Brevet FR2561979A1 — publié le 19851004

L'invention concerne un procédé pour la réalisation d'éléments façonnés en un matériau fibreux, qui a été préa- lablement compacté avec un liant thermoplastique, au moins un liant qui se réticule à la chaleur, et un agent moussant, pour constituer un mat, et qui est ensuite soumis à un trai- tement à la vapeur surchauffée avant d'être pressé, sous l'action de pression et de chaleur, en un élément façonné, éventuellement après un pré-formage, l'invention concernant également un mat de fibres pour la réalisation d'éléments façonnés selon ce procédé. Les éléments façonnés de ce type sont réalisés, en particulier, en fibres contenant de la cellulose, qui for- ment pour commencer, avec un liant dont la quantité est comprise entre 10 et 30 % de la quantité totale, un mat peu compacté avant d'être comprimé pour obtenir l'élément fa- çonné définitif. En ce qui concerne le liant, on utilise des liants qui se ramollissent thermoplastiquement, tels que des résines naturelles, et des liants qui se réticulent à la chaleur tels que des résines thermodurcissables ou des élastomères, en choisissant au moins une combinaison de ces deux types de liants. Les fibres de cellulose ou de lignocellulose peuvent être mélangées à d'autres fibres naturelles ou synthétiques. La réalisation de ces mats est obtenue soit en répar- tissant les liants sous une forme pulvérulente, avec les fibres, sur une bande transporteuse appropriée, soit en ajoutant les liants aux fibres sous forme liquéfiée ou sous forme de solutions liquides ou d'émulsions et en les répar- tissant par un encollage par frottement doux. Dans les deux cas, le gateau de fibres réparties est faiblement com- pacté au moyen de cylindres de calandrage pour obtenir un mat de fibres emmêlées susceptible d'être manipulé et trans- porté. Il est connu par le DE-OS 31 27 846 d'ajouter un agent moussant aux liants pour réduire la densité de 16é- ment façonné terminé sans avoir d'influence négative sur sa résistance. On obtient ce résultat en mélangeant d'abord de façon intensive l'agent moussant sous forme de poudre aux liants qui se présentent également sous forme de pou- dre, ce mélange de poudres étant ensuite réparti entre les fibres lors de la formation du mat de fibres. On choisit la température de la décomposition de l'agent moussant de manière à n'obtenir l'élément façonné définitif que lors de la compression finale à chaud du mat de fibres (tempé- rature de compression d'environ 180 C, température de décomposition d'environ 165 C). Les éléments façonnés du type décrit sont amenés à leur forme définitive en deux étapes, en particulier quand on a recours à un façonnage compliqué: Le mat précompacté qui est constitué des fibres et des liants est d'abord ouvert thermiquement (en règle gé- nérale par un traitement à la vapeur surchauffée) et alors qu'il est dans cet état qui permet un meilleur formage, on l'adapte approximativement à sa forme définitive par un préformage dans des outils à froid. Cette préforme obtient sa stabilité essentiellement par les liants contenus dans le mat et à effet thermoplastique. On le dispose ensuite dans un outil de compression à chaud (à environ 180 C) et on l'amène a sa forme définitive par un compactage final sous pression. Dans l'outil chaud, la fraction de liant qui se réticule à la chaleur se durcit et confère sa sta- bilité à l'élément façonné termine ainsi obtenu. Dans le DE-OS-31 27 846 est décrit l'effet de l'agent moussant dans le mélange de liants pulvérulents, qui est tel que l'élimination des gaz, c'est-à-dire le processus de moussage, n'a lieu qu'au moment du façonnage auquel on soumet le mat pour obtenir l'élément façonné, à savoir le processus de compression proprement dit qui a lieu à une température supérieure à 180 C. Le liant amolli se répar- tit alors régulièrement à l'intérieur du composite fibreux, non seulement du fait de la montée de la pression agissant de l'extérieur, mais également du fait de la montée de la pression interne. L'effet de l'agent moussant se développe donc, dans ce cas, seulement pendant la compression finale de l'élé- ment façonné et consiste uniquement à obtenir une réparti- tion aussi régulière que possible du liant dans le compo- site fibreux. Mais l'inconvénient de ce procédé est que la répartition du liant a lieu en même temps que s'exerce la pression externe élevée qui gêne la répartition, ce qui fait que l'effet de l'agent