Brevet FR2547238A1 — publié le 19841214

L'invention a pour objet un procédé de fabrica tion de mats en fibres de verre exempts de liant, dans lequel une couche de fibres de verre est liée en mat à laide d'aiguilles. Des éléments de construction plats en matière plastique peuvent, comme il est connu, entre fabriqués de façon particulièrement avantageuse par un formage sous pression de matières thermoplastiques renforcées par des mats en fibres de verre. On utilise à cette fin de minces plaques en matière thermoplastique renforcée par un mat de fibres de verre, qui sont portées à une température, à laquelle la matière thermoplastique se ramollit et devient fluide, puis introduites dans un moule formé d'une moitié male (moule positif) et d'une moitié femelle (matrice), froid ou légèrement chauffé, qui est rapidement fermé et maintenu fermé sous pression, Jusqu'à ce que la matière, qui s'écoule pour remplir toute la cavité du moule, soit refroidie0 Le moule est ensuite ouvert et l'élément de construction formé est démoulé. Cette technique de moulage , intXressante du point de vue économique, exige l'utilisation de matériaux de renforcement possédant certaines propriétés particulières. Les éléments finis doivent posséder une surface très lisse, d'un aspect avantageux, et la répartition des fibres doit autre uniforme pour assurer une solidité élevée et une bonne stabilité dimensionnelle aux tempé- ratures accrues. Pour obtenir ces propriétés, il faut que les fibres formant le mat puissent se déplacer les unes par rapport aux autres et se répartir rapidement et uniformément dans la matière thermoplastique fluide, lors de la fermeture du moule. Ceci n'est pas le cas pour les mats en fibres ou filaments de verre, liés par un liant tel qu'une résine synthétique durcissable, par lequel les filaments de verre sont collés les uns aux autres à leurs points de croisement, ce qui en entrave évidemment la mobilité dans le mat. Les mats ainsi fabriqués sont plus faciles à manipuler et la fixation des fibres de verre empoche d'autre part que, pendant le moulage à l'état fluide de demi-produits renforcés par de tels mats, les fibres migrent de manière uniforme dans les parties marginales des éléments à fabriquer. Le liant a fréquemment aussi une influence néfaste sur la matière thermoplastique à renforcer et(ou) empoche l'adhérence du verre à la matière plastique, diminuant ainsi les propriétés mécaniques des éléments finis. Il est connu de fabriquer des mats en fibres de verre exempts de liant par un aiguilletage d'une couche de fibres de verre. Un procédé de ce genre est, par exemple, décrit dans le brevet allemand (DOS) 2 113 714. Il consiste à traiter des fibres de verre, disposées en couche, avec un grand nombre d'aiguilles munies de crochets, qui provoquent lenchevbtrement des filaments, mais également la cassure de beaucoup de ceux-ci en courts morceaux. Un mat ainsi réalisé possède à sa surface, du côté sortie des aiguilles, une'densité élevée en bouts de fibres saillants. Pour obtenir une proportion élevée en petits bouts de fibres, qui sont nécessaires pour assurer un écoulement uniforme des fibres au moulage des demi-produits, il faut un aiguilletage dense (100 aiguilles ou plus par m2). Ces mats sont par conséquent très denses et ressemblent à du feutre et possèdent de nombreux bouts de fibres saillants, qui rendent compliquée et onéreuse l'imprégnation subséquente avec la matière thermoplasti- que. Les mats de ce type sont, pour cette raison, soit réalisés avec un poids par unité de surface (m2) rela tivement réduit, soit utilisés en combinaison avec d'autres mats moins compacts. Les fibres de verre coupées, qui ne sont pas liées par un liant,'ne peuvent entre aiguilletées que dans des dispositifs compliqués et dispendieux, parce que leur couche déposée an vrac ne possède pas de cohésion interne et est relativement compliquée à transporter dans le dispositif dQaiguilletageO Des problèmes analogues se rencontrent lors du transfert de fils sans fin en verre de la courroie, sur laquelle ils sont déposés, dans le dispositif à aiguilles0 La Demanderesse s 6tait donc fixée comme obJec- tif la fabrication, avec un appareillage simple, d'un matériau de renforcement an forme de mat, qui ne possède pas les désavantages des mats en fibres de verre connus et possède une bonne fluidité, donnant une répartition uniforme des fibres dans les éléments finis Le matériau de renforcement en forme de mat doit de plus cotre aisément imprégnable par la matière thermoplastique fondue et permettre de produire une matière synthétique renforcée par des fibres d'une grande solidit et d'une bonne résistance dans toutes les directions de contrainte. Conformément à l'invention, cet obJet est réalisé en déposant des fibres de verre sur une feuille en matière