Brevet FR2513939A1 — publié le 19830408

1. L'invention concerne un mat de fibres multicouches pour la fabrication de pièces moulées à la presse, telles qu'on les utilise par exemple dans l'industrie automobile pour les revêtements intérieurs de véhicules, ainsi qu'un procédé pour la confection dudit mat. On connait déjà des mats monocouches ou multicouches destinés à différentes utilisations, composés de nappes de fibres non cardées, additionnées d'adhésifs les plus divers et à des concentrations variées Ainsi par exemple, dans l'industrie des appareils sanitaires, il est d'usage, depuis longtemps, de se servir de produits en nappes multicouches dont les couches externes se composent de fibres relative- ment longues, de qualité supérieure, tandis que la couche médiane est faite de substances cellulosiques à fibres cour- tes ou en d'autres matières de qualité moindre On retrouve des structures stratifiées analogues à fibres de qualité dégradée dans des mats calorifuges ou isolants connus en fibres de verre, en fibres d'amiante ou en mélanges de ces matériaux De plus, il n'est pas nouveau, notamment dans l'industrie du meuble, de confectionner des planches en ag- gloméré, par exemple pour la fabrication de meubles de cui- sine, en disposant des couches successives de copeaux ou débris de bois, additionnés de résines thermoplastiques ou thermodurcissables. Les problématiques, spécifications et objectifs qui se présentent aux branches industrielles précitées sont cepen- dant de nature très différente et exigent des solutions très diverses, rarement comparables entre elles, même dans des domaines partiels. Dans la déformation de mats de fibres en nappes de co- peaux, en cellulose ou en fibro-cellulose, les difficultés principales résident dans l'emploi obligatoire de matériaux à prix aussi bas que possible, associé à des procédés de dé- formation donnant des configurations spatiales complexes, sans laisser se produire des pertes d'épaisseur ni surtout des ruptures de la structure fibreuse, relativement lâche. Pour pallier ces difficultés, on connaît un procédé qui consiste à appliquer à des fibres de bois de longueur 2. suffisante des mélanges de liants thermodurcissables et thermoplastiques et à les vaporiser pendant le processus de déformation, c'est-à-dire à les rendre assez souples pour que, dans un moulage par étapes, des pièces assez complexes puissent être confectionnées avec une qualité correcte. L'effort tendant à pouvoir utiliser des liants ther- moplastiques aussi peu coûteux que possible, -liants qui, on le sait, ne résistent pas à l'oxydation, notamment sous l'influence de la chaleur-, se heurte à des difficultés du fait que l'emploi de-ces matériaux impose des limites, éco- nomiquement non justifiables, à l'évolution tendant à ac- célérer les cadences de l'opération de moulage L'accélé- ration des cadences ne peut donc pas être réalisée avec emploi de liants thermoplastiques onéreux par suite de l'élévation de température des pièces qu'elle implique, ce qui est vrai aussi pour l'emploi de matières fibreuses à fibres courtes, avantageuses quant au prix, mais dont un traitement exempt de déchets ne pouvait être obtenu jusqu'à présent qu'en mettant en oeuvre des quantités plus impor- tantes de liants, notamment thermodurcissables. C'est sur ce point qu'intervient l'invention, qui a pour but de proposer une composition de mats de fibres tel- le qu'il soit possible d'utiliser pour les moulages préci- tés, notamment pour la confection de pièces pour l'industrie automobile, de fortes proportions de liants à bon marché, ainsi que des fibres peu coûteuses, malgré des spécifica- tions élevées de qualité imposées aux pièces terminées. L'autre objet de l'invention consiste à proposer un procédé pour la confection de ces mats de fibres. La solution de ce problème est obtenue, selon l'inven- tion, par l'application, sur ledit mat, d'une pression sous une température située dans une plage allant approximative- ment de 170 'C à 2100 C, le mat se composant de fibres de cellulose, de ligno-cellulose ou similaires disposées en deux couches extérieures dont