moussant est limité. L'effet de l'agent moussant consiste en une pure application de pression sur le liant de l'extérieur, du fait que l'agent moussant se trouvant dans le mélange de poudres ne vient en contact qu'avec les surfaces externes des particules de poudre de liant et ne peut donc exercer son effet sur ces dernières que de l'extérieur. En raison de la température élevée de la décomposi- tion de l'agent moussant qui est mentionnée dans le DE-OS-31 27 846, cet agent reste inactif pendant l'ouver- ture thermique (vaporisation) des mats et est donc sans influence sur la capacité de formage des mats au moins pendant cette étape du procédé. L'ouverture thermique des mats a cependant pour but d'améliorer leur capacité à la déformation et donc de faciliter le formage final qui s'ef- fectue en règle générale en deux étapes. La capacité de déformation des mats constitue cependant un facteur essen- tiel pour la réalisation d'éléments façonnés à partir de ces derniers, car une capacité à la déformation plus éle- vée augmente les possibilités d'utilisation des mats et permet également une diminution des coûts des procédés de compression correspondants. Il est donc souhaitable d'amé- liorer cette capacité de déformation. La présente invention a donc pour but d'optimiser la répartition du liant à l'intérieur des mats par l'utilisa- tion, connue en soi, d'un agent moussant en tant qu'adjuvant à la combinaison de liants de mats en un matériau fibreux, ainsi que d'améliorer la capacité de déformation des mats quand ils sont à l'état thermiquement conditionné par sui- te du traitement à la vapeur surchauffée. Selon l'invention, et quand on utilise le procédé mentionné dans le préambule, ce but est atteint du fait que l'on utilise un liant ther- moplastique sous forme de particules, dans lesquelles est incorporé l'agent moussant en formant un état analogue à un alliage, que les particules sont recouvertes, au moins par- tiellement, sur leur surface d'au moins un liant qui se ré- ticule à la chaleur, et que l'agent moussant est activé avant la compression de l'élément façonné. En ce qui concerne les mats de fibres utilisés pour la réalisation d'éléments façonnés selon ce procédé, le but indiqué est atteint selon l'invention du fait que l'on incorpore, dans une masse prêcompactée de matériau fibreux, un liant thermoplastique contenant un agent moussant incor- poré, se présentant sous forme de particules qui sont re- couvertes d'au moins un liant qui se réticule à la chaleur. -Lors de la fabrication des mats, les liants peuvent être injectés par pulvérisation sous forme liquide dans le matériau fibreux, ou répartis dans ce dernier sous forme de poudres. Dans les deux cas, il convient toutefois que l'agent moussant soit incorporé dans un liant thermoplas- tique de forme particulaire. Contrairement à l'état de la technique, il ne s'agit pas, dans ce cas, d'un mélange sec constitué par des liants et un agent moussant, mais du conditionnement habituel de matières thermoplastiques con- tenant un agent moussant. Les liants et l'agent moussant sont liés l'un à l'autre de manière à se trouver dans un état dit analogue à un alliage. On peut se procurer dans le commerce des liants de ce type contenant un agent mous- sant. L'avantage de la liaison décrite ici est que les agents moussants n'agissent pas sur les liants de l'exté- rieur, mais du fait qu'au moins un composant du liant est gonflé vers l'extérieur à partir de l'intérieur et augmen- te ainsi sa surface. Cette augmentation de surface a, d'une part, pour conséquence un meilleur mouillage des fibres du mat au moyen du liant. Un autre avantage vient du fait que les particules du liant thermoplastique et contenant un agent moussant sont recouvertes sur leur surface par au moins un liant qui se réticule à la chaleur, Lorsqu'on fait gonfler le liant thermoplastique, sa couche de surface est entraînée hors des liants qui se réticulent à là chaleur, ce qui fait qu'a lieu un encollage par frottement doux ad- ditionnel des fibres au moyen de ces liants. En outre, le liant qui se réticule à la chaleur et qui est appliqué sur la surface du liant thermoplastique contenant l'agent mous- sant peut ne pas être absorbé par les fibres dès la réali- sation du mat et être lié à l'intérieur de ces dernières, ce qui fait que, dans les mats de fibres traditionnels, une partie de ce liant est perdue pour la réalisation d'un com- posite de fibres par collage des