renforcement et celles du matériau minéral durci peuvent ainsi se compléter de manière optimale, Il s'ensuit que l'invention permet de produire non seulement des pièces très résistantes rela- tivement simples mais aussi des pièces moulées de forme compliquée, des tubes et d'autres corps creux A faible épaisseur de paroi par exemple. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention, les filaments réunis en une structure d'épandage parai- lélisée forment des faisceaux qui sont comprimés au moins à certains intervalles Le verbe "comprimer" désigne ici un degré de compression ou de rassemblement qui exclut pratiquement la pénétration du mélange réactionnel du matériau minéral dans les interstices des filaments, Le maintien des filaments au même endroit sous l'application de forces extérieures est ainsi encore amélioré davantage. Les faisceaux peuvent contenir des filaments ou des constituants de filaments qui recouvrent totalement ou partiellement d'autres filaments ou constituants de filaments qui sont attaqués par le matériau minéral, de manière à les protéger contre l'attaque chimique Il est particulièrement avantageux d'utiliser des filaments biconstituants comprenant un noyau d'un polymère de haute résistance qui est enrobé de façon continue par une enveloppe d'un polymère insensible aux influences chimiques auxquelles il sera exposé dans l'application envisagée Les deux constituants peuvent aussi être disposés parallèlement, de sorte que le filament porteur est protégé contre les influences chimiques sur une partie au moins de sa surface. Des filaments biconstituants de ces deux types peuvent également être mélangés dans une même pièce moulée A côté de cela, il est possible aussi de réunir des faisceaux de filaments d'une texture d'épandage en un voile dans lequel les filaments situés à l'extérieur des faisceaux sont en une matière ayant un effet protecteur, tandis que les filaments situés à l'intérieur possèdent une plus grande résis- tance à la traction. Dans les procédés utilisés jusqu'à présent pour produire des pièces moulées comme celles dont il est question ici, il est habituel de noyer les fibres de renforcement dans le mélange réac- tionnel du matériau minéral, de mouler ce mélange puis de produire sa prise Cependant, suivant la nature des fibres utilisées et suivant le mode de moulage, des difficultés considérables peuvent se présenter dans ces procédés pour obtenir une répartition uniforme des fibres, l'absence d'une telle répartition uniforme conduisant bien entendu à des endroits défectueux ou de faible résistance sur les produits obtenus. L'invention vise également à proposer un procédé pour produire des pièces moulées en un matériau minéral faisant prise, tel que ciment, platre ou un matériau analogue, qui assure une distribution uniforme et contrôlée des fibres de renforcement utilisées dans la pièce moulée. Selon l'invention, un procédé comme indiqué ci-dessus est caractérisé en ce que l'on imprègne un voile, formé de filaments organiques déposés en une structure d'épandage parallélisée, du mélange réactionnel du matériau minéral, on met le voile imprégné dans la forme désirée et on produit la prise du mélange réactionnel. Le procédé proposé est applicable non seulement à la production de petites pièces compliquées mais aussi, par exemple, au renforcement de dalles de ciment ou de béton pour la construction des routes Le voile est à cet effet amené à l'état préfabriqué au chantier, o il peut être noyé directement dans la couche de ciment ou de béton frais Il suffit pour cela de dérouler le voile, consti- tué de filaments organiques déposés en une texture d'épandage paral- lélisée, et de l'introduire en l'imbibant du mortier ou autre mélange de ciment au moyen de dispositifs de vibration mécaniques. La figure unique du dessin annexé est une vue schéma- tique, en perspective> d'une partie d'une pièce moulée en forme de plaque selon l'invention. Sur le dessus de la plaque représentée au dessin, on voit la disposition des faisceaux de filaments parallélisés A qui ont été déposés sans orientation préférentielle dans une struc- ture d'épandage Les bords de la plaque montrent la disposition en faisceaux des filaments, avec protection des filaments B à l'inté- rieur des faisceaux par les filaments extérieurs C contre les actions de la charge alcaline de ciment D A la place des filaments repré- sentés, il est possible aussi, comme déjà mentionné dans ce qui précède, d'employer des filaments biconstituants avec un noyau de haute