la matière fibreuse constitue de 10 % à 30 % du total des fibres et contient au moins une partie de résines plastiques thermodurcissables pouvant être moulées à la presse entre 170 'C et 210 'C, ainsi qu'en une 3. couche médiane placée entre les couches extérieures et con- tenant un liant thermoplastique dont la résistance à l'oxy- dation est insuffisante dans la plage de températures pré- citée. Des modes d'exécution avantageux de cette solution sont prévus, notamment pour ce qui concerne des procédés de fabrication particulièrement idoines. Bien que, pour l'objet évoqué ici, le problème cité existe depuis longtemps, on ne connait encore aucune propo- sition pour l'utilisation de liants à bon marché, par exem- ple de bitume, même en grandes quantités pour des matières à fibres courtes, qui puisse évoquer ni même suggérer la composition d'un mat de fibres multicouches selon l'inven- tion Les méthodes préconisées auparavant par l'homme de l'art consistaient plutôt, soit à augmenter la proportion de matières thermodurcissables coûteuses, soit à améliorer le traitement de mats de fibres avec des proportions lé- gèrement inférieures de résines thermodurcissables grâce à l'addition de couches de support en tissu de grande va- leur. Ainsi, l'avantage que confère l'emploi d'un mat de fibres multicouches composé et confectionné selon l'inven- tion, comportant des couches fibreuses extérieures avec, le cas échéant, une partie de fibres longues, avec une quanti- té de liants thermodurcissables suffisante pour lesdites couches extérieures, mais relativement faible par rapport à l'ensemble, ainsi qu'une couche médiane en fibres de bois en majorité peu coûteuses additionnées de bitume, lui-même peu onéreux, réside dans la possibilité d'utiliser de gran- des quantités de liants à bon marché De plus, ces mats de fibres sont plus hydrofuges et leur déformabilité est amé- liorée Un autre avantage réside dans la suppression des odeurs gênantes, entraînées par ailleurs du fait de la présence de liants à bon marché contenant une proportion de bitume, car la couche médiane est complètement recouver- te par les couches extérieures, qui enferment totalement le bitume ou les liants thermoplastiques grâce à leur propor- tion additionnelle de matières thermodurcissables De même, 4. la structure multicouches assure une augmentation de la déformabilité ainsi qu'une amélioration optique et méca- nique du produit fini. En effet, la matière thermodurcissable de grande va- leur, qui n'est ajoutée à la masse totale du mat de fibres qu'en quantités réduites dans les couches extérieures, aug- mente considérablement la qualité de la surface et crée des facilités nouvelles d'une structuration quelconque de la surface de la pièce moulée. D'autres avantages considérables se présentent, grace à l'emploi du mat de fibres multicouches ainsi décrit pour l'emploi précité, pendant le processus de déformation, c'est-à-dire au moment du moulage qui transforme les mats en pièces finies, pour les raisons suivantes. Les liants thermoplastiques visés, par exemple le bi- tume, ne peuvent être chauffés pendant le moulage que d'une façon très modérée car, à haute température, ils s'oxydent fortement en perdant leurs qualités adhésives Or, compte tenu du débit des presses que réclame l'augmentation indis- pensable de la cadence de production, il était impossible jusqu'à présent d'employer pratiquement du bitume ou d'au- tres liants peu onéreux, et la mise en oeuvre de matières thermodurcissables de qualité, donc coûteuses, semblait inévitable. Le mat multicouches préconisé réunit, pour les appli- cations précitées, les avantages qui résultent, d'une part, de l'emploi de matières thermodurcissables pour le traite- ment ainsi que pour la qualité du produit fini et, d'autre part, de celui de matières thermoplastiques, tout en évi- tant les inconvénients En effet, la faible résistance à l'oxydation du liant thermoplastique, même en quantités élevées, dans la couche médiane n'apporte aucune gêne si l'on applique des couches extérieures minces de nappes de fibres imprégnées additionnellement de résines