Brevet FR2518140A1 — publié le 19830617

La présente invention concerne une matière com- posite de revêtement qui peut être liée à une matière d'ar- mature ou de renforcement. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 489 639 décrit une telle matière de revêtement qui comporte une feuille thermoplastique liée à une étoffe, un tricot ou un non-tissé, contenant à la fois des fibres de verre et des fibres thermoplastiques Les fibres thermoplasticues donnent une bonne adhérence à la feuille thermoplastique, et l'étoffe dans on ensemble constitue une couche récep- trice à laquelle une matière en vrac d'armature, par exem- ple une résine armée de fibres, peut se fixer Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 228 208 décrit le même type de matière de revêtement dans lequel l'étoffe à des poils donnant un meilleur accrochage de la matière d'armature. L'une des principales applications de ces ma- tières composites de revêtement est la construction d'ins- tallations chimiques afin que les réservoirs, les réacteurs et les tuyauteries soient munis d'un revêtement résistant chimiquement Il est manifeste que, dans ces applications, une bonne adhérence entre la matière du revêtement et son armature ou renforcement est essentielle pour les caracté- ristiques de la structure formée Le terme "revêtement" n'est pas limité aux seules surfaces internes mais s'ap- plique aussi aux surfaces externes, par exemple à des gai- nages et parements. t Jne matière composite selon l'invention, conve- nant à l'accrochage d'une matière d'armature, comporte une couche de revêtement formée d'une matière thermoplas- tique et ayant une face de revêtement et une face opposée, une nappe fibreuse non-tissée dont l'une des faces est collée à la face opposée de la couche de revêtement et dont l'autre face est exposée, et des filaments continus qui sont cousus dans la nappe et qui passent alternative- ment entre la face exposée de la nappe et la face opposée de la couche du revêtement, les filaments continus étant collés à la face opposée de la couche de revêtement en de multiples emplacements distants les uns des autres. Comme indiqué précédemment, on a déjà proposé l'utilisation de non-tissés à cet effet car ils sont peu coûteux par rapport aux tissus Ceux qu'on a utilisé indus- triellement ont compris des nappes aiguilletées donnant des caractéristiques raisonnables dans de nombreuses ap- plications mais ne convenant pas très bien lorsque des caractéristiques poussées sont nécessaires Lexamen du mode de défaillance de ces structures comprenant une ma- tière composite armée de revêtement, réalisées avec de telles étoffes, a montré que les défauts ont tendance à apparaître dans la structure de l'étoffe elle-même plutôt que par séparation de l'étoffe et de la couche de revête- ment ou de la couche de renforcement. L'étoffe utilisée dans la matière composite selon l'invention remédie à cet inconvénient car la nappe fibreuse est elle-même renforcée par les filaments continus qui sont cousus à travers elle et en outre, ces filaments, comme ils sont collés en de nombreux emplacements distants à la couche de revêtement et comme ils sont aussi disponibles du côté d'une matière de renforcement placée sur la face exposée de la nappe, assurent une liaison directe robuste entre la couche de revêtement et la matière de renforcement. La couche de revêtement peut être formée de toute matière thermoplastique qui peut être mise sous forme d'une feuille ou d'une autre configuration, par exemple sous forme de réacteur ou tuyauterie moulé ou extrudé, et qui convient à la tâche nécessaire de revêtement Dans une installation chimique, il est préférable d'utiliser des matières plastiques résistant aux produits chimiques; notamment du propylène et du fluorure de polyvinylidène. D'autres matières thermoplastiques qui conviennent sont d'autres polyoléfines, des polycarbonates, des polyéthers, des polyaldéhydes, des résines polyvinyliques et du poly- styrène. La nappe fibreuse non-tissée peut être une nappe de fibres coupées formée par les techniques classiques de cardage et de nappage Le terme "nappe" désigne des ensembles multicouche à plusieurs nappes, par exemple des molletons Des nappes de filaments continus peuvent aussi être utilisées, par exemple celles qui sont formées par étalement d'une mèche de filaments, par mise en suspension de la mèche dans des courants d'air divergents ou dans un courant divergent de liquide, puis par