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Produits thermoplastiques de base pour la fabrication de plaques, de feuilles ou de tubes thermoplastiques renforcés de fibres continues.
L'invention concerne la constitution et la fabrication de feuilles, de plaques, ou de tubes thermoplastiques renforcés de fibres continues minérales ou organiques, en vue de la conformation de pièces par voie d'emboutissage et/ou d'estampage et plus particulièrement, du type profond sur des machines d'emboutissage.
Par emboutissage et/ou estampage profond, on comprend le rapport entre la profondeur d'emboutissage et/ou d'estampage et sa plus petite dimension mesurée dans le plan perpendiculaire à l'axe d'emboutissage et/ou d'estampage. Ce rapport est supérieur à 0.5 et de préférence voisin de 1 ou plus.
Les fibres continues utilisées pour le renforcement sont alignées substantiellement parallèlement entre elles de manière à obtenir une certaine organisation des dites fibres.
Par organiser, on comprend la disposition préalable de fils ou de fibres de renforcement de manière telle que leur disposition après emboutissage et/ou estampage, donne le rendement maximal du point de vue renforcement mécanique ; ceci signifie que l'on cherche après emboutissage et/ou estampage, à obtenir un maximum de fibres orientées droites.
Cet emboutissage profond est rendu possible grâce à la structure particulière de la feuille renforcée qui sert de base à la fabrication des plaques.
La feuille est constituée d'un film thermoplastique et d'une couche de fibres de renfort unidirectionnel imprégné par le même thermoplastique ou par un thermoplastique compatible.
La couche de polymère constituée par le film thermoplastique est essentielle car elle va servir de lubrifiant interne entre les plis du composite créé par la superposition de ces feuilles renforcées.
Lors de la déformation de l'emboutissage, la plaque subit des zones locales d'expansion et de rétraction. La fibre de verre
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n'étant pas ductile au température de mise en oeuvre habituelle, l'élongation locale est obtenue par glissement de la fibre dans la matrice pour épouser la forme du moule. C'est cette mobilité obtenue par le glissement entre les couches renforcées, et ce sans interférence entre elles, qui confère la grande déformabilité du produit. Dans les zones de compression avec élongation transverse, la couche de matière thermoplastique est de nouveau essentielle, c'est elle qui flue pour permettre une"extrusion"locale.
En plus de rendre possible les grandes déformations, le film confère une qualité de surface excellente et permet de moduler la teneur en résine de manière extrêmement simple et homogène.
Le marché des thermoplastiques renforcés est un marché neuf et en pleine expansion qui vise à concurrencer les applications des composites traditionnels. Malgré un prix sensiblement plus élevé, ils possèdent des qualités intrinsèques dont l'importance s'est accrue ces derniers temps : la recyclabilité et une automatisation aisée.
Les caractéristiques des matériaux proposés actuellement dépendent principalement de quatre facteurs ; la technique de production, le type de renfort, la fibre de renfort, la résine thermoplastique.
Les techniques actuelles de production de plaques de thermoplastiques renforcés sont de plusieurs types :
1. Le calandrage direct
2. L'imprégnation par solution
3. L'imprégnation directe (modification chimique du polymère)
4. La pultrusion à chaud
5. La diffusion de poudre
6. La voie humide (technique papetière) Ces méthodes de production influencent fortement les caractéristiques mécaniques des plaques ainsi que leurs possibilités de mise en oeuvre.
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1. Le calandrage direct est principalement utilisé pour des mats ou des unifilios de fibres de verres, il donne un matériau relativement peu homogène avec des caractéristiques mécaniques peu importantes. La densification finale du produit est obtenue au moment du moulage par compression à chaud.
L'application la plus courante est à base de polypropylène et de mat de fibres de verre pour des applications automobiles de pièces non apparentes et de faible complexité.
2. l'imprégnation par des solutions de thermoplastique utilisant les solvants est la technique principalement utilisée pour des produits de haute technicité avec des renforts à base de fibres de carbone et de fibres de polyamide aromatique, (essentiellement sous forme de tissus) et avec des résines thermoplastiques de très hautes performances.
Les applications visées touchent les domaines militaires et aérospatiaux.
Les taux de renfort sont élevés et les taux de déformation lors de la mise en oeuvre sont relativement faibles.
3-4 L'imprégnation directe des polymères et la pultrusion sont des techniques qui ne peuvent s'appliquer qu'à certains types de polymères qui possèdent une bonne mouillabilité des fibres, une faible viscosité à chaud (ou une viscosité modifiable chimiquement) et qui soient relativement peu sensibles à une tenue à chaud prolongée. Les plaques obtenues possèdent des taux de renfort variables et de bonnes caractéristiques mécaniques, elles sont composées de renforts unidirectionnels mais présentent un mauvais état de surface et une déformabilité moyenne.