résistance mécanique et une enveloppe polymère inerte. L'armature de fibres peut être réalisée par exemple au moyen du dispositif décrit dans le brevet allemand 15 60 801. La figure 1 de ce document représente une rangée de trous de filage par lesquels peuvent être filés des filaments continus à un ou plu- sieurs constituants, lesquels peuvent etre déposés, comme représenté sur la figure 3 de ce document, au moyen d'un organe d'appel aéro- dynamique, en une texture d'épandage parallélisée sur une bande perforée Après le dépôt, les filaments peuvent Etre imprégnés, par exemple d'un mélange de ciment à l'eau Il s'est avéré avantageux d'ajouter à ce mélange une dispersion d'un polymère organique, par exemple d'un polymère ou d'un copolymère d'acrylate Cette addition améliore la liaison entre le mélange de ciment et l'armature de fibres On obtient les meilleurs résultats par une addition de 5 à 20 % d'une dispersion d'acrylate du commerce Le voile peut être réalisé comme décrit ci-après à titre d'exemple. On utilise un dispositif de filage comme décrit dans le brevet allemand précité, dans lequel les filières sont précédées d'une boudineuse de filage d'un diamètre de vis de 45 mm La masse fondue sortant de cette boudineuse est amenée par des pompes à des filières possédant chacune 130 orifices en rangées de trois Les orifices ont un diamètre de capillaire de 0,3 mm et une longueur de capillaire de 0,75 mm Sous les filières se trouve une hotte refroidie à l'eau de 2 m de long qui sert au refroidissement des filaments déformés tombant à travers elle Pour l'étirage-filage des filaments préfilés, on emploie un injecteur à air comprimé La température de filage est de 2850 C. On file du téréphtalate de polyéthylène ayant une viscosité relative de 1,385 jusqu'à 300 C On détermine la viscosité avec une solution à 0,5 % dans un mélange de phénol/o-dichlorobenzène ( 3:2). Les nappes de filaments qui viennent d' tre filés sont tirées des filières et étirées à une vitesse de 6000 m/min par de l'air pour Etre amenées à une bande de transport o ils sont reçus sans orientation préférentielle en une texture d'épandage parallé- lisée, jusqu'à obtention d'une masse surfacique de 200 g/m Les filaments ont une résistance de rupture de 3,4 N/dtex, un allongement de rupture de 83 % et un retrait à l'ébullition inférieur à 1 % La masse volumique des filaments est de 1,361 kg/m 3 et le titre des filaments individuels est de 5,9 dtex Les filaments formant la texture d'épandage sont disposés par faisceaux de deux, trois ou davantage de filaments, en mélange avec des filaments isolés, à 2515 167 la façon des fibres dans un voile à fibres non orientées. On imprègne la structure plate ainsi obtenue-d'un mélange de ciment à 50 %, auquel on a ajouté 10 % d'une dispersion d'acrylate On dispose le corps ainsi obtenu sous la forme d'une plaque, que l'on laisse durcir Le rapport pondéral est de 200 g de voile pour 300 g de mélange de ciment La plaque possède des valeurs élevées de résistance et de résilience Les filaments du voile sont noyés comme matrice dans la structure de ciment et les particules hydratantes sont distribuées et noyées pour l'essentiel dans les espaces libres entre les filaments. R E V E N D I C A T I O N S 1 Pièce moulée en matériau minéral faisant prise, tel que ciment ou plâtre, et dans lequel sont noyées des fibres de renforcement, caractérisée en ce que les fibres de renforcement(B, C) sont des fibres continues ou filaments d'un polymère organique, qui sont réunis sous forme d'une texture d'épandage parallélisée en un voile. 2 Pièce moulée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les filaments parallélisés forment des faisceaux (A) qui sont fortement comprimés à des intervalles déterminés au moins. 3 Pièce moulée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les faisceaux (A) contiennent des filaments ou des consti- tuants de filaments qui recouvrent entièrement ou partiellement des filaments ou des constituants de filaments attaqués par le matériau minéral. 4 Procédé pour produire une pièce moulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, selon lequel des fibres de renforcement sont noyées dans le mélange réactionnel d'un matériau minéral qui est mis en forme et qui fait prise, caractérisé en ce que l'on imprègne un voile, formé de filaments organiques déposés en une structure d'épandage parallélisée, du mélange réactionnel (D) du matériau minéral, on met le voile imprégné dans la forme désirée et on produit la prise du mélange réactionnel.