nappage à sec ou à l'état humide de la mèche étalée afin qu'elle forme une nappe cohérente de filaments. Les fibres de la nappe sont de préférence des fibres synthétiques Les fibres de polyester conviennent particulièrement bien étant donné leur résistance chimique. Les filaments continus utilisés pour la couture transversale de la nappe doivent avoirune résistance mécanique suffisante dans leur rôle d'armature et les filaments synthétiques conviennent à cet effet, les filaments de polyester étant préférables étant donné la combinaison qu'ils possèdent d'une bonne résistance mécanique et d'une bonne résistance chimique Un autre avantage des filaments de polyester est qu'ils ne se ramollisent pas aux températures utilisées pour la stratification avec une couche avantageuse de re- vêtement formée de polypropylène. La nappe peut être cousue sur toute machine à coudre convenable, en particulier les machines à grand débit vendues sous les noms "Mali" et "Arachne" La cons- truction des points peut être simplement des points de chaînette simple ou un point de tricot ou une combinaison des deux La taille et la fréquence des pointspeuvent être choisies afin que le degré voulu de renforcement par les points soit obtenu. La nappe cousue peut être collée à la couche thermoplastique de revêtement à l'aide d'un adhésif inter- médiaire, mais le procédé le plus avantageux comprend le ramollissement de la surface opposée de la couche de revê- tement par chauffage ou à l'aide d'un solvant, puis l'as- sociation par fusion de la face de la nappe cousue à la surface ramollie Les parties exposées des filaments con- tinus cousus à travers la nappe sont aussi associées à la surface ramollie de la couche de revêtement à plusieurs emplacements Dans le cas d'une couche de revêtement com- prenant une feuille, la nappe cousue peut être calandrée sur la feuille lorsque sa surface est encore molle juste après extrusion comme décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique na 3 489 639. L'invention concerne aussi une paroi dont la structure comporte une couche de revêtement d'une matière thermoplastique ayant une face de revêtement et une face opposée, une couche d'une matière de renforcement ou d'ar- mature, une nappe fibreuse non-tissée dont une face est. collée à la face opposée de la couche de revêtement et dont l'autre face est collée à la couche de matière d'ar- mature, et des filaments continus qui sont cousus dans la nappe et qui passent alternativement entre la couche de revêtement et la couche d'armature, ces filaments étant collés à chacune des couches en de nombreux emplacements distants. La matière de renforcement peut être résine synthétique armée de fibres,-telle qu'une résine polyester armée de fibres de verre Elle peut être appliquée à la face exposée de la nappe cousue par toute technique habi- tuelle, comprenant notamment la pose à la main, la pulvéri- sation, le moulage et la coulée Les résines ne se collent pas simplement à la face de la nappe cousue mais sont ab- sorbées par elle et enveloppent ainsi à la fois les fibres de la anppe et les filaments de couture en assurant une liaison mécanique robuste. Une certaine quantité de résine est habituel- lement appliquée à la nappe cousue afin qu'elle soit mouillée avant application de la résine polyester armée de fibres de verre, et on constate que, à cet effet, il faut moins de résine par unité de surface, lors de l'utilisation de la nappe cousue, qu'avec une étoffe aiguilletée ayant un même poids par unité de surface En plus de l'économie sur la résine, cette construction présente une économie précieuse sur le temps de fabrication. La paroi selon l'invention peut constituer la paroi d'une tuyauterie, d'un réacteur ou d'un réservoir, la couche de revêtement formant le revêtement interne. Il peut aussi s'agir de la paroi d'un bâtiment ayant un revêtement externe ou interne. La paroi selon l'invention a d'excellentes pro- priétés de résistance au cisaillement et au pelage, comme l'indiquent les essais indiqués dans les exemples qui sui- vent Les forces de cisaillement, mesurées à 20 C, peuvent être supérieures à 1000 N/cm 2 et des forces permanentes de pelage supérieures à 70 N/cm peuvent être obtenues. En outre, ces propriétés ne diminuent pas de façon très importante aux températures élevées A 500 C, des forces de cisaillement dépassant 1000 N/cm 2 sont conservées et, à 100 'C, la valeur de la force de cisaillement dépasse encore 500 N/cm 2 Dans le cas de l'essai de pelage perma- nent, la conservation des propriétés est encore plus signi- ficative, puisque, dans la plage de températures allant de 0 à 100 'C, la vitesse à laquelle la force de pelage diminue est inférieure à 0,1 N 7/cm par degré Celsius d'éléva- tion de température. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un graphique représentant la variation des valeurs de la force de cisaillement dans des parois selon l'invention, en fonction de la tempéra- ture; la figure 2 est un graphique représentant la valeur de la force de pelage permanent des parois selon l'invention, en fonction de la température; la figure 3 est une perspective schématique avec des parties arrachées d'une paroi ayant une struc- ture selon l'invention la figure 4 est une coupe d'une paroi selon l'invention, à proximité d'une ligne de points de chaînette formée dans la nappe fibreuse, et la figure 5 est une vue agrandie en plan d'une série de boucles connectées faisant partie d'une ligne de points de chaînette. Les figures 1 et 2 des dessins corespondent à l'exemple 2 Les figures 3 et 4 représentent une paroi 1 réalisée selon l'invention, comportant -une couche 2 de revêtement formée d'une matière thermoplastique, une cou- che 3 d'une matière de renforcement ou d'armature et, col- lée entre ces couches, une nappe fibreuse non-tissée 4 renforcée par des filaments continus 5 cousus à travers elle suivant des lignes de points de chaînette 6. La figure 5 est un agrandissement d'une série des boucles 7 formées par les points interconnectés et faisant partie de cette ligne de point de chaînette 6. Les boucles sont disposées contre la face 8 de la nappe fibreuse qui reste exposée après que la nappe a été as- sociée par fusion à la couche 2 de revêtement et à la- quelle la couche 3 de renforcement est ensuite collée. Comme l'indique la figure 4, les filaments con- tinus 5 qui sont cousus dans la nappe 4 assurent une liai- son mécanique directe entre la couche 2 de revêtement à laquelle ils sont associés par fusion à des emplacements 9, et la couche 3 d'armature ou de renforcement qui est liée aux boucles 7. Les exemples qui suivent indiquent d'autres caractéristiques de l'invention. EXEMPLE 1 On fait subir un cardage à des fibres polyes- ter de 4,4 décitex et ayant une longueur de 100 mm, afin de former une nappe qui subit ensuite un pliage croisé afin qu'elle forme un molleton Celui-ci est cousu à l'aide d'un fil à filaments polyester continus de 78 décitex et comprenant vingt-quatre filaments, sur une machine à coudre à aiguille multiple, "Maliwatt" On n'utilise qu'une seule barre à aiguilles et on coud des points de chaînette à raison de 8,8 par centimètre avec une fréquence de points de 6 par centimètre le poids du molleton cousu formé est de 165 g/m 2. Le molleton cousu est collé à une feuille de 2 mm d'épaisseur de polypropylène extrudé à une tempéra- ture de 2400 C par passage de la feuille qui vient d'être extrudée et du molleton cousu dans une calandre à trois cylindres, la face du molleton sur laquelle les boucles des chaînes sont exposées se trouvant au-dessus et la face opposée se trouvant contre la face molle de la feuille. Les températures des surfaces de clandrage sont les sui- vantes cylindre supérieur 700 C cylindre central 900 C cylindre inférieur 850 C On fait passer ensemble la feuille et le molle- ton cousu dans l'emprise des rouleaux supérieur et central, avec enroulement partiel autour cdu rouleau central, puis on le fait passer dans l'emprise des rouleaux central et inférieur avec enroulement partiel autour du rouleau infé- rieure La matière composite de revêtement ainsi formée est renforcée par une résine polyester armée de fibres de verre par application de résine et de verre "E" sous forme d'un feutre de fils coupés, sur la face exposée du molleton cousu, sur une épaisseur de 4 mm La résine est une composition de polyester de "Scott Bader" vendue sous la marque "Crystic" 474 PA Après polymérisation de la résine, la résistance de liaison entre la matière compo- site de revêtement et l'armature de polyester est mesurée, à la fois au cisaillement et par pelage, à l'aide d'un tensiomètre "Hounsfield" L'essai de pelage utilisé a été mis au point par Courtaulds PLC et correspond au pelage de la matière composite de revêtement de l'armature de polyester armée de fibres de verre suivant un angle de 900 avec la matière composite armée, et par enregistrement de la valeur