thermoplastique et en les liant avec la feuille par un aiguilletage. On emploie des fils ou stratifies (rovings) usuels, qui sont formés d'un certain nombre de filaments individuels, maintenus par un produit d'ensimage usuel, c'est-i-dire une composition contenant en règle générale un agent d'adhérence, par exemple un agent à base d'un silane organiqueun lubrifiant à bas poids moléculaire et une substance filmogène, par exemple un alcool polyvinylique, un poly(acétate de vinyle) ou une résine de polyester. Les produits d'ensimage sont ap pliqués à raison de 0,3 à 5 % du poids des fibres de verre. Les fils en filaments sans fin peuvent entre déposés directement sur la feuille en matière thermoplastique ; dans un mode de réalisation préféré, ils sont déposés en vrac, après avoir été coupés sur des appareils de coupe habituels à des longueurs comprises entre 10 et 250 mm, de préférence entre 25 et 50 mm. Il est cependant aussi possible d'employer de la verranne (fibres coupées) ou des mélanges de divers types de fibres. La feuille en matière thermoplastique possède avantageusement une épaisseur comprise entre 10 et 500 pm, en particulier entre 50 et 100 pm. Elle peut éventuellement avoir été rendue rugueuse, par exemple à l'aide d'aiguilles. La feuille est de préférence dans la mbme matière thermoplastique que le demiprodult à fabriquer. Si une telle feuille n'est pas disponible ou trop conteuse à produire, on choisira celle en une matière thermoplastique aussi compatible que possible avec le matériau à renforcer et n'influençant pas défavorablement les propriétés de la matière thermoplastique renforcée. En règle générale, la feuille support est incorporée au mat de fibres de verre. Si, pour une raison ou une autreRla feuille ne doit pas rester dans le mat, on emploie des aiguilles qui poussent et(ou) rompent les fibres de verre, non dans la direction de piquage, mais dans la direction de sortie, et qui ne lient donc pas la feuille au mat de fibres; celle-ci peut donc entre enlevée sans problème. On peut, de cette façon, produire des mats de fibres exempts de feuille thermoplastique, qui conviennent pour tous les genres de matières thermoplastiques durcissables. Dans le cas de l'utilisation préférée de verranne, les fibres possèdent des longueurs suffisamment courtes pour assurer une bonne distribution. Dans ce cas, l'aiguilletage sert principalement au liage à l'aide de la feuille support. Dans le cas de fils sans fin, l'aiguilletage sert, à cbté du liage, à provoquer la cassure des fils en des morceaux plus courts, afin d'obtenir une bonne répartition de ceux-ci. Suivant l'intensité de 1'ai guilletage, les stratifils sont désagrégés d'une ma nière plus ou moins prononcée en filaments individuels et le degré de feutrage, qui en découle, détermine à son tour la facilité d'imprégnation avec la matière thermoplastique fondue. La fraction des fils cassés et la longueur de ceux-ci peuvent entre réglées de façon déterminée en faisant varier le nombre des piqAres par cm2. Dans le cas de la verranne, un nombre de pitres de 20 à 35 par cm est généralement suffisant pour assurer une bonne distribution à l'état fluide Un aiguilletage plus dense, par exemple Jusqu'à 100 pitres par cm2, permet cependant encore un transport sans problème de la couche de fibres déposée sur la feuille à travers l'installation d'aiguilletage. Le liage des fibres les unes aux autres, provoqué par l'aiguilletage, est suffisant pour permettre la manipulation du mat et l'utilisation d'un liant indésirable n'est plus nécessaire. La résistance à la rupture d'un mat réalisé avec des fils d'une longueur de 50 mm est de l'ordre de 50 N par 100 mm à la température ordinaire. Le dépôt des fibres pour la formation d'un mat peut entre réalisé sur une surface plane, qui s'étend Jusqu'au plateau de 1 t alguilleteuse et sur laquelle glisse la feuille en matière thermoplastique. Par un avancement régulier de la feuille à travers l'appareil de coupe ou le dispositif de dépôt du roving et l'installation d'aiguilletage, on obtient un mat d'un poids constant. Les bouts de fibres et la poussière de fibres , produits pendant l'aiguilletage, restent en grande partie dans le mat formé et on évite ainsi les pertes en verre et les pannes dues au bouchage des trous dans le plateau de l'aiguilleteuse. Le mat de fibres de verre exempt de liant, conforme à l'invention, est de préférence soumis à deux stades d'aiguilletage. Les fibres de verre, déposées en vrac sur une feuille support, passent d'abord dans une installation de pré-aiguilletage avec une barre à aiguilles étroite et une vitesse de piquage réduite. Se sont avérées avantageuses une barre d'une largeur de 50 à 100 mm et une densité des aiguilles de 5 à 15 par cm2, qui empêchent que les fibres ne se mettent à tourbillonner. La couche partiellement liée traverse ensuite l'installation d'aiguilletage principale avec une large barre à aiguilles (de 100 à 300 mm) et une grande vitesse de piquage. De cette façon, la productivité est considérablement augmentée et on peut réaliser des vitesses de production allant Jusqu'à 20 mètres par minute. Exemple 1 Cet exemple a été réalisé dans l'installation telle qu'illustrée par la figure unique du dessin annexé. 