5. La technique par diffusion de poudre est une technique qui consiste à ouvrir les mèches du renfort en fibres et y disperser une fine poudre de thermoplastique, le tout étant gainé par une paroi en thermoplastique compatible.
Le produit de base est donc un fil de fibres de verres
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"talqués"enrobé de thermoplastique. Lors de la conformation du produit à chaud (tresses, tissus,...) la refusion assure la cohésion de l'ensemble. Cette technique est développée pour des polymères à très basse viscosité à chaud, comme le polyamide, pour réaliser des tissus de structure.
6. La"voie humide"est une technique dérivée des méthodes papetières elle consiste à disperser et mélanger dans de l'eau, de la poudre de thermoplastique et des fibres de verre hachées. Cette pâte ainsi formée est couchée et séchée, d'une manière analogue au papier, pour former une feuille de polymère thermoplastique renforcé par des fibres relativement longues (par rapport au diamètre des fibres). La densification du produit est, ici aussi, obtenue lors du moulage par compression à chaud. Les plaques ainsi obtenues sont fort homogènes avec une bonne déformabilité et possèdent des taux de renfort variables, malheureusement les caractéristiques mécaniques ne sont pas comparables aux produits à renfort continu et l'état de surface n'est pas excellent.
La présente invention a pour objet des produits thermoplastiques de base pour la fabrication de plaques, de feuilles ou de tubes thermoplastiques renforcés de fibres continues qui sont formés d'au moins un film thermoplastique et d'au moins une couche de fibres continues disposées dans un plan et alignées substantiellement parallèlement entre elles et préalablement enrobées d'un matériau thermoplastique ; les couches sont ensuite solidarisées entre elles par pressage, calandrage, ou collage à chaud ou à froid.
Par alignement substantiellement parallèlement entre elles, on comprend soit un alignement des fibres continues sans contact entre elles, soit un alignement des fibres plus ou moins parallèles entre elles qui n'exclut pas les contacts et même leur superposition.
Par disposition dans un plan, on comprend que la couche de fibres de la feuille, ou chaque couche de fibres correspondant
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Par disposition dans un plan, on comprend que la couche de fibres de la feuille, ou chaque couche de fibres correspondant à chaque pli de la plaque composite, soit répartie de manière uniforme ou ordonnée, et telle que l'épaisseur moyenne n'excède pas dix fois l'épaisseur du film de la feuille, ou dix fois la distance séparant les surfaces des couches de fibres de deux plis successifs de la plaque composite.
Par fibres continues, on comprend les fils continus ou les fibres discontinues se présentant sous forme de filés continus et obtenus par les techniques habituelles de filature et de retordage ou par tout autre moyen connu.
Suivant une réalisation, la couche de fibres continues, disposées dans un plan et alignées substantiellement parallèlement entre elles, est obtenue par étalement et enrobage à l'aide d'un matériau thermoplastique de"rovings" de fibres.
Par roving de fibres, on comprend, une mèche de filaments de fibres de verre, obtenue directement sous filière par l'assemblage sans torsion d'un grand nombre de filaments (roving direct), soit par assemblage en parallèle et sans torsion de plusieurs mèches (roving assemblé).
Les fibres utilisées sont de titres quelconques et se présentent à l'état tordu, non tordu ou sous tout autre forme connue leur donnant la cohésion et la rigidité recherchées.
Les fibres continues utilisées sont d'un seul type ou comprennent plusieurs fibres de nature ou de structure différentes.
Les fibres continues sont choisies parmi les fibres de verre, les fibres métalliques, les fibres de carbone et les fibres de polyamide aromatique.
Toutes fibres minérales ou organiques peuvent convenir pour la réalisation des produits thermoplastiques de base faisant l'objet de la présente invention.
Parmi les fibres minérales, on peut également citer les fibres de céramique, de carbone et parmi les fibres organiques, les fibres à base de polymères synthétiques apportant une rigidité
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élevée et un bon comportement mécanique. Citons les fibres de polyester, à titre d'exemple non limitatif.
D'autres fibres synthétiques moins rigides peuvent être éventuellement utilisées après un traitement préalable éventuel donnant une plus grande rigidité.
Les fibres de renforcement continues utilisées sont enrobées ou entourées préalablement avec un matériau synthétique compatible avec le film thermoplastique de base et les fibres, en vue de favoriser l'adhésion entre couches.