thermodur- cissables, tandis que la cadence des presses peut augmenter considérablement en appliquant des températures élevées En plus de cette accélération substantielle de la cadence des presses, il devient désormais possible de confectionner des 5. pièces moulées nettement améliorées vis-à-vis des fabri- cations connues comparables, même par leurs autres pro- priétés, notamment l'aspect esthétique et l'absence totale d'odeurs. Enfin, un autre avantage résulte de la méthode de confection du mat multicouches ainsi décrit, dans laquelle les fibres sont appliquées par ruissellement sur un support de nappe, par exemple une tôle perforée, audessous de laquelle on établit une dépression En effet, jusqu'à pré- sent, on devait accepter, selon la largeur des perforations de ladite tôle, des pertes considérables de matières lors- que celles-ci comportaient des éléments pulvérulents et de très faible longueur de fibres. L'inclusion totale de la couche médiane, contenant des additifs thermoplastiques, dans les couches extérieures contenant une part de liants thermodurcissables empêche le risque d'encrassement, latent dans d'autres procédés, des outils de la presse. Dans le procédé préconisé, en effet, les fibres des- tinées à la première couche extérieure, comprenant au moins une partie de fibres longues, sont d'abord déposées par ruissellement sur la bande perforée de tamisage et c'est seulement après que la couche médiane, composée de préfé- rence d'éléments à fibres courtes, est appliquée à son tour, ce qui permet de retenir davantage d'éléments pulvé- rulents, la couche inférieure à fibres longues servant en quelque sorte de piège à poussières De plus, la confection du mat de fibres multicouches selon le procédé préconisé entraîne d'autres perfectionnements, notamment par la pos- sibilité de colorer les fibres, d'ajouter des additifs spéciaux comme, par exemple, des fongicides et des substan- ces ignifuges, et surtout la faculté d'ajouter des fibres en résines synthétiques dans la couche médiane Il est par- ticulièrement avantageux, à cet égard, d'employer des fibres thermoplastiques ayant un point de ramollissement inférieur à 2000 C On peut ajouter les parties à fibres courtes et/ou longues à la couche médiane ou aux couches extérieures, soit après leur ruissellement sur le support de nappe, par exemple 6. la bande transporteuse de tamisage, après l'addition des différents liants et après répartition des courants par- tiels, avec mixage suffisant, soit encore avant ces opé- rations On peut partir, pour toutes les trois couches du mat de fibres, d'une matière fibreuse unique avant son dé- pôt sur le support des nappes, en se contentant d'ajouter au choix, aux courants partiels formant les couches exté- rieures, des additifs exempts de liants thermoplastiques, ou bien n'effectuer la séparation des courants partiels qu'après avoir appliqué à toute la masse fibreuse des liants thermoplastiques. Des exemples d'exécution sont donnés ci-après sous la forme de tableaux d'ensemble, à titre d'explication plus détaillée. On peut tout d'abord déduire de ces exemples d'exécu- tion qu'il est possible de confectionner des pièces moulées possédant des propriétés techniques qui correspondent à l'état antérieur de la technique, mais qui présentent des améliorations en ce qui concerne l'hydrofugation et l'absen- ce de gonflement Ceci veut dire que des liants relativement peu nobles peuvent être utilisés dans la couche médiane des mats de fibres multicouches selon l'invention, Le faible prix de revient de ces liants de qualité inférieure permet d'en augmenter la quantité, obtenant ainsi des taux plus faibles d'absorption d'eau et de surépaisseurs de gonfle- ment Il en résulte une meilleure résistance aux agents climatiques, une réduction de l'étirage et une meilleure tenue à l'humidité. De plus, les pièces moulées selon les exemples d'exé- cution présentent, (ce qui ne ressort pas des tableaux eux- mêmes), des surfaces plus lisses, donc de meilleurs pro- priétés d'adhérence pour les colles utilisées lors des opérations subséquentes de placage ou de laquage. 