48 rovings de 2400 tex (1) en fils de 40 tex sont amenés, les fils étant régulièrement espacés sur toute la largeur de 120 cm, prévue pour le mat terminé, dans un appareil de coupe large (2) disponible sur le marché (fabriqué par la firme Schmidt-Heinzmann,3ruchsal), dans lequel ils sont coupés aux longueurs de 25 et de 50 mm. Les fibres coupées (3) tombent en continu sur une feuille support (4) en polypropylène, d'une épais- seur de 75 #, qui avance sur une table avec une vitesse de 4 mètres par minute. Les fibres coupées se déposent en vrac pour former une couche de 600 g/m2' , délimitée des deux cas par un bord de guidage. Cette couche traverse ensuite une installation de pré-aiguilletage (5), dans laquelle la profondeur du piquage est réglée pour obtenir une pénétration des aiguilles d'environ 4 mm à travers la couche et la feuille, les fils de verre traversant la feuille en formant de l'autre cbtg de petites boucles0 Pour ce pré-aiguilletage, une densité des aiguilles de 6 par cm2 est déJà suffisante-. L'aiguilletage terminal -dans l'installation d'aiguilletage principale (6) est réalisé avec des aiguilles à feutrer classiques, munies de crochets0 La densité des aiguilles est de 20 par cm2 et la profon- deur de piquage de Il mm, y compris la pointe d'une longueur de 6 mm. Le mat fini(7) possède une résistance à la traction d'environ 50 N/100 mm à la température ordinaire. Exemple 2 La table de dép#t, sur laquelle avance la feuille en matière thermoplastique, est surmontée d'une installa tion de débit de rovings, comprenant deux rouleaux en caoutchouc pouvant être pressés l'un contre l'autre et dont la vitesse de rotation peut outre réglée de façon continue. Avec un débit d'environ 250 mètres par minute, cette installation amène 6 rovings de 2400 tex avec des fils de 40 tex à six filières, réparties de manière régulière sur une barre mobile d'une longueur de 120 cm (largeur du mat) et à inclinaison réglable pour proJe- ter, à l'aide d'air, les rovings sous un angle déterminé sur une ttle d'arrêt. Par suite des mouvements en deux directions (mouvements de la barre, avancement de la feuille), les rovings sont défaits et les filaments individuels se déposent en formant des cercles superposés et se chevauchant. Le dépôt des fils sans fin en une couche d'environ 600 g/m? , délimitée latéralement par des bords de guidage, se fait sur une feuille support en polypropylène d'une épaisseur de 75 y, avançant à raison de 4 mètres par minute. Le pré-aiguilletage est réalisé comme décrit dans l'exemple 1. L'aiguilletage terminal est effectué avec des aiguilles à feutrer classiques avec une densité de 60 par cm2 et une profondeur de piquage de 16 mm, y compris la pointe d'une longueur de 6 mm Exemple 3 En combinant les modes opératoires des exemples 1 et 2, sauf que l'aiguilletage principal est effectué avec une densité des aiguilles de 50 par cm2 et une profondeur de piquage de Il mm, on produit un mat com- posé à raison de 50 % de fils sans fin d'environ 300 g par m et de 50 % de fibres de verre coupées de 300 g/m. Exemple 4 Sur chaque côté d'une bande en polypropylène thermoplastique, on place un mat de fibres de verre préparé selon l'un des exemples 1 à 3 et on comprime ce stratifié en plaques semi-finies d'une épaisseur de 3 mm, contenant 30 ffi en poids de fibres de verre. Celles-ci possèdent une résistance à la traction dtenviron 55 N/mm2 et un module d'élasticité supérieur à 5000 N/mm2. Leurs surfaces sont lisses et réfléchis santes. La présence des fibres n'est pratiquement pas visible. Les échantillons analysés ont montré que les fibres étaient réparties de façon uniforme, même dans des rainures profondes. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de mats en fibres de verre exempts de liant, dans lequel une couche de fibres de verre est liée en mat à l'aide d'aiguilles, caractérisé en ce que les fibres de verre sont déposées sur une feuille en matière thermoplastique et liées avec celle-ci par un aiguilletage. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dépose sur la feuille en matière thermoplastique des fibres de verre coupées à une longueur de 10 à 250 mm. 3.- Utilisation de mats en fibres de verre, produits par le procédé de la revendication 1, pour la fabrication de demi-produits thermo-formables par compression, caractérisée en ce que les mats sont imprégnés avec une matière thermoplastique.