Brevet FR2574700A1 — publié le 19860620

MATERIAU COMPOSITE CONSTITUE D'UNE GAINE THERMOPLASTIQUE CONTINUE ET D'UNE AME SENSIBLE A LA TEMPERATURE DE FUSION DE LA GAINE. SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne un matériau composite constitué d'une gaine thermoplastique continue et d'une âme caractérisé en ce que l'âme est sensible à la température de fusion de la gaine. Les matériaux composites constitués d'une âme gainée de matière thermoplastique sont connus, il s'agit de façon générale de maté- riaux possédant des âmes métalliques, comme dans le cas par exemple des câbles ou fils électriques. Les techniques adaptées à ces - fabrications, telle celle décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique 3 764 642, ne permettent de fabriquer que des matériaux composites dont l'âme est peu sensible non seulement à la tempéra- ture de fusion du matériau constituant la gaine, mais encore à celle de l'outillage d'extrusion. Habituellement ces composites sont fabriqués par extrusion en faisant passer le fil métallique à travers la filière de gainage. Il est donc tout à fait impensable, avec une telle technique, de fabriquer un composite dont l'âme ne peut supporter la température d'extrusion de la gaine. Selon la demande de brevet européen 84401239.3 il n'est possi- ble d'obtenir qu'un matériau composite dont la température de fusion de l'âme est au mieux égale à celle de la gaine, c'est-à-dire un matériau possédant une âme non sensible à la température de gainage dans les conditions opératoires connues. Selon la présente invention il est maintenant possible de fabriquer un matériau composite dont l'âme est sensible dans les conditions de température de gainage. Le matériau composite selon l'invention est essentiellement constitué d'une gaine thermoplastique et d'une âme. Toutes les résines, thermoplastiques après leur extrusion, peuvent convenir comme gaine. Elles peuvent par exemple être choisies dans le groupe des polymères ou copolymères styréniques, vinyliques, acryliques ou méthacryliques, oléfiniques, ou encore parmi les résines fluorées, les polyamides, les polycarbonates, les propionates de cellulose et les mélanges de ces composés. On entend également par résine thermo- plastique, les résines erxtrudables, thermoplastiques après extru- sion, susceptibles d'être ultérieurement réticulées; tel est le cas par exemple des caoutchoucs synthétiques ou élastomères, tels par exemple l'EPDH ou les polyéthylènes chlorosulfonés, ou encore des polyesters come par exemple certains polyuréthannes. L'âme du matériau composite peut se présenter sous forme de poudre, mais aussi sous forme de fibres ou de structure, telle que jonc, granulé etc, de résine plastique sensible à la température de la gaine. Elle peut également se présenter sous forme de fibres quelconques imprégnées de poudre sensible à la température de fusion de la gaine. De telles poudres sont habituellement des poudres de résine thermoplastique, mais il n'est pas exclu d'imprégner les fibres d'un réactif tel qu'accélérateur ou agent réticulant suscep- tible de réagir ultérieurement à chaud avec la gaine. De façon générale l'âme est constituée de poudre et/ou de fibres susceptibles d'avoir leur aspect physique ou leur structure endommagé aux tempé- ratures d'extrusion de la gaine. La poudre utilisée dans l'âme du matériau est habituellement choisie parmi les composés dont le point de fusion ou à défaut la température de décomposition est inférieur au point de fusion du matériau thermoplastique choisi pour la gaine. Un matériau particulièrement intéressant selon l'invention est constitué d'une gaine thermoplastique contenant une âme comprenant des fibres, par exemple de textile, de carbone ou de verre, impré- gnées d'une poudre sensible à la température de fusion de la gaine. L'imprégnation, préalable au gainage, des fibres par une poudre est connue et peut se faire, selon un procédé classique, par passage des fibres dans un lit fluidisé de poudre comme décrit dans la demande de brevet européen 84401239.3. Le matériau composite de l'invention est fabriqué selon la technique classique de gainage par extrusion, la différence avec l'art antérieur se situant au niveau d'une tête d'extrusion spéci- fique. Les explications suivantes, illustrées par la figure annexée, permettent de mieux comprendre le procédé après description de l'appareillage. L'appareillage est essentiellement constitué d'un outillage représenté par une filière tubulaire (1) et un poinçon (2), et d'un guide tubulaire (3) de