Brevet FR2613661A1 — publié le 19881014

PROCEDE DE FABRICATION DE PROFILES DE RESINE THERMOPLASTIQUE RENFORCES DE FIBRES CONTINUES, APPAREILLAGE POUR LEUR OBTENTION La présente invention concerne un procédé de fabrication de profilés de résine thermoplastique renforcés de fibres continues ainsi que l'appareillage permettant de les obtenir. Le procédé consiste à imprégner dans une filière d'enrobage à alimentation en tête d'équerre des rovings dont les fibres constitutives sont disposées préalablement à la filière d'enrobage sous forme de nappe, puis, afin d'assurer une imprégnation aussi complète que possible de chacune des fibres des rovings, à faire passer l'ensemble dans une zone d'embarrage préalablement à la filière de conformation du produit final. La filière d'enrobage est alimentée de façon clas- sique par au moins une extrudeuse. Il est connu, par exemple du brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 834 980 de gainer de résine thermoplastique des rovings. Selon les techniques habituelles de gainage on fait traverser aux rovings le corps central chauffé d'une filière, le gainage s'effectuant au moyen d'une alimentation en résine thermoplastique fondue à partir du système connu en tête d'équerre. Un roving est constitué de la réunion de plusieurs fibres élémentaires continues. Dans les techniques connues de gainage pour la fabrication des profilés renforcés de fibres continues, on associe généralement sous forme de fuseau plusieurs rovings. Dans ces conditions on rencontre deux difficultés majeures qui ne sont pas résolues. La première réside dans la difficulté d'imprégner à coeur les fuseaux et de répartir de façon homogène la résine thermoplastique autour de chacune des fibres élémentaires. La seconde, conséquence de la première, est de rencontrer dans le produit fini de l'air emprisonné entre les fibres ce qui est source de défauts dans les propriétés mécaniques. Le procédé selon l'invention consiste préalablement au passage des rovings dans la filière d'enrobage des fibres, plutôt que de les introduire sous forme de fuseau, d'épanouir chaque roving de façon à étaler sensiblement c8te à côte chacune des fibres de roving. Les rovings se trouvent dans ce cas sous forme de nappe ou de ruban constitué d'une succession de fibres individuelles continues paral- lèles. Pour réaliser cet alignement des fibres en épanouissant le roving on introduit les rovings dans la filière d'enrobage alimentée en polymère thermoplastique fondu après les avoir fait passer dans au moins une chicane d'une zone d'embarrage qui, forçant sur le roving, provoque l'étalement des fibres le constituant. La nappe ou ruban ainsi formée est imprégnée de résine thermoplastique et tirée, avant la filière de conformation, dans un nouveau système d'embar- rage formé de chicanes sensiblement parallèles à la ou les premiè- res. Dans ce système, la nappe ou ruban imprégnée de résine thermo- plastique fondue passe dans au moins deux chicanes opposées et parallèles l'une par rapport à l'autre. Dans ces conditions, l'en- semble des fibres imprégnées de résine thermoplastique est dans la première chicane écrasé sur une de ses faces forçant la résine à s'infiltrer à l'état fondu entre les fibres pour passer vers la face opposée. L'effet inverse se produit quand l'ensemble des fibres imprégnées entre en contact avec la chicane opposée. Ce système d'embarrage avant et après le gainage de la nappe ou du ruban permet de réaliser l'imprégnation individuelle des fibres, ce qui provoque une meilleure homogénéisation et répartition de la résine dans les fibres ainsi que l'élimination quasi-totale de l'air occlus dans les rovings. Les Figures annexées permettent de mieux illustrer l'invention. La Figure 1 illustre l'appareillage complet permettant la fabrica- tion des profilés. Cet appareillage est constitué en 1 du système d'embarrage permettant l'étalement des fibres des rovings. En 2, suit la filière d'enrobage, reliée à une extrudeuse non représentée, avant le système d'embarrage 3 des fibres imprégnées. Finalement en 4, on trouve la filière de conformation. En 1 est représenté le système d'embarrage constitué d'un canal dans lequel on tire les rovings "a". Ce canal de géométrie quelconque est de préférence de section rectangulaire de façon à faciliter la mise des rovings sous forme de nappe ou de ruban. L'entrée du canal peut être évasée de façon à permettre une meilleure introduction des rovings dans l'appareillage. Dans ce canal se trouve au moins une chicane "b" déviant le sens de tirage des rovings. Cette chicane est disposée sensiblement perpendiculairement à l'axe de tirage des rovings, et par conséquent du