surfaces des fibres les unes contre les autres. L'activation de l'agent moussant, qui est obtenue au moyen du procédé de la présente inven- tion et qui a lieu déjà à la température du traitement à la vapeur surchauffée, c'est-à-dire à environ 1000 C, pré- sente de ce fait deux autres avantages: la répartition du liant à l'intérieur du composite de fibres du mat qui a lieu par le gonflage des particules du liant thermoplasti- que contenant l'agent moussant s'effectue sans contre- pression extérieure et donc de façon très efficace, et les particules du liant thermoplastique qui se gonflent sous l'effet de l'agent moussant forment des points de collage additionnels pour le matériau fibreux, qui se comportent dans l'ensemble comme une structure réticulée dans l'espa- ce. De ce fait, les propriétés de déformation du mat de fi- bres vaporisé s'améliorent, et l'on peut donc obtenir des formes plus compliquées que jusqu'ici au moyen des mêmes mesures, ou bien encore on peut réduire le coût des outils pour une forme prédétenrminée. Un mode de réalisation avantageux du mat de fibres de la présente invention consiste dans le fait que les particu- les du liant thermoplastique contenant l'agent moussant présentent une forme qui est totalement, ou approximative- ment, sphérique. Sous cette forme, le liant thermoplastique qui contient les agents moussants incorporés est facilement réalisable et peut donc être obtenu également sous forme d'un produit demî-fini. En outre, la forme sphérique per- met l'incorporation très facile du liant dans le mat, et ceci aussi bien par épandage que par un autre procédé. Les particules du liant thermoplastique contenant un agent moussant peuvent cependant se présenter sous une for- me allongée, par exemple celle de fibres. Il est vrai que, dans ce cas, la réalisation des particules est plus compli- quée que lorsqu'il s'agit d'une forme sphérique, et que l'incorporation de ces particules dans le mat de fibres exige des mesures techniques plus complexes; mais, d'au- tre part, la formation d'une structure réticulaire collée qui est imposée au mat est favorisée par le gonflement des particules, ce qui confère, en outre, au mat des pro- priétés de déformation fortement améliorée. Cette forme des particules du liant est surtout particulièrement avan- tageuse quand on demande au mat une capacité de modifica- tion de sa forme extrêmement élevée. Les propriétés de déformation des mats de fibres et également les propriétés mécaniques des éléments façonnés terminés peuvent être encore améliorées en constituant les liants qui se réticulent à la chaleur et au moyen desquels sont recouvertes les particules du liant thermoplastique en totalité ou en partie de substances élastomères, telles qu'en caoutchouc acrylnitrile-butadiène. En raison des pro- priétés de ce liant, qui sont semblables à celles du caout- chouc, on favorise la capacité de déformation des mats va- porisés et on confère également à l'élément terminé une élasticité plus importante. La fraction de liant thermoplastique contenant un agent moussant par rapport a la quantité totale de liant dans le mat est de préférence comprise entre 10 et 30 % en poids par rapport à la quantité totale du matériau du mat, pour tenir compte de considérations techniques et économi- ques. Une fraction d'approximativement 20 % en poids est considérée comme particulièrement favorable dans le cas présent. On peut exploiter d'une meilleure façon les pro- priétés du liant, et en particulier les propriétés du liant thermoplastique en forme de particules et contenant l'agent moussant, quand ce dernier est présent selon une plus forte concentration dans la région centrale du mat que dans ses régions de surface. On obtient ainsi deux résultats. Le mat contient à proximité des surfaces qui viennent en contact avec les outils de pression à chaud lors de la compression finale moins de liant thermoplastique ayant tendance à col- ler sur les surfaces chaudes des outils que dans sa région interne, et quand le mat est comprimé pour donner un élé- ment façonné de densité plus faible (0,5 - 0,8 g/cm3), le matériau présente alors une structure en "sandwich", ceci signifiant qu'il comprend une âme poreuse et deux couches de recouvrement plus denses. Cette structure est particu- lièrement avantageuse pour des raisons de résistance et de poids. Les avantages de cette structure en "sandwich" peu- vent être encore meilleurs quand les couches externes du mat