per- manente de la force de pelage atteinte pendant un pelage permanent, après la valeur initiale de crête On constate que cet essai donne des résultats plus reproductibles que l'essai de pelage défini dans la norme britannique 4994 qui mesure la valeur de la force nécessaire au déclen- chement du pelage. Les valeurs de la force de cisaillement et-de la force de pelage sont mesurées à 200 C et figurent dans le tableau qui suit, et permet la comparaison avec des valeurs obtenues avec des matières composites de revête- ment Dans les deux cas, on utilise des feuilles de poly- propylène de 2 mm et les opérations de stratification, de renforcement et d'essai sont les mêmes qu'avec la ma- tière composite de revtement selon l'invention, mais le molleton cousu est remplacé par un tissu et une étoffe aiguilletée respectivement. Le tissu est tissé à armature satin quadruple à dix chaînes par centimètre et dix duites par centimètre, avec un poids de 280 g/m 2 Le fil de chaîne a 1500 décitex et comprend 50 % en poids d'un fil de polypropylène de 693 décitex et 70 filaments et 50 % en poids d'un fil de verre de 666 décitex Le fil de trame est formé à 100 % par du fil de verre de 1200 décitex L'étoffe aiguilletée est formée d'un mélange de fibres polyester coupées à rai- son de 50 % en poids de fibres ayant une longueur coupée de 58 mm et de 3, 6 décitex et 50 % en poids de fibres ayant une longueur coupée de 50 mm et de 5,3 décitex -L'étoffe subit un aiguilletage à raison de 100/cm avec une fréquence de perforation de 2,35/cm, et son poids est de 160 g/m 2. La quantité de résine nécessaire au mouillage complet de la face exposée de chacune des étoffes collées à une feuille de polypropylène est aussi indiquée dans le tableau qui suit. Matière compo Force perma Force de Imprégnation site de revê nente de pe cisaille par la résine tement lage, N Icm ment, N/cm 2 kg/cm 2 Tissu 43 740 0,60 Etoffe aiguilletée 69 810 1,44 Molleton cousu 73 1120 0,625 (invention) La matière composite de revêtement selon l'in- vention, ayant le molleton cousu, donne des résistances de pelage et de cisaillement supérieures à celles des deux matières connues et ne nécessite que la même quantité de résine pour le mouillage du molleton que le tissu, cette quantité étant inférieure à la moitié de celle qui est nécessaire à l'étoffe aiguilletée Le molleton cousu est acheté à un prix qui est de 35 % environ celui du tissu et de 70 % environ de celui de l'étoffe aiguilletée. EXEMPLE 2 On répète les opérations de l'exemple 1, mais on utilise dans tous les cas une feuille de polypropylène de 3 mm d'épaisseur On fait subir les essais de cisail- lement et de pelage, dans toute une plage de températues, à des échantillons de la matière composite armée de revê- tement selon l'invention et d'une matière composite armée de revêtement connu qui comporte une étoffe aiguilletée. Les résultats figurent dans les graphiques repésentant la variation de la force de cisaillement et de la force permanente de pelage (essai Courtaulds) en fonction de la température, comme représenté sur les figures 1 et 2. Dans tous les cas, les résultas obtenus avec la mtière selon l'invention sont représentés en trait plein et ceux qui sont obtenus avec l'étoffe aiguilletée connue sont représentés en traits interrompus. Les valeurs de la force de cisaillement et de la force de pelage obtenues à 20 'C pour les trois matières composites de revêtement figurent dans le tableau qui suit. Matière composite Force permanente Force de cisaillement de revêtement de pelage, N/cm N/cm 2 Tissu 50 1160 Etoffe aiguilletée 70 740 Molleton cousu 80 1240 (invention) La supériorité de la matière composite de revê- tement selon l'invention, sur le plan du pelage et du ci- 2518 1 40 saillementt apparaît aussi lors de l'utilisation d'une feuille épaisse de polypropylène En outre, ses meilleures propriétés sont conservées dans toute la plage de tempera- tures indiquée Ainsi, la valeur de la force de cisail- lement est d'environ 1070 N/cm 2 à 50 C et d'environ 750 N/cm 2 à 100 C La valeur de la force de pelage reste de l'ordre de 75 N/cm dans toute la plage de températures et tombe à moins de 10 N/cm lorsque la température s'élève dans cette plage. EXEMPLE 3 On répète les opérations de l'exemple 1, mais on utilise dans tous les cas une feuille de polypropylène de 6 mm d'épaisseur L'essai de pelage Courtaulds est exé- cuté de la même manière mais les valeurs de la force de pelage relevées dans cet