Brevet FR2657293A1 — publié le 19910726

L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un matériau à base d'élastomère renforcé, ainsi qu'un matériau élastomère renforcé en particulier obtenu par ce procédé. Le matériau élastomère renforcé selon l'invention constitue un produit intermédiaire qui peut avantageusement être utilisé pour la réalisation de courroies, tubulures, manchons tubulaires de raccordement de tubulures et canalisation, pneumatiques, et d'une manière générale pour toute application nécessitant l'emploi d'un matériau élastomère présentant une grande résistance à la traction. Le procédé habituellement utilisé pour fabriquer de tels produits intermédiaires consiste à intégrer dans la matière élastomère un élément de renfort constitué par un tissu ou tricot réalisé à partir d'un fil continu luimême réalisé à partir de filaments ou de fibres de polyéthylène téréphtalate (PET), de polyamide (PA) ou de para-aramides (PAA). Ce procédé présente l'inconvénient de nécessiter un grand nombre d'opérations en particulier pour la préparation de l'élément de renfort, et de ce fait conduit à un prix de revient important. Plus récemment il a été proposé de réaliser un matériau élastomère renforcé, par extrusion ou par injection de compositions chargées de fibres coupées. Le procédé est nettement moins onéreux que le procédé habituel, mais il ne permet pas d'obtenir des matériaux présentant toutes les qualités de résistance requises dans de nombreuses applications. En particulier l'extrusion et l'injection ne permettent pas une utilisation d'un taux de fibres aussi élevé que souhaité, en pratique le taux de fibres ne dépasse pas 20%. En outre les fibres ne peuvent être que des fibres courtes que l'opération d'extrusion ou d'injection conduit souvent à casser. Enfin avec un tel procédé il n'est pas possible de maîtriser l'orientation des fibres en vue de renforcer la résistance du matériau, notamment à la traction dans des directions privilégiées. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des procédés connus en améliorant les caractéristiques mécaniques des matériaux obtenus. Le procédé selon l'invention est caractérisé par la succession des opérations suivantes a) réalisation d'un voile de carde par cardage d'une matière fibreuse de renforcement b) insertion dudit voile de carde entre deux feuilles de matériau élastomère. Suivant un développement du procédé selon l'invention, ledit voile de carde subit une opération de nappage préalablement à son insertion entre lesdites feuilles de matériau élastomère. Avantageusement ladite opération de nappage est réalisée de manière à superposer au moins deux voiles de carde, qui, de préférence, sont constitués à partir de matières fibreuses différemment composées. La cohésion de l'ensemble est réalisée par simple adhérence desdites feuilles de matériau élastomère sur ledit voile de carde et/ou avantageusement en procédant à une pré-vulcanisation du matériau élastomère. Le matériau élastomère renforcé, selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est formé d'au moins un ensemble tri-couches dans lequel entre deux couches de matériau élastomère est disposé au moins un voile de carde réalisé à partir d'une matière fibreuse de renforcement. La structure du matériau élastomère renforcé ainsi constituée et le procédé de réalisation, selon l'invention, permettent d'obtenir de manière particulièrement économique un matériau présentant d'excellentes qualités mécaniques et notamment en traction grâce à l'orientation préférentielle des fibres de renforcement obtenue par l'opération de cardage. L'utilisation de fibres brutes c'est-à-dire non travaillées permet, outre une réduction de coût par rapport aux procédés connus qui font appel à des produits de renforcement sous forme de fils tissés ou tricotés, d'utiliser des fibres de renforcement qui ne se prêtent pas aux opérations de filage, tissage ou tricotage, mais qui présentent par ailleurs d'intéressantes propriétés physico-chimiques. En ajustant les paramètres du cardage et/ou du nappage on peut avantageusement contrôler la densité de la matière de renfort et, ainsi, les caractéristiques mécaniques du matériau élastomère renforcé. La description qui suit permettra de mieux comprendre l'invention et d'en découvrir d'autres facettes et avantages. Celle-ci est complétée par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un tableau synoptique du déroulement du procédé selon un exemple de réalisation - la figure 2 montre de manière plus détaillée la partie finale du procédé - la figure 3 montre en coupe la structure du matériau élastomère renforcé selon l'invention - la figure 4 montre en coupe la structure d'une variante du matériau élastomère renforcé selon l'invention. Suivant un premier exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est procédé comme suit. Un lot de matière fibreuse de renforcement en vrac, composé de fibres choisies de manière non limitative parmi le groupe des fibres de polyéthylènetéréphtalate, polyamides, céramiques, verres, métaaramides, para-aramides, polyacrylonitriles pré-oxydées, coton, lin, subit une opération d'ouverture avant d'être amené sur une cardeuse. Le voile de carde sortant de la cardeuse est ensuite placé entre deux plaques ou rubans de matériau élastomère, formant ainsi un matériau tri-couches. L'ensemble tri-couches ainsi formé est rendu cohérent par simple adhérence. Si nécessaire on procède à une pré-vulcanisation par chauffage dudit matériau tri-couches. La prévulcanisation étant équivalente à un simple collage. Plus précisément, les fibres utilisées sont des fibres de para-aramides commercialisées sous la marque TWARON par la Société AKZO. Les fibres ont un diamètre compris entre 1 et 30 microns et de préférence entre 6 et 18 microns. Leur longueur est comprise entre 6 et 120 mm et de préférence entre 20 et 60 mm. Les plaques ou