Ce traitement peut consister, par exemple ; par un retordage avec un fil de polymère compatible avec le film thermoplastique ou de même nature que lui ; ou en une extrusion gainage, ou une imprégnation, ou un traitement chimique favorisant une liaison physico-chimique entre la fibre et le polymère du film thermoplastique.
Par exemple : pour un film de chlorure de polyvinyle, l'enrobage des fibres est réalisé par une imprégnation d'un plastisol de chlorure de polyvinyle ou d'une solution à base de solvant et de chlorure de polyvinyle dissous. Pour un film de polyéthylène téréphtalate, l'entourage des fibres est réalisé soit par un retordage avec un fil de polyéthylène téréphtalate, soit par une imprégnation d'une solution de polyéthylène modifié ou de polyéthylène téréphtalate, soit une imprégnation par un hot-melt à haut point de fusion.
Le film thermoplastique utilisé pour la réalisation des produits thermoplastiques de base est d'un type quelconque.
Citons, à titre d'exemple, le chlorure de polyvinyle, le polyéthylène téréphtalate, le polycarbonate, le polypropylène, le Polystyrène, l'acrylonitrile-butadiène-styrène...
Il est également possible d'utiliser, pour la préparation des feuilles, des plaques ou des tubes thermoplastiques, un même type de polymère thermoplastique ou différents types de polymères.
Les films utilisés peuvent avoir des épaisseurs variables.
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En général, les films de composition citée ci-avant sont utilisés de préférence et ont une épaisseur d'une vingtaine de microns.
Les plaques et les feuilles renforcées de fibres continues minérales ou organiques obtenus à partir des produits thermoplastiques de base, suivant la présente invention sont obtenus par superposition et assemblage de plusieurs produits thermoplastiques de base : l'alignement des fibres continues d'une couche à l'autre formant un angle compris entre 0 et 90 degré.
Les tubes thermoplastiques renforcés de fibres continues minérales ou organiques obtenus à partir des produits thermoplastiques de base, suivant la présente invention sont obtenus par superposition et assemblage rotatif sur un noyau régulé thermiquement (à plusieurs zones) de plusieurs thermoplastiques de base, l'alignement des fibres continues d'une couche à l'autre forment un angle compris entre 0 et 90 degrés symétriquement par rapport à l'axe de rotation.
Suivant une variante, les fibres continues sont alignées dans leur plan respectif sans contact substantiel entre elles de manière telle que leurs alignements respectifs forment entre couches les plus voisines un angle égal ou proche de nonante degrés.
Toute disposition des alignements des fibres organisées et sans contact substantiel entre elles d'une couche par rapport à la suivante, alternant avec des couches de polymères thermoplastiques, est possible ; l'angle des alignements respectifs entre couches pouvant varier de 0 à 90 .
La disposition des fibres continues dans les diverses couches peut être choisie de manière à obtenir après emboutissage et/ou estampage une configuration bien déterminée, donnant ainsi à la pièce obtenue des caractéristiques mécaniques et physiques optimales.
Ces alignements respectifs confèrent une multidirectionnalité à un produit fondamentalement unidirectionnel. L'obtention d'un
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réseau organisé après emboutissage et/ou estampage peut être obtenu par une disposition préalable de ces alignements.
Les couches des polymères de base et autres et les couches de fibres sont superposées et solidarisées de façon à obtenir un matériau composite dont les divers constituants sont intimement solidarisés.
Pour obtenir ce matériau composite, on peut utiliser toute méthode connue, par exemple, le pressage ou le calandrage à chaud ou à froid et le collage à chaud ou à froid, avec ou sans solvant.
Dans le cas de collage, on utilise des adhésifs favorisant d'une part la liaison entre la fibre et le polymère et d'autre part, la liaison entre les diverses plaques de la pile : l'adhésif étant présent au départ sur la fibre et/ou sur la plaque.
Pour réaliser les feuilles et/ou les plaques thermoplastiques faisant l'objet de la présente invention, on empile donc de manière alternée au moins un film de polymère thermoplastique et au moins une couche de fibres continues. La pile est ensuite solidarisée par calandrage, pressage, collage à chaud ou à froid.
Après solidarisation des diverses couches, on obtient les plaques et/ou les feuilles thermoplastiques pouvant être stockées et transformées en vue d'obtenir des pièces conformées, de caractéristiques, de forme et d'épaisseur variables suivant des matériaux utilisés.
Suivant une variante, les plaques, feuilles ou tubes thermoplastiques renforcés de fibres continues minérales ou organiques, sont formés d'un assemblage d'un ou de plusieurs produits thermoplastiques de base et d'au moins un autre matériau.