comprennent une fraction additionnelle de liant se réticulant étroitement, par exemple des résines de méla- mine. De ce fait, la résistance des couches externes est renforcée, ce qui fait que l'on obtient des éléments fa- çonnés présentant au moins la même résistance que jusqu'- ici, pour une densité plus faible. Une forme de réalisation particulièrement simple des mats de fibres de la présente invention consiste dans le fait que le liant thermoplastique, contenant un agent moussant, et granulé, est du styrène non gonflé dont la dimension des particules est comprise entre 0,1 et 0,4mm. Ce matériau à agent moussant incorporé est disponible dans le commerce sous forme de produit demi-fini, ce qui fait qu'on peut l'utiliser avec avantage pour la réalisa- tion de mats. En outre, l'agent moussant est de préférence calculé de manière qu'il se décompose à la température de 1000 C et qu'il fasse gonfler les particules de styrène. Comme déjà mentionné, on utilise, en tant que mats de fibres, de préférence des mats dont les fibres sont surtout des fibres de cellulose ou de lignocellulose.Ces dernières peuvent être également mélangées, de façon connue et en quantité réduite, à des fibres textiles synthétiques ou naturelles, et également éventuellement sous forme de tissus. Les mats de fibres décrits peuvent être réalisés de la façon la plus avantageuse en déposant sur leur surface un liant thermoplastique de forme particulaire et conte- nant un agent moussant, avec au moins un liant qui se ré- ticule à la chaleur, et que l'on incorpore dans la masse de fibres du mat. On peut avoir recours à toutes les pos- sibilités d'enduction qui appartiennent à l'état de la technique et le liant thermoplastique contenant un agent moussant peut, par exemple, être incorporé sous agitation et à l'état liquide dans le liant qui se réticule à la chaleur, et être ensuite séché. Naturellement on peut éga- lement obtenir une enduction de surface du liant thermo- plastique par aspersion du liant qui se réticule à la cha- leur. Si le liant qui se réticule à la chaleur est appli- qué sur le liant thermoplastique qui contient l'agent mous- sant, et ensuite séché, le liant thermoplastique contenant l'agent moussant qui est enduit peut alors être réparti à l'état sec dans les régions correspondantes de la masse de fibres. Mais on peut aussi incorporer sous agitation, dans le liant qui se réticule à la chaleur et qui se présente sous forme liquide, le liant thermoplastique contenant l'a- gent moussant sous forme pulvérulente, et l'incorporer avec ce dernier par pulvérisation dans les régions prévues de la masse de fibres. Grace à cette méthode, on obtient, en particulier, une répartition très régulière dans la ma- tière fibreuse, aussi bien du liant qui se réticule à la chaleur que du liant qui agit thermoplastiquement. En ce qui concerne les liants qui se réticulent à la chaleur, tous ceux qui sont connus et utilisés pour la production de mats de ce type conviennent, et surtout les phénols et les résines d'urée-formaldéhyde ou de mélamine. En plus de ces matériaux qui se réticulent étroitement (duromères), on peut également utiliser des substances qui se réticulent sous forme de larges alvéoles (élastomères) telles que l'acrylnitrile-butadiène déjà mentionné. En ce qui concerne les liants thermoplastiques qui contiennent des agents moussants incorporés, les polyéthy- lènes, les polypropylènes, le chlorure de polyvinyle et surtout le polystyrène conviennent. En ce qui concerne les agents moussants, toutes les substances qui se décomposent à la température désirée et dégagent, de ce fait, des gaz de façon importante, et qui peuvent être incorporées dans les particules de liant ther- moplastique, conviennent. On mentionnera à titre d'exemple l'azodicarbonamite qui est utilisée comme agent moussant pour des matières thermoplastiques dans les procédés par injection, coulée ou explosion. La température de décompo- sition peut être modifiée par des adjuvants appropriés et amenée dans la plage de températures désirée. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la réalisation d'éléments façonnés en un matériau fibreux, qui a été préalablement compacté avec un liant thermoplastique, au moins un liant qui se réticule à la chaleur, et un agent moussant pour consti- tuer un mat, et qui est ensuite soumis à un traitement à la vapeur surchauffée, avant d'être pressé, sous l'ac- tion d'une pression et de chaleur, en un élément façonné, éventuellement après un pré-formage, caractérisé par le fait que l'on utilise un liant thermoplastique sous forme de particules, dans lesquelles est incorporé l'agent mous- sant en donnant naissance à un état analogue à un alliage, que les particules sont recouvertes, au moins partielle- ment, sur leur surface d'au moins un liant qui se réticule à la chaleur, et que l'agent moussant est activé avant la compression de l'élément façonné. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'agent moussant est activé par effet thermique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'agent moussant est activé par le traitement à la vapeur surchauffée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on utilise comme ma- tériau fibreux des fibres contenant de la cellulose. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que, pour réaliser l'enduc- tion, le liant thermoplastique de forme parLiculaire et contenant l'agent moussant est injecté dans le liant qui se réticule à la chaleur et qui est à l'état liquide, le mélange étant ensuite séché. 6. Procédé selon l'une quelcorque des revendications I à 4, caractérisé par le fait que, pour réaliser l'enduc- tion, le liant thermoplastique de forme particulaire et contenant l'agent moussant est pulvérisé avec lui dans le liant qui se réticule a la chaleur. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caractérisé par le fait que le liant thermoplasti- que, de forme particulaire et contenant l'agent moussant, et qui est recouvert d'au moins un liant qui se réticule à la chaleur, est incorporé dans la masse fibreuse du mat. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le liant thermoplastique, de forme particulai- re, contenant l'agent moussant et recouvert d'au moins un liant qui se réticule à la chaleur est incorporé dans la masse fibreuse du mat à l'état sec. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que, pour réaliser l'enduc- tion, le liant thermoplastique de forme particulaire et con- tenant l'agent moussant est pulvérisé dans le liant qui se réticule à la chaleur et qui est à l'état liquide, et que le mélange est ensuite incorporé à la masse de fibres du mat par pulvérisation. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la concentration du liant thermoplastique, de forme particulaire et contenant l'agent moussant, et qui est recouvert d'au moins un liant qui se réticule à la chaleur, se répartit approximativement sur l'épaisseur du mat de fibres de manière à être plus réduite dans les régions de surface que dans la région cen- trale. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10,, caractérisé par le fait que l'on incorpore, dans les couches externes du mat de fibres, une fraction addi- tionnelle de liants qui se réticulent étroitement. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que les liants qui se réti- culent à la chaleur sont constitués par des substances qui se réticulent en formant de petits alvéoles et de grands alvéoles. 13. Mat de fibres destiné à la réalisation d'éléments façonnés par le procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 12, caractérisé en ce qu'on incorpore, dans une masse précompactée de matériaux fibreux, un liant thermoplas- tique contenant un agent moussart incorporé, se présentant sous forme de particules, qui sont recouvertes d'au moins un liant qui se réticule à la chaleur. 14. Mat de fibres selon la revendication 13, carac- térisé par le fait que les particules du liant thermoplas- tique ont une forme sphérique, ou approximativement sphéri- que. 15. Mat de fibres selon la revendication 13, carac- térisé par le fait que les particules de liant thermoplas- tique ont une forme allongée et en particulier la forme de fibres. 16. Mat de fibres selon l'une quelconque des reven- dications 13 à 15, caractérisé par le fait que le liant qui se réticule à la chaleur est constitué, au moins en partie, de substances élastomères. 17. Mat de fibres selon l'une quelconque des reven- dications 13 à 16, caractérisé par le fait que le liant thermoplastique contenant l'agent moussant est constitué de particules non gonflées de polystyrène, dont la dimen- sion des particules est comprise entre 0,1 et 0,4 mm. 18. Mat de fibres selon l'une quelconque des reven- dications 13 à 17, caractérisé par le fait que le matériau fibreux est constitué de fibres contenant de la cellulose et, en outre, de fibres textiles synthétiques ou naturel- les.