7. TABLEAU I: MATIERES PREMIERES UTILISEES _ i Liant pour couches extérieures: Colorants pour couches extérieures: polymères d'ester d'acide acryli- que "Acronal 12 DE", produit par BASF, présenté sous forme de bain à dispersion avec 40 Z à 50 Z de résine. I Dispersion de noir de fumée "Derusol Z 35 ", produit par DEGUSSA; composition de la dispersion prête à la livraison. II "Noir de laque HBG", produit par BAYER, utilisable (disper- sion de colorant) prêt à la livraison. III "Waxoline black" produit par ICI (colorant en poudre). Liants pour couche médiane: Matière fibreuse (couches extérieures et médiane): A Bitume type HVB 95/105, produit par SHELL. B Bitume type R 135/10, produit par SHELL. C Bitume type HVB 85/95, produit par SHELL. Fibres de bois de calibres variables. TABLEAU 2 Température de la pre (pour tous les exempl Effort de la presse: Encollage: : CONDITIONS DE FABRICATION *sse Les): 195 C. variable, selon la densité des pièces. séparément pour les couches ex- térieures et la couche médiane; dans les exemples I et 3, encol- lage et coloration des couches extérieures par opérations dis- tinctes. Indications quantitatives: selon le poids de sicc abs de la fibre, rapporté, en cas-de bains de colles et de colorants, au bain (et non aux parts abso- lues de résines ni de colorants). TABLEAU 3: EXEMPLES D'EXECUTION Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 Fibres de la couche Longueur de fibres: Longueur de fibres: Longueur de fibres: extérieure 3 à 8 mm ( 80 % plus 2 à 6 mm ( 90 Z plus 7 à 10 mm ( 70 % plus courtes que 1000 ") courtes que 600) courtes que 1500 ') Encollage de la couche extérieure bain 6 % bain 4 % mélangé avec bain Il Z un bain colorant et encollé ensemble Colorant pour couches extérieures bain I, 4 % bain I, 4 % liant de couchesexté- rieures: 4 %; bain II: 4 %, poudre III: 2 % Fibres de la couche 40 % à 55 % supérieures 60 % à 80 % supérieures 40 % à 50 % supérieures médiane à 2000 à 2500 # à 3000 % à 20 % 2000 a à 1000 " 10 % à 15 % 2000 " à 1000 " 35 % à 40 % 3000 " à 2000 " % à 20 % 1000 " à 500 >Z 5 % à 10 % 1000 " à 500 " 5 % à 15 % 2000 " à 1000 " 0 % à 50 % inférieures 5 % inférieures 5 % à 15 % inférieures à 500 y à 500 y à 1000 Encollage de la liant B, 10 % couche médiane liant A, 10 % liant B, 14 % liant C, 10 % _ (mélangés avant encollage) Proportion de fibres dans les couches extérieures 15 % 20 % 10 % Résistance à la 2 flexion (à sec) en N/cm 26000 7000 7500 Absorption d'eau (en % en 24 heures) 25 20 15 Gonflement (en % en 24 H) 20 18 20 Densité en g/cm 3 1, 05 1 O 0,85 co L Ai w O 13939 9. Un exemple d'exécution avantageux de mats de fibres multicouches selon l'invention fait l'objet des Fig 1 et 2 La Fig 1 est une vue en coupe schématique de la struc- ture du mat, la Fig 2 étant une coupe à grande échelle. La Fig 3 montre de façon plus précise, à l'aide d'un schéma fléché, la fabrication du mat de fibres multicouches illustré aux Fig 1 et 2. Sur les Fig 1 et 2, les couches extérieures sont no- tées 1, la couche médiane 2 Dans cette dernière est incor- porée une couche de fibres de polypropylène 3, dont la lon- gueur est comprise entre 0,5 cm et 4 cm Ces fibres plas- tiques sont fixées en outre par adhérence dans la couche médiane 2 grâce à la pulvérisation d'un adhésif supplémen- taire composé de latex. Les couches extérieures 1 et la couche médiane 2 se composent de fibres de bois provenant d'une préparation unique et contiennent un produit d'encollage commun com- posé d'environ 11 % de bitume et de 1,6 % de résine phé- nolique D'autres produits d'encollage supplémentaires sont amenés en outre, pendant la confection du mat multicouches, aux couches extérieures 1, lesdits produits se composant de résines acryliques et mélaminiques, ainsi que de noir de fumée et de cire. La proportion quantitative en fibres des couchés exté- rieures 1 dans l'ensemble du mat est d'environ 10 % à 30 %. Le liant thermoplastique destiné à la couche médiane con- tient au moins 12 % à 15 % de bitume et 1 % à 3 % de résine phénolique La couche médiane 2 contient de 2 % à 15 %, plus particulièrement de 2 % à 5 %, de fibres de