Brevet FR2795669A1 — publié le 20010105

La présente invention concerne un procédé et une installation de traitement de fibres destinées à la fabrica- tion de matériaux composites, pour en assurer la manipulation et le dosage. L'invention vise plus particulièrement les fibres de verre, mais elle concerne également tout autre type de fibres, par exemple de carbone, d'aramide ou bien encore les fibres d'origine végétale. L'invention vise le traitement, non seulement des fibres à l'état vierge, mais encore des fibres provenant de matières recyclées, en particulier de matières plastiques ou de maté- riaux composites. Les utilisations de ces fibres sont multiples. Elles sont ainsi incorporées directement, à l'état vierge ou recyclé, dans une matrice contenant une résine thermoplastique, de manière à former des granulés composites. Il est également connu d'ajouter de telles fibres recyclées dans du béton ou encore dans des bitumes, ce qui confère à ces derniers des propriétés améliorées, en particulier en termes d'anti- fissuration. Sous l'angle pratique, l'opérateur dispose de fibres, vierges ou recyclées, assemblées sous forme d'un agglomérat qu'il incorpore directement dans le matériau destiné à recevoir ces fibres. L'utilisation d'un tel agglomérat présente certains inconvénients, car il se révèle difficile à manipuler et à doser. De la sorte, le matériau composite, une fois formé, présente une densité inégale en fibres, à savoir qu'il recèle des zones o la quantité de fibres est trop faible ou trop importante. Ceci ne permet pas de conférer aux matériaux composites les propriétés requises. De plus, cet agglomérat initial est à l'origine de poussières, en particulier dans le cas de fibres recyclées, ce qui induit une gène importante pour les opérateurs. Afin de pallier ces différents inconvénients, l'invention se propose de mettre en oeuvre un procédé de traitement de fibres permettant une répartition homogène de ces dernières au sein du matériau destiné à les recevoir, et dont la manipulation soit aisée et sans danger pour un utilisateur. A cet effet, elle a pour objet un procédé de traitement de fibres destinées à la fabrication de matériaux composites, dans lequel on forme un agglomérat desdites fibres, caracté- risé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - on amène par chauffage, dans un état essentiellement fluide, un additif qui est solide à la température ambiante et neutre vis-à-vis des fibres; - on ajoute audit agglomérat ledit additif à l'état essentiellement fluide, - on répartit de façon homogène les fibres au sein de l'additif fluide, - on fait revenir ledit additif à l'état essentiellement solide, de manière à obtenir un semi-produit formé par l'addi- tif solide et les fibres, semi-produit au sein duquel la répartition des fibres est homogène, et - on débite ledit semi-produit sous forme d'éléments discrets. On entend par additif neutre vis-à-vis des fibres, un additif n'induisant aucune modification substantielle des propriétés du matériau composite chargé au moyen de ces fibres. On amène l'additif initialement solide dans un état fluide, à savoir dans lequel cet additif, qui peut présenter une haute viscosité, est malléable, de manière à permettre un malaxage intime avec les fibres. L'inventionpermet d'atteindre les objectifs précédemment mentionnés. Les éléments discrets obtenus conformément à l'invention sont aisément manipulables. Ils présentent avantageusement une taille réduite, et sont par exemple constitués par des granulés de quelques centimètres de longueur et de quelques millimètres de diamètre. Ces éléments discrets sont d'un dosage facile, dans la mesure o un opérateur est à même de les disperser de façon homogène au sein du béton ou des bitumes que ces fibres doivent renforcer. Il convient de noter qu'au sein d'un élément discret isolé, la densité de fibres peut être sensiblement différente de la teneur nominale en fibres du matériau composite une fois réalisé, sans que cela soit préjudiciable aux propriétés de ce dernier. En effet, ces éléments discrets sont formés à partir d'un semi-produit o les fibres sont réparties de façon homogène. L'utilisation de ces éléments discrets, qui sont à l'état solide, ne génère sensiblement aucune poussière, ce qui est avantageux en termes d'environnement et de conditions de travail pour un opérateur. L'utilisation de fibres conditionnées sous forme d'élé- ments discrets obtenus conformément à l'invention, conduit à l'obtention de matériaux chargés de faible densité et dont la résistance mécanique est satisfaisante. De plus, le prix de revient de ces matériaux est peu élevé, en particulier dans le cas d'emploi de fibres recyclées. Le procédé de traitement conforme à l'invention assure un enrobage des fibres par l'additif en phase solide. Ceci confère à ces fibres, avant leur utilisation, une bonne tenue en milieu agressif. Selon une caractéristique de l'invention, l'additif comprend une fraction substantielle de composés thermoplasti- ques. On pourra par exemple faire appel à des polyoléfines, à savoir des polyéthylènes ou polypropylènes, des composés styréniques, tels que l'acétate butadiène styrène, ou ABS, des polyamides, des polychlorures de vinyl, ou PVC, des polyalco- ols de vinyl, ou PVA, des polybutadiène theréphtalates, ou PBT, ou encore à des polyéthylène theréphtalates, ou PET. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'additif est un polyéthylène basse densité. Selon une autre caractéristique de l'invention, on ajoute l'additif selon les proportions comprises entre 20 et 80%, de préférence entre 20 et 50% du poids total des éléments discrets une fois réalisés. On peut répartir les fibres au sein de l'additif fluide par action thermomécanique, notamment par extrusion. On pourra cependant utiliser tout autre procédé approprié. L'invention se propose également de réaliser une installation permettant la mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus. A cet effet, elle a pour objet une installation compre- nant: - des moyens d'alimentation en un agglomérat desdites fibres - des moyens de chauffage d'un additif solide à la température ambiante et neutre vis-à-vis des fibres, propres à amener ledit additif dans un état essentiellement fluide, - des moyens d'alimentation en ledit additif à l'état essentiellement fluide; - des moyens de réception commune dudit agglomérat et dudit additif fluide, - des moyens de répartition homogène des fibres au sein de l'additif fluide, - des moyens de refroidissement dudit additif jusqu'à un état substantiellement solide, de manière à obtenir un semi- produit formé par l'additif solide et les fibres, et - des moyens de transformation dudit semi-produit en éléments discrets. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de répartition homogène comprennent un moyen thermo-mécanique, notamment une extrudeuse. On pourra cependant faire appel à tout autre dispositif approprié. L'invention a également pour objet un élément de charge, comprenant des fibres de renfort, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un enrobage dans lequel sont noyées lesdites fibres, ledit enrobage étant constitué d'un additif solide à température ambiante et neutre vis-à-vis des fibres. Cet élément de charge pourra être associé à une matrice, de manière à former un matériau composite. Il pourra également être ajouté à des bétons ou encore à des bitumes, de manière à conférer à ces derniers des propriétés améliorées, en particulier en termes d'anti-fissuration. L'invention a enfin pour objet un matériau composite, comprenant une matrice renforcée au moyen d'éléments de charge tels que définis ci-dessus. L'invention va être décrite ci-dessous, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe illustrant une installation de traitement de fibres conforme à l'inven- tion; - la figure 2 est une vue schématique de côté d'un élément discret obtenu conformément à la mise en oeuvre du procédé de l'invention. L'installation de traitement de fibres, illustrée à la figure 1, comprend une extrudeuse 12, de type classique. Cette extrudeuse est pourvue d'une entrée 14 en forme d'entonnoir, d'un corps principal 16 dans lequel est reçue une vis sans fin 18, ainsi que d'une sortie 20 au voisinage de laquelle sont prévus des moyens de refroidissement 22. La sortie 20 de l'extrudeuse 12 est mise en communication avec une unité de granulation 24, de type classique. La sortie 26 de cette unité de granulation 24 débouche dans un bac de conditionnement 28. La mise en oeuvre du procédé de traitement de fibres conforme à l'invention va maintenant être décrite en référence à la figure 1. On admet, à l'entrée 14 de l'extrudeuse 12, des fibres de verre 30 formant un agglomérat, ainsi que des granulés 32 de polyéthylène basse densité. Ces fibres 30 et ces granulés 32 sont introduits selon des proportions pondérales égales. Ces fibres de verre sont obtenues, dans l'exemple considéré, par recyclage, suivant l'enseignement de FR-A-2 765 123. Ces fibres de verre peuvent également être vierges. On peut également utiliser des fibres, vierges ou recyclés, d'aramide, de carbone, végétales ou métalliques. On peut utiliser, en remplacement du polyéthylène basse densité, tout autre additif neutre vis-à-vis des fibres 30, tels que des composés thermoplastiques. Ces derniers peuvent être vierges ou être issus de l'industrie de recyclage, à savoir qu'ils sont alors formés par des morceaux de bouteilles, ou encore des