L'autre matériau est une plaque ou feuille de métal, de mousse ou d'un polymère synthétique.
Suivant une variante préférentielle, l'autre matériau est une plaque ou feuille de métal conducteur de l'électricité.
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Les plaques sandwichs peuvent avoir diverses applications dont voici quelques exemples non exhaustifs : utilisées en tant que telles comme parois isolées autoportantes dans le bâtiment, coffrage récupérable, parois de finition, ou après conformation pour réaliser des panneaux légers pour l'automobile et le transport routier ; container, portes capots, fond de caisse...
Les plaques recouvertes de métaux, principalement le cuivre, ou d'autres matériaux conducteurs sont destinées par exemple à un usage électronique.
A titre d'exemples non limitatifs
1. Sous forme plane avec un recouvrement de 15 ou 30 pm de cuivre électrolytique, (sur l'une ou les deux faces), pour concurrencer les plaques de base pour réaliser les circuits imprimés en époxy traditionnels classe FR4 ou
FR2, avec l'avantage d'une grande rapidité de production (30 secondes pour solidariser le composite thermoplastique par rapport à un cycle de. 3h pour l'époxy traditionnel), et surtout la possibilité de recycler le circuit imprimé (une simple regranulation de la plaque fournit un granulé aisément injectable.)
2. Avec une feuille d'environ 70 microns en cuivre laminé recuit, pour réaliser des boîtiers dont la face intérieur est un circuit imprimé utilisable pour les circuits de montage en surface.
Cette application tridimensionnelle des circuits imprimés permet de combiner la fonctionnalité mécanique et électronique (par exemple un boîtier de téléphone, d'imprimante électronique,...).
Les produits conformés obtenus à partir des plaques, feuilles ou tubes thermoplastiques, sont obtenus par emboutissage et/ou estampage.
De préférence, les produits conformés sont obtenus par emboutissage et/ou estampage dit profond d'un rapport, entre la profondeur d'emboutissage et/ou d'estampage et la plus petite dimension de la plaque utilisée mesurée dans le plan
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perpendiculaire à l'axe d'emboutissage et/ou d'estampage, supérieur à 0.5.
De préférence, ledit rapport est compris entre 0,7 et 1 et même davantage.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide des figures suivantes.
La figure 1 donne un exemple de fabrication d'un produit thermoplastique de base à partir d'un film thermoplastique et d'une couche de fibres continues préalablement enrobées d'un matériau thermoplastique.
Un ensemble 1 de bobines de fibres continues est déroulé de manière à former une couche plane de fibres alignées substantiellement parallèlement entre elles.
Un rouleau formé d'un film thermoplastique 2 est déroulé en continu et s'assemble à la couche de fibres en 3 en passant entre 2 rouleaux 4 et 5 dont le rouleau 5 apporte la pression.
Les produits obtenus respectivement par l'assemblage d'un ou de deux films thermoplastiques et d'une ou de deux couches de fibres continues sont représentés aux figures 2 et 3.
La fabrication d'un produit thermoplastique de base à partir des rovings de fibres, par exemple de verre, peut être obtenue suivant un procédé de fabrication représenté à la figure 1. La solution d'enrobage d'un matériau thermoplastique peut intervenir entre les bobines de roving et les cylindres de compression.
La figure 4 donne le principe de fabrication des plaques. Le film thermoplastique 1 est constitué d'un matériau thermoplastique de même nature que celui utilisé pour le film thermoplastique du produit de base.
Les feuilles de base 2,3, 4 et 5 sont disposées de telle manière que les fibres forment entre elles un angle de 900.
L'ensemble film thermoplastique et feuilles de base sont soumis entre les plateaux 6 et 7 à des actions de compression et de température pour former les plaques destinées ensuite à la fabrication de produits composés.
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La figure 5 représente un panneau sandwich formé d'un produit mousse 1 inséré entre 2 feuilles 2 et 3 de produits thermoplastiques de base.
La figure 6 représente un assemblé formé d'un feuillard de cuivre constituant le circuit à imprimé 1, d'un interface cuivre-polymère. 2 et de plusieurs couches 3 de produits thermoplastiques de base comme représentés à la figure 3 ou à la figure 4.