exemple sont les valeurs initiales car le pelage permanent n'est pas possible avec une telle épaisseur de feuille Les résultats comparatifs donnés par les trois échantillons sont conservés avec la feuille de polypropylène plus épaisse de 6 mm. Matière composite Force initiale Force de cisail- de revêtement de pelage, N/cm lement, N/cm 2 Tissu 126 1032 Etoffe aiguilletée 166 937 Molleton cousu 183 1475 (invention) 1 1 REVENDICATIONS 1 Matière composite de revêtement destinée à être collée à une matière de renforcement, du type qui comprend une couche ( 2) de revêtement formée d'une ma- tière thermoplastique ayant une face de revêtement et une face opposée, et d'une nappe fibreuse non-tissée ( 4) dont l'une des faces est collée à la face opposée de la couche de revêtement et dont l'autre face ( 8) est exposée, et ca- ractérisée en ce qu'elle comporte des filaments continus ( 5) qui sont cousus dans la nappe et qui passent alterna- tivement entre la face exposée ( 8) de la nappe ( 4) et la face opposée de la couche de revêtement ( 2), les filaments continus ( 5) étant collés à la face opposée de la couche de revêtement ( 2) à de nombreux emplacements distants ( 9). 2 Matière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les filaments continus ( 5) sont cousus dans la nappe ( 4) sous forme de points de chaînette, de tricot ou de ces deux types de points. 3 Matière selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la nappe non-tissée ( 4) contient des fibres synthétiques. 4 Matière selon la revendication 3, caractérisée en ce que la nappe nontissée ( 4) contient des fibres de polyester. 5 Matière selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisée en ce que les filaments conti- nus ( 5) sont des filaments de nolyester. 6 Matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la couche de revêtement ( 2) est formée de polypropylène ou de fluorure de polyvinylidène. 7 Matière selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisée en ce que la face opposée de la couche de revêtement ( 2) est associée par fusion à la face de la nappe fibreuse non-tissée ( 4) et aux filaments continus ( 5) qui y sont cousus. 8 Paroi ( 1), du type dont la structure comporte une couche de revêtement ( 2) formée d'une matière thermo- plastique ayant une face de revêtement et une face opposée, une couche d'une matière d'armature ( 3), une nappe fi- breuse non-tissée ( 4) dont l'une des faces est collée à la face opposée de la couche de revêtement ( 2) et l'au- tre des faces ( 8) est collée à la couche de matière d'ar- mature ( 3) ladite paroi étant caractérisée en ce que qu'elle comporte des filaments continus ( 5) qui sont cou- sus dans la nappe ( 4) et qui passent alternativement entre la couche de revêtement ( 2) et la couche d'armature ( 3), ces filaments étant collés à chacune de ces douches ( 2, 3) à plusieurs emplacements distants ( 9). 9 Paroi selon la revendication 8, caractérisée en ce que la couche de matière d'armature ( 3) contient une résine synthétique armée de fibres. 10 Paroi selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'elle forme la paroi d'une tuyauterie, d'un réacteur ou d'un réservoir, la couche de revêtement ( 2) formant un revêtement interne. 11 Paroi ( 1) caractérisée en ce qu'elle comprend une matière composite de revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, et une couche d'une matière d'ar- mature ( 3) collée à la face exposée ( 4) de la matière composite de revêtement. 12 Paroi selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisée en ce au 'elle possède une force de cisaillement, mesurée à 20 C, supérieure à 1000 N/cm 2. 13 Paroi selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce qu'elle possède une force per- manente de pelage, mesurée à une température de 20 C, qui est supérieure à 70 N/cm. 14 Paroi selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisée en ce qu'elle possède une force de cisaillement, mesurée à une température de 50 'C 7 qui est supérieure à 1000 N/cm 2. 15 Paroi selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisée en ce qu'elle possède une force de cisaillement qui, mesurée à une température de 1000 C, est supérieure à 500 N/cm 2. 16 Paroi selon l'une quelconque des revendications 8 à 15, caractérisée en ce qu'elle possède une force per- manente de pelage, mesurée à une température comprise entre O et 100 C, qui diminue à raison de moins de 0,1 N/cm par degré Celsius d'élévation de température.