rubans de matériau élastomère présentent une épaisseur faible, de l'ordre de 0,5 mm. Le matériau élastomère peut être sélectionné de manière non limitative parmi les élastomères EPDM, caoutchouc naturel, polychloroprène, SBR, polyuréthane, caoutchouc butyle, caoutchouc nitrile. Le voile de carde présente avantageusement une épaisseur et une densité telles que sa masse est de 5 à 350g/m2 et de préférence voisine de 7g/m2. En variante, le voile de carde subit une opération de nappage destinée à ajuster l'épaisseur et la densité du voile de carde. De préférence l'opération de pré-vulcanisation est réalisée au moyen de rouleaux presseurs chauffants. Après refroidissement le matériau tri-couches est mis en rouleau ou en plaque. Le matériau élastomère renforcé ainsi élaboré peut être ensuité utilisé à diverses fins. Et notamment il peut être thermo-formé et vulcanisé pour la réalisation de courroies, tubulures, manchons tubulaires de raccordement de tubulures et canalisation, pneumatiques. Le tableau synoptique de la figure 1 illustre un deuxième exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention qui se différencie essentiellement du procédé du premier exemple, par la réalisation séparée de plusieurs voiles de cardes (deux sur la figure 1) à partir de matières fibreuses composées différemment. Un voile de carde A est élaboré à partir d'une matière à base de fibres de para-aramides TWARON et un voile de carde B comportant essentiellement des fibres de verre. En variante les voiles de cardes A et B ont des compositions semblables et sont notamment constitués de mélanges de fibres différentes dans des proportions non identiques. Dans une autre variante les compositions des voiles de cardes A et B sont identiques, mais les fibres se présentent sous des caractéristiques différentes, en ce qui concerne leurs longueurs et/ou épaisseurs. Dans tous les cas, les voiles de cardes A et B sont nappés simultanément avant insertion entre deux feuilles ou rubans de matériau élastomère, comme indiqué en traits pleins sur le tableau synoptique de la figure 1, ou sont insérés directement entre les deux feuilles ou rubans de matériau élastomère comme indiqué en traits interrompus sur le même tableau. Les opérations ultérieures sont les mêmes que dans le premier exemple. La figure 2 montre qu'en sortie de nappeuse 10, la nappe de fibres 11 est insérée entre deux feuilles 12 et 13 de matériau élastomère dévidés de rouleaux 14 et 15. L'ensemble tri-couches 12,11,13 ainsi formé est conduit dans un tunnel chauffant 16 dans lequel s'effectue une pré-vulcanisation. En sortie de tunnel 16, l'ensemble tri-couches en cours de pré-vulcanisation est pressé au moyen de cylindres calandreurs 17 et 18, ce qui parfait la cohésion entre les différentes couches 12,11,13. Après passage dans une zone de refroidissement 19 le matériau élastomère renforcé est mis en rouleau 20. En variante on réalise un matériau élastomère renforcé par superposition d'une pluralité d'ensembles couche de matériau élastomère-voile de carde (ou nappe), de telle sorte que les couches extrêmes soient constituées par la matière élastomère. Le matériau élastomère renforcé obtenu suivant les exemples précédents, présente une structure de base telle que montrée en figure 3 où le voile de carde ou nappe de fibres 11 est maintenu entre deux feuilles de matériau élastomère 12 et 13, par simple adhérence et/ou par pré-vulcanisation dudit matériau élastomère. La figure 4 montre en variante, un matériau élastomère renforcé présentant cinq couches de manière telle qu'au voile de carde ou nappes de fibres 11 est maintenu entre deux feuilles de matériau élastomère 12,12' ,13. De la même manière, le matériau élastomère renforcé pourrait présenter sept, neuf couches et davantage. REVENDICATIONS 1) Procédé de réalisation d'un matériau à base d'élastomère renforcé caractérisé par la succession des opérations suivantes - a) réalisation d'un voile de carde par cardage d'une matière fibreuse de renforcement ; - b) insertion dudit voile de carde entre deux feuilles de matériau élastomère. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit voile de carde subit une opération de nappage préalablement à l'insertion entre lesdites deux feuilles de matériau élastomère. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins deux voiles de carde sont réalisés puis superposés au cours d'une opération de nappage préalablement à l'insertion entre lesdites feuilles de matériau élastomère. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que deux voiles de carde sont réalisés à partir de matières fibreuses différemment composées. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cohésion de l'ensemble formé par ledit voile de carde et lesdites deux feuilles de matériau élastomère est réalisée par simple adhérence du matériau élastomère sur ledit voile de carde 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble formé par ledit voile de carde et lesdites deux feuilles de matériau élastomère est soumis à une opération de pré-vulcanisation. 7) Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'ensuite ledit ensemble est soumis à l'action de cylindres presseurs. 8) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération de pré-vulcanisation est réalisée au moyen de cylindres presseurs chauffants. 9) Matériau élastomère renforcé caractérisé en ce qu'il est formé d'au moins un ensemble tri-couches (12,11,13) dans lequel entre deux couches de matériau élastomère (12,13) est disposé au moins un voile de carde (11) réalisé à partir d'une matière fibreuse de renforcement. 10) Matériau élastomère renforcé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite matière fibreuse de renforcement contient des fibres choisies parmi le groupe des fibres de polyéthylène-téréphtalate, polyamides, céramiques, verres, méta-aramides,paraaramides, polyacrylonitriles pré-oxydées, coton, lin.