Les avantages de la présente invention sont nombreux et résident notamment dans : l'utilisation de matériel d'emboutissage classique ; l'exploitation maximale des caractéristiques des fibres de renforcement du fait de leur disposition, ce qui améliore les modules de flexion de l'ordre de 50 à 100% par rapport aux produits comparables (mats, unifilo, fibres hachées...) ; - la conception et la réalisation d'un matériau à la demande répondant aux diverses caractéristiques mécaniques exigées ; l'augmentation de la profondeur de l'emboutissage et/ou de l'estampage admissible qui peut atteindre un rapport de l'ordre de 0.7 à 1 selon le taux de renfort ; - le maintien d'une épaisseur relativement constante de la pièce conformée ; une très bonne résistance à l'impact du produit.
Ceci est dû aux qualités intrinsèques de la plupart des résines thermoplastiques qui renforcées de fibres possèdent par rapport aux composites thermodurcissables courants une bonne absorption à l'impact et une bonne résistance à l'entaille ou à la propagation des fissures ; l'amélioration du procédé de fabrication des thermoplastiques renforcés par rapport aux facteurs : souplesse (possibilité de différents renforts et matrices sur une même ligne), automatisation (production continue), vitesse, fiabilité, homogénéité, état de surface, stockage ;
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des prix extrêmement concurrentiels.
Grâce à sa bonne déformabilité, et son adaptabilité à la demande, la diversification des applications est telle qu'elle peut assurer des moyens de production à grande échelle. la substitution quasi immédiate de produits thermodurcissables non recyclables par des équivalents aisément recyclables et dont les granulés recyclés sont hautement valorisables (granulés de thermoplastique renforcés de fibres dont les caractéristiques mécaniques sont excellentes) (EX : bardages, plaques sandwich, circuits imprimés, container, cuves, tuyaux pour l'industrie chimique).
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Basic thermoplastic products for the manufacture of sheets, sheets or tubes reinforced with continuous fibers.
The invention relates to the constitution and manufacture of sheets, plates, or thermoplastic tubes reinforced with continuous mineral or organic fibers, with a view to shaping parts by means of stamping and / or stamping and more particularly, of the deep type on stamping machines.
By deep drawing and / or stamping, we understand the relationship between the depth of stamping and / or stamping and its smallest dimension measured in the plane perpendicular to the axis of stamping and / or stamping. This ratio is greater than 0.5 and preferably close to 1 or more.
The continuous fibers used for the reinforcement are aligned substantially parallel to one another so as to obtain a certain organization of said fibers.
By organizing, we understand the prior arrangement of wires or reinforcing fibers in such a way that their arrangement after stamping and / or stamping, gives the maximum yield from the point of view of mechanical reinforcement; this means that one seeks after stamping and / or stamping, to obtain a maximum of straight oriented fibers.
This deep drawing is made possible thanks to the particular structure of the reinforced sheet which serves as the basis for the manufacture of the plates.
The sheet consists of a thermoplastic film and a layer of unidirectional reinforcing fibers impregnated with the same thermoplastic or with a compatible thermoplastic.
The polymer layer formed by the thermoplastic film is essential because it will serve as an internal lubricant between the plies of the composite created by the superposition of these reinforced sheets.
When the stamping is deformed, the plate undergoes local zones of expansion and retraction. Fiberglass
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not being ductile at the usual processing temperature, the local elongation is obtained by sliding the fiber in the matrix to match the shape of the mold. It is this mobility obtained by the sliding between the reinforced layers, and this without interference between them, which gives the great deformability of the product. In the compression zones with transverse elongation, the layer of thermoplastic material is again essential, it is this which flows to allow a local "extrusion".
In addition to making large deformations possible, the film gives an excellent surface quality and makes it possible to modulate the resin content in an extremely simple and homogeneous manner.
The reinforced thermoplastics market is a new and growing market which aims to compete with the applications of traditional composites. Despite a significantly higher price, they have intrinsic qualities whose importance has increased in recent times: recyclability and easy automation.
The characteristics of the materials currently offered depend mainly on four factors; the production technique, the type of reinforcement, the reinforcing fiber, the thermoplastic resin.
There are several types of current techniques for producing reinforced thermoplastic sheets:
1. Direct calendering
2. Impregnation by solution
3. Direct impregnation (chemical modification of the polymer)
4. Hot pultrusion
5. The diffusion of powder
6. The wet process (papermaking technique) These production methods strongly influence the mechanical characteristics of the sheets as well as their possibilities of implementation.
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1. Direct calendering is mainly used for mats or glass fiber unifilios, it gives a relatively inconsistent material with little mechanical characteristics. The final densification of the product is obtained at the time of hot compression molding.
The most common application is based on polypropylene and glass fiber mat for automotive applications of invisible parts and of low complexity.
2. impregnation with thermoplastic solutions using solvents is the technique mainly used for highly technical products with reinforcements based on carbon fibers and aromatic polyamide fibers (mainly in