polypro- pylène; de 3 % à 15 %, de préférence de 5 % à 10 %, de bi- tume; de 0,5 % à 3 %, de préférence de 1 % à 3 %, de latex et de 0,5 % à 6 %, de préférence de 1 % à 3 %, de résine phénolique. Un exemple de composition du mat selon l'invention des Fig 1 et 2 est le suivant: U 153939 10. Région 1, 30 % 22,58 % Fibres de bois 2,55 % Bitume 0,38 % Résine phénolique 3,78 % Résine acrylique 0,225 % Noir de fumée 0,45 % Résine mélaminique 0,045 % Cire Région 2, 70 %: 57 % Fibres de bois 7 % Bitume 3, 5 % Fibres de polypropylène 1,5 % Latex 1,05 % Résine phénolique La Fig 3 explique schématiquement la confection du mat. Dans cette figure, un poste d'encollage 4 assure d'abord l'enrobage de toutes les fibres par du bitume et de la rési- ne phénolique dans la proportion indiquée Les fibres de bois, ainsi encollées, traversent un séchoir 5 En aval du séchoir, le courant de fibres se divise: la plus grande partie des fibres ainsi préparées est dirigée vers des têtes de dispersion 8, soit directement, soit à travers un réser- voir intermédiaire (non représenté) Les têtes de dispersion 8 forment la couche médiane qu'elles déposent sur une bande de support 11, entraînée par des rouleaux 12 et se déplaçant dans la direction des flèches Le courant dérivé, qui bi- furque du courant principal en aval du séchoir 5, est des- tiné à former les couches extérieures 1 et parcourt, à cet effet, un poste d'encollage supplémentaire 6 dans lequel un adhésif, composé de résines (plus généralement des résines plastiques thermodurcissables pouvant être moulées à la presse entre 1700 C et 210 'C) acrylique et mélaminique ad- ditionnées de carbone (noir de fumée) et de cire, est ajouté aux fibres déjà encollées Ensuite, ce courant dérivé est acheminé vers des têtes de dispersion 7 pour constituer les couches extérieures. Entre les têtes de dispersion 8 qui forment la couche médiane se trouve une tête de dispersion 9 supplémentaire, il. grâce à laquelle un jet monocouche de fibres de polypropy- lène 3 de longueur adéquate est déposé k l'intérieur de la couche médiane 2 Grâce à un dispositif de pulvérisation 10, le liant additionnel (latex) destiné à fixer les fibres de polypropylène 3 est directement acheminé vers la zone d'in- corporation de ces dernières Le mat continu, formé de la manière décrite à l'aide des têtes de dispersion 7, 8, 9 et du dispositif de pulvérisation 10, parcourt ensuite des cy- lindres de calandrage connus, (non représentés), entre les- quels il est précomprimé pour former un produit utilisable. Des installations auxiliaires, destinées à égaliser l'épais- seur des différentes couches du mat, et qui se présentent sous la forme de rouleaux décapeurs et de cylindres à poin- tes, ainsi que de brosses rotatives, appartiennent égale- ment à l'état antérieur de la technique et ne sont pas représentés à la Fig 3, dans un but de clarté. On peut aussi inclure dans les couches extérieures des fibres de cuir et/ou de coton. L'introduction des fibres plastiques 3, sous une forme de pellicule monocouche, dans la zone centrale de la couche médiane 2 et leur fixation à l'aide d'un liant supplémen- taire de latex donnent l'avantage de constituer, à l'inté- rieur du mat, une couche en forme de maillage, bien adhé- rente, qui favorise par la suite le processus de déforma- tion dudit mat, car elle est capable d'absorber des efforts de traction et d'inhiber les contraintes locales excessives de tension au cours du moulage ultérieur du mat. Si le point de ramollissement des fibres plastiques 3 se trouve au-dessous de la température du traitement ulté- rieur des mats au cours du moulage à chaud, on obtient un avantage supplémentaire du fait que les fibres plastiques, disposées en couche unique, se recollent et forment, de ce fait, un tissu d'armature continu dans la pièce De plus, en pareil cas, l'adhérence entre les fibres plastiques et les fibres de bois se trouve améliorée. 