déchets d'injection, ou des lambeaux d'objets initialement réalisés en matière thermo-plastique. Dans le corps 16 de l'extrudeuse 12, les granulés 32 de l'additif polyéthylène basse densité passent de l'état solide à un état plastique, dans lequel ils sont aisément fluides. L'action de la vis sans fin 18 permet de répartir de façon homogène les fibres 30 au sein du polyéthylène, dans son état fluide. Les moyens de refroidissement 22 assurent le retour du polyéthylène dans un état substantiellement solide. De la sorte, en aval de la sortie 26 de l'extrudeuse 12 est formé un boudin 34, constituant un semi-produit formé par le polyéthylène, revenu dans son état solide, et les fibres 30 qui sont réparties de manière homogène au sein de ce boudin 34. Ce dernier est alors admis dans l'unité de granulation 24, d'o il ressort sous forme de granulés, constituant des éléments discrets 36 qui se déversent dans le bac 26. La figure 2 représente, de façon plus précise, un élément discret 36, obtenu selon le procédé tel que décrit ci-dessus. Cet élément discret 36 possède une forme allongée, à peu près cylindrique. Sa dimension principale, ou longueur, est par exemple de 30 mm, alors que sa dimension transversale, ou diamètre, est par exemple de 5 mm. Cet élément 36 comprend un enrobage 38, formé du polyéthylène basse densité, au sein duquel sont noyées les fibres 30. Il est à noter que les fibres de s'étendent pas sur toute la longueur de l'élément discret 36 en forme de granulé. Cet élément discret 36 constitue un élément de charge qui pourra être associé à une matrice, de manière à former un matériau composite. Il pourra également être ajouté à des bétons ou encore à des bitumes, de manière à conférer à ces derniers des propriétés améliorées, en particulier en termes d'anti-fissuration. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de fibres (30) destinées à la fabrication de matériaux composites, dans lequel on forme un agglomérat desdites fibres, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - on amène par chauffage (en 12), dans un état essentiel- lement fluide, un additif (32) qui est solide à la température ambiante et neutre vis-à-vis des fibres, - on ajoute (en 16) audit agglomérat ledit additif à l'état essentiellement fluide, - on répartit (par 18) de façon homogène les fibres (30) au sein de l'additif fluide, - on fait revenir ledit additif à l'état essentiellement solide, de manière à obtenir un semi-produit (34) formé par l'additif solide et les fibres (30) , semi-produit au sein duquel la répartition des fibres est homogène, et on débite (en 24) ledit semi-produit (34) sous forme d'éléments discrets (36). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif (32) comprend une fraction substantielle de composés thermoplastiques. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'additif (32) est un polyéthylène basse densité. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on ajoute l'additif (32) selon des proportions comprises entre 20 et 80%, de préférence entre 20 et 50%, du poids total des éléments discrets une fois réalisés. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on répartit les fibres (30) au sein de l'additif fluide par action thermo-mécanique, notamment par extrusion (en 12). 6. Installation de traitement de fibres destinées à la fabrication de matériaux composites, caractérisée en ce qu'elle comprend: - des moyens d'alimentation en un agglomérat desdites fibres (30), - des moyens (12) de chauffage d'un additif (32) solide à la température ambiante et neutre vis-à-vis des fibres (30), propres à amener ledit additif dans un état essentiellement fluide, - des moyens d'alimentation en ledit additif (32) à l'état essentiellement fluide, - des moyens (16) de réception commune dudit agglomérat (30) et dudit additif (32) fluide, - des moyens (18) de répartition homogène des fibres (30) au sein de l'additif (32) fluide, des moyens (22) de refroidissement dudit additif (32) jusqu'à un état substantiellement solide, de manière à obtenir un semi-produit (34) formé par l'additif solide et les fibres, et - des moyens (24) de transformation dudit semi-produit en éléments discrets. 7. Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de répartition homogène comprennent un moyen thermo-mécanique, notamment une extrudeuse (12). 8. Elément de charge (36), comprenant des fibres de renfort (30), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un enrobage (38) dans lequel sont noyées lesdites fibres (30), ledit enrobage étant constitué d'un additif solide à tempéra- ture ambiante et neutre vis-à-vis des fibres. 9. Matériau composite, comprenant une matrice renforcée au moyen d'éléments de charge conformes à la revendication 8.