canal, de sorte que, lors de leur passage, ils butent sur ladite chicane ce qui entraîne la mise à plat des fibres constituant chaque roving. Habituellement une seule chicane peut suffire, mais dans le cas o on souhaite réaliser une nappe à partir de nombreux rovings, il peut être souhaitable d'utiliser un système d'embarrage possédant plusieurs chicanes. Afin d'améliorer l'impré- gnation ultérieure des fibres, il peut être utile de disposer d'une prise de vide "c" permettant d'éliminer le maximum d'air occlus dans les rovings. Un système de chauffage est également recommandé. La filière d'enrobage 2 est du type habituellement connu pour le recouvrement de fibres continues par un polymère à l'état fondu. Il s'agit d'une filière alimentée en tête d'équerre permettant d'enro- ber les fibres de matière thermoplastique fondue. La partie 3 de l'appareillage formant le second système d'em- barrage, habituellement chauffé à une température au moins égale à celle de fusion de la résine thermoplastique, est constituée essen- tiellement d'un canal "d" recevant dans l'alignement de la filière d'enrobage les fibres enrobées de résine thermoplastique fondue. Ce canal comporte au moins deux chicanes "e" et "f" disposées sensiblement perpendiculairement à son axe ou encore à l'axe de tirage des fibres enrobées et en opposition l'une par rapport à l'autre de façon telle qu'au tirage chacune des faces de l'enrobage soit alternativement forcée. Ces chicanes, comme déjà précisé, sont sensiblement parallèles à la chicane "b". Finalement les fibres imprégnées sont refroidies en sortie d'appareillage après leur passage dans la filière de conformation 4. Cette filière de conformation habituelle à tout système d'extrusion permet de donner l'aspect final du produit à obtenir. Selon les techniques connues il est possible compte tenu de la géométrie de la filière d'obtenir des profilés sophistiqués ou tout simplement des joncs que l'on découpe pour former des granulés transformables ultérieurement par toute autre technique de mise en oeuvre. La Figure 2 montre une coupe en profil de la partie 2 de la Figure 1 relative à la filière d'enrobage. Cette Figure illustre un type de filière connue permettant d'enrober les fibres de rovings disposées en nappe. Une extrudeuse 5, non représentée, alimente en résine thermoplastique fondue par l'intermédiaire des canaux d'ali- mentation 6 et 7 le canal 8, représenté de section rectangulaire, 2613 6 6 1 dans lequel est tirée la nappe de fibres. La disposition des canaux d'alimentation 6 et 7 est telle qu'elle permet la distribution en résine thermoplastique fondue sur au moins les deux faces opposées les plus larges de la nappe de fibres. La Figure 3 montre une coupe en profil d'une partie 3 utili- sable formant le second système d'embarrage. Selon cette figure, particulièrement adaptée à l'invention, les chicanes résultent de la forme même du canal qui serpente sinusoldalement entre la sortie de la filière d'enrobage et la filière de conformation. Selon ce système, il s'agit d'un bloc métallique, de préférence chauffé traversé d'un canal en forme de serpentin sinusoïdal possédant au moins deux chicanes parallèles en opposition représentées par une crête haute "f" et une crête basse "e" de la sinusoïde. La Figure 4 permet de comprendre comment, dans un système d'embarrage selon la Figure 3, les fibres alignées "g" des rovings, venant buter sur les crates de la sinusoïde, forcent la résine thermoplastique fondue "h" à passer entre elles et par conséquent à améliorer leur enrobage. Le procédé selon l'invention permet la fabrication de profilés renforcés de fibres continues à partir de tout polymère ou copoly- mère thermoplastique extrudable dont parmi les plus courants on peut citer: les polyoléfines, comme le polyéthylène ou polypropylène, les polymères vinylaromatiques et leurs copolymères comme le poly- styrène et le copolymère acrylonitrile-butadiène-styrène, les polymères vinyliques halogénés comme le polychlorure de vinyle et le polyfluorure de vinylidène, les polyamides comme les polyamides 6, 11, 12, 6-6, 6-10, les polyesters comme le polyéthylène téréphta- late, le polybutylène téréphtalate, le copolymère séquencé poly- (éther-amide), le polysulfone, le polyéthersulfone, le polycarbo- nate, le polyétheréther cétone, le polyphénylène sulfure, le poly- étherimide, le polyphénylène oxyde, le polyphénylène éther ou encore leurs mélanges. Les polymères thermoplastiques extrudables sont renforcés de fibres continues minérales ou organiques. A titre d'exemple on peut citer les rovings de fibres de verre, de silice, de carbone ou encore d'aramide. Les profilés renforcés obtenus peuvent être utilisés tels quels selon la forme de la filière. Ils peuvent également servir comme produits intermédiaires, après compoundage ou mise sous forme de granulés, en injection, compression, injection-compression, extru- sion et autres. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter. EXEMPLE 1 On utilise un appareillage selon la Figure 1 avec les préci- sions suivantes: - zone 1 d'embarrage: longueur: 60 mm largeur: 100 mm 15. entrefer : 3 mm entrée évasée et une chicane au dôme de 10 mm de hauteur zone 2 de filière d'alimentation longueur: 90 mm largeur: 100 mm 20. deux canaux d'alimentation de 10 mm de diamètre entrefer en sortie de zone: 3 mm alimentation: extrudeuse de diamètre 30 mm longueur de vis: 22 D - zone 3 d'embarrage 25. longueur : 200 mm largeur: 100 mm embarrage sinusoïdal à 3 crêtes amplitude inter-crêtes: 40 mm entrefer: 3 m - zone 4 de conformation filière & 5 trous de 3 mm de diamètre longueur: 100 mm largeur: 100 mm Dans cet appareillage on fabrique des joncs de polyamide 11 chargé à 50 Z en masse de fibres E, Roving 2400 tex. La vitesse de tirage est de: 3 mètres par minute. 3OZ: auoz se 3o09Z: C euoz 3o09Z: Z auoz 3oOZ: I Duoz : p z8s sDuoz sep eunDéeu Dp an3eludme el *-znu]Tm d saxUm E: ap 18I SesWTz op DssT.A el oc Àxae oo0z SuTaol ' saiq;; op assem ua Z O, I qSaiqz auQtidozdLTod ap sDuoF sep anbTiqv; uo I aldmexal op BVTl;slalddel suVW tf 'Iawat oOZ: auoz SZ Do09Z: ú auoz Do09Z: z auoz DoOZZ: I auoz :p 8se sauoz sep eunzeqz ap eanelvadmez el *alnuTm aBd seaul: ap Ise oSea2Bop assavA el oz -xai 007Z ZuTAo> 'l seaqT; ap assem nue Z ot, gaeq ZI apTmúelod ap souoP sep enbTzqv; uo I aldmexegl ap 92leTTaelddBIl suw Do09z: t auoz Do08Z: ú auoz 9o08Z: z auoz DoOZZ: I quoz : ap zso seuoz sap eunouq ap ainivagdmez el ÀainuTm ied s9lsm ú: ap Ise agSuiT ap ssa91TA es l Àxai tZ 0 SUTAOd 'g saqT;; ap assBm ue Z ú I 9Saivq 9 gpTptm od ap souoF sep enbTqe; uo T alIdmexeI ap a2evlITaedde, suiq t,0I: suozç DoOTZ: auoz JoOcz ú au0z DoOZ: z auoz DoOOZ: I auoz : ap Is8 sauoz sep aunDoqD op ean;lupdmeo in 199ú19Z EXEMPLE 5 Dans l'appareillage de l'exemple 1, mais en remplaçant en zone 4 la filière à 5 trous par une filière à sortie unique de longueur mm, de largeur de sortie de filière 100 mm et d'entrefer 0,7 mm, on fabrique une nappe de polyamide 6 chargé à 40 % en masse de fibres E, Roving 2400 tex. La vitesse de tirage est de: 1 mètre par minute. La température de chacune des zones est de: zone 1: 220 C zone 2: 280 C zone 3: 280 C - zone 4: 275 C 2613 6 6 1 R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé de fabrication de profilés de résine thermoplas- tique renforcés de fibres continues par enrobage de résine thermo- plastique dans une filière d'enrobage de fibres continues de rovings caractérisé en ce que préalablement à l'enrobage les fibres des rovings sont épanouies en nappe de fibres alignées parallèlement par passage dans au moins une chicane d'une zone d'embarrage et en ce que après enrobage des fibres l'ensemble imprégné de résine fondue traverse une seconde zone d'embarrage constituée d'au moins deux chicanes opposées et parallèles l'une par rapport à l'autre forcant la résine à s'infiltrer entre les fibres. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les chicanes des deux zones d'embarrage sont parallèles. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les chicanes sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de circulation des fibres continues dans l'appareillage. 4.- Appareillage permettant de fabriquer des profilés de résine thermoplastique renforcés de fibres continues constitué essentiellement d'une filière d'enrobage des fibres continues et d'une filière de conformation caractérisé en ce que préalablement à la filière d'enrobage se trouve un système d'embarrage formé d'un canal possédant au moins une chicane sensiblement perpendiculaire à l'axe dudit canal et en ce que entre la filière d'enrobage et la filière de conformation se trouve un second système d'embarrage formé d'un canal, situé dans l'alignement de sortie de la filière d'enrobage, possédant au moins deux chicanes opposées et parallèles l'une par rapport à l'autre, et, sensiblement perpendiculaires à l'axe dudit canal. 5.- Appareillage selon la revendication 4 caractérisé en ce que les chicanes des deux systèmes d'embarrage sont parallèles. 6.- Appareillage selon l'une des revendications 4 ou 5 carac- térisé en ce que le second système d'embarrage est formé d'un bloc métallique traversé d'un canal en forme de serpentin sinusoïdal possédant au moins deux chicanes parallèles en opposition représen- tées par une crête haute et une crête basse de la sinusoïde.