12. R E V E N D I C A T I O N S 1 Mat de fibres multicouches destiné à la fabrica- tion de pièces moulées à la presse caractérisé par l'appli- cation, sur ledit mat, d'une pression sous une température située dans une plage allant approximativement de 170 'C à 2100 C, le mat se composant de fibres de cellulose, de li- gno-cellulose ou similaires disposées en deux couches exté- rieures ( 1) dont la matière fibreuse constitue de 10 % à % du total des fibres et contient au moins une partie de résines plastiques thermodurcissables pouvant être moulées à la presse entre 170 'C et 2100 C, ainsi qu'en une couche médiane ( 2) placée entre les couches extérieures et conte- nant-un liant thermoplastique dont la résistance à l'oxyda- tion est insuffisante dans la plage de température précitée. 2 Procédé pour la confection d'un mat de fibres multicouches selon la revendication 1, par dépôt en cou- ches successives des matières constitutives, sous forme de ruissellement, sur une bande transporteuse ( 11), puis par égalisation et compression desdites matières avant le mou- lage, caractérisé en ce que la matière fibreuse destinée aux trois couches est d'abord imprégnée, au moins en par- tie, de l'additif liant thermoplastique de la couche mé- diane, qu'ensuite, avant le dépôt sur la bande transporteuse, la partie des fibres destinée aux couches extérieures est dérivée du courant d'ensemble des fibres et additionnée en sus d'une résine plastique thermodurcissable et enfin que les quantités partielles de fibres destinées respectivement à chacune des couches sont acheminées vers la bande trans- porteuse ( 11) dans un ordre approprié. 3 Procédé pour la confection d'un mat de fibres multicouches selon la revendication 1, par dépôt de couches successives des matières constitutives, sous forme de ruis- sellement, sur une bande transporteuse ( 11), puis par éga- lisation et compression desdites matières avant le moulage, caractérisé en ce que les matières fibreuses destinées aux couches extérieures ( 1) et celles destinées à la couche mé- diane ( 2) sont pourvues séparément soit de leurs liants thermodurcissables, soit de leurs liants thermoplastiques, J 9939 13. avant d'être acheminées vers la bande transporteuse. 4 Procédé pour la confection d'un mat de fibres multicouches selon l'une au moins des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la masse de fibres destinée aux couches extérieures ( 1) est imprégnée par une résine acry- lique, éventuellement modifiée, tandis que le liant thermo- plastique destiné à la couche médiane contient au moins 12 % à 15 % de bitume et 1 % à 3 % de résine phénolique. Procédé pour la confection d'un mat multicouches selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les couches extérieures ( 1) sont additionnées de fibres en cuir et/ou de coton. 6 Mat de fibres multicouches selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche médiane ( 2) contient en supplément des fibres en matière plastique, de préférence thermoplastique. 7 Mat de fibres multicouches selon l'une des reven- dications 1 et 6, caractérisé en ce que la couche médiane ( 2) contient de 2 % à 15 %, plus particulièrement de 2 % à 5 %, de fibres de polypropylène; de 3 % à 15 %, de préfé- rence de 5 % à 10 % de bitume; de 0,5 % à 3 %, de préf 6- rence de 1 % à 3 % de latex et de 0,5 % à 6 %, de préférence de 1 % à 3 %, de résine phénolique. 8 Mat de fibres multicouches selon l'une des reven- dications 1, 6 et 7, caractérisé en ce que, en sus de leur imprégnation par le bitume et la résine phénolique, les couches extérieures sont imprégnées aussi de résines acry- liques et mélaminiques. 9 Mat de fibres multicouches selon l'une des reven- dications 6 à 8, caractérisé en ce que les couches extérieu- res contiennent des matières colorantes et hydrofuges, ainsi que des composants inodorisants. Mat de fibres multicouches selon l'une des reven- dications 6 à 9, caractérisé en ce que les fibres plasti- ques additionnelles citées à la revendication 6 sont en matières thermoplastiques dont le point de ramollissement est inférieur à la température à laquelle les mats sont 14. soumis pendant leur moulage à chaud et que lesdites fibres additionnelles sont disposées approximativement au milieu de la couche médiane dudit mat, o elles peuvent être fi- xées par un liant de latex.