l'âme. Ce guide, maintenu éventuellement refroidi au moyen du système (4), est disposé de telle sorte qu'il aboutisse sensiblement dans l'alignement, et de préférence sensi- blement dans l'axe, de la lèvre de sortie de l'outillage formant la paroi interne de la gaine, c'est-à-dire, dans le cas de la Fig. 1 de la Planche 1, sensiblement dans l'alignement du poinçon (2), tout en conservant un canal (5) pour un moyen de refroidissement pouvant aller jusqu'au canal (6) de sortie de la matière de l'outillage. De façon classique et accessoire l'outillage représentant l'ensemble filière-poinçon est habituellement monté en tête d'équerre (7) l'ensemble étant fixé par un écrou de serrage (8). Afin d'améliorer l'isolation thermique du guide, il n'est pas exclu de revêtir les parois chaudes du passage (5) d'un isolant (9) servant d'écran thermique supplémentaire. Afin de diminuer au maximum l'effet dû au rayonnement calori- fique de l'outillage d'extrusion, il est recommandé de disposer directement en sortie d'outillage un écran thermique (10), les meilleurs résultats étant obtenus avec un écran prenant naissance au niveau de la lèvre externe de l'outillage. L'efficacité de l'écran peut être améliorée par tout moyen de refroidissement annexe tel, par exemple, l'envoi d'un courant d'air par la tubulure (11), courant d'air pouvant accessoirement servir pour maintenir une contrepression sur le matériau extrudé grace à un réducteur de débit d'air (12). L'ensemble de l'appareillage s'adapte à une extrudeuse classique et s'utilise selon les techniques classiques d'extrusion. Le guide tubulaire (3) peut se trouver en deçà de la lèvre de sortie de l'outillage formant la paroi interne de la gaine, mais il peut également déboucher au delà de la lèvre de sortie de la filière. De préférence la distance de la sortie du guide à la lèvre du poinçon quand le guide est en retrait, et, de la sortie du guide à la lèvre de sortie de la filière quand le guide dépasse à l'exté- rieur de la filière est de l'ordre de 4 mm au maximum. Afin de mieux maîtriser le courant d'air de refroidissement, dans le cas o ce moyen de refroidissement est utilisé, il peut être envisagée, comme on peut le voir sur la Fig. 2, de terminer la tête de sortie du guide (3) par une buse percée de trous latéraux qui évitent à l'air d'arriver trop directement sur le matériau (14) constituant l'âme. Il n'est pas exclu dans ce cas que l'extrémité de cette buse vienne en contact avec le poinçon (2) de façon à empêcher le courant d'air d'agir directement sur la gaine en sortie d'appa- reillage. Au moyen de l'appareillage il est possible de fabriquer, comme déjà précisé, un matériau composite constitué d'une gaine plastique contenant une âme fragile à la température d'extrusion de la gaine. Selon le procédé on extrude une gaine thermoplastique au travers du canal (13) de la filière, tandis que simultanément par l'extrémité opposée à l'outillage du guide (3), éventuellement refroidi et servant d'entonnoir, on introduit le matériau (14) constituant l'âme qui rencontre la gaine après la sortie de l'outillage, un système de refroidissement étant établi sensiblement au niveau de la sortie de l'outillage entre la partie interne de la gaine et le matériau constituant l'âmne de telle sorte que l'âme ne puisse ître attaquée par la température de l'outillage ou celle de la gaine en sortie (6). Un système de refroidissement pratique, bien que non exhaustif, consiste à injecter de l'air froid en (15) dans le canal (5) entre le guide (3) et la paroi chaude de l'outillage. En conséquence soit de l'avancement du guide dans la sortie de l'outillage, soit du degré de refroidissement de la sortie interne de la gaine, ou encore de la conjonction des deux moyens, il est possible de maintenir l'ensemble du matériau à gainer à une température suffisamment basse pour qu'il conserve durant toute l'opération de gainage son aspect pratiquement original sans déformation sensible. Afin d'améliorer le calibrage du matériau composite ou même d'augmenter sa vitesse de refroidissement il est possible d'envoyer un contre courant d'air sur la gaine externe en sortie d'outillage. Cela peut par exemple se faire en injectant de l'air dans la tubu- lure (11) de l'écran thermique (10). Le matériau selon l'invention trouve de nombreuses applications en particulier dans le renforcement de pièces soit par exemple par enroulement et chauffage du matériau sur la pièce pour souder l'ensemble ou encore par dép8t et chauffage d'un tissu ou d'un mat constitué par le matériau composite. Les exemples suivant illustrent l'invention sans la limiter. EXEMPLE 1 A partir d'une extrudeuse type monovis de diamètre 30 - 24 D, munie de l'outillage de la Fig. 2, on extrude à un débit de 760 grammes/heure, à une température d'extrusion à l'outillage de 220 C, une gaine de polyamide 6 de diamètre 2 mm, simultanément on introduit dans la gaine à travers le guide (3) refroidi à l'eau, un rowing 320 tex dont les fils sont préalablement noyés dans une poudre de polyamide 12 de température de fusion de 176 C, dont la' taille des particules est de l'ordre de 10 microns. Le rapport en volume fibre/poudre étant de 25/75. Dans le canal (5) on fait circuler un débit d'air suffisant pour obtenir une fluidisation de la poudre à proximité de la zone de gainage. EXEMPLE 2 Dans l'appareilalge de l'exemple 1 on extrude à un débit de 860 grammes/heure à une température d'extrusion à l'outillage de 225 C une gaine polyamide 6 de diamètre 2 mm, simultanément on introduit dans la gaine à travers le guide 3 refroidi à l'eau un agent d'expansion en poudre: l'azodicarbonamide dont la température / de décomposition est de 150 C, imprégné sur un rowing 320 tex. Le rapport en volume fibre-poudre est de 46/54. On obtient un composite polyamide 6-azodicarbonamide renforcé de fibres susceptibles d'être traité ultérieurement à chaud pour utiliser les effets d'expansion de l'azodicarbonamide. EXEMPLE 3 On reprend l'exemple 1 avec une température d'outillage de 225 C une gaine de polyéthylène de point de fusion 117 C un débit d'extrusion de 1025 grammes/heure On introduit dans la gaine, simultanément à sa formation, le rowing imprégné de peroxyde de dicumyle en poudre dont la température de réaction est de 120 C. Le rapport en volume fibre-poudre est de 35/65. On obtient un composite susceptible d'être réticulé ultérieure- ment à chaud. EXEMPLE 4 On reprend l'exemple 1 avec une température d'outillage de 210 C une gaine de polyamide 12 un débit d'extrusion de 800 grammes/heure On introduit dans la gaine, simultanément à sa formation, le rowing imprégné de polyether bloc amide en poudre de point de fusion de 128 C. Le rapport en volume fibre-poudre est de 43/57. On obtient un composite susceptible d'être traité à chaud afin d'améliorer la souplesse finale du polyamide 12 grâce au polyether compatible. R E V E N D ICATIO 1 N S 1. Matériau composite constitué d'une gaine thermoplastique continue et d'une âme caractérisé en ce que l'âme est sensible à la température de fusion de la gaine. 2. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'âme se trouve sous forme de poudre. 3. Matériau selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que l'âme est constituée de fibres imprégnées de poudre sensi- ble à la température de fusion de la gaine. 4. Matériau selon les revendications 2 à 3 caractérisé en ce que la poudre est choisie parmi les composes dont le point de fusion ou à défaut la température de décomposition est inférieur à la température de fusion du matériau thermoplastique de la gaine. 5. Procédé de fabrication du matériau des revendications 1 à 4 consistant à extruder une gaine au travers d'un outillage représenté par une filière tubulaire (1) et un poinçon (2), ledit outillage étant monté en tête d'équerre de façon à ce que, par l'intermédiaire d'un guide (3), on introduise dans la gaine, simultanément à sa fabrication, l'âme sensible à la température d'extrusion de la gaine caractérisé en ce que l'on assure, grâce à un moyen situé dans le canal (5) entre l'outil- lage et le guide, un refroidissement sensiblement au niveau de la sortie de l'outillage entre la partie interne de la gaine et le matériau constituant l'âme. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que la tête de sortie du guide (3) étant terminée par une buse percée de trous latéraux on envoie un courant d'air de refroidissement dans le canal (5). 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'extrémité de la buse en contact avec le poinçon (2) empêche le courant d'air d'agir directement sur la gaine en sortie d'appareillage. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que la distance de la sortie du guide (3) à la lèvre du poinçon (2) quand le guide est en retrait, et, de la sortie du guide (3) à la lèvre de sortie de la filière (1) quand le guide dépasse à l'extérieur de la filière est d'environ 4 mm maximum. 9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que le guide est sensiblement dans l'axe de la lèvre de sortie de l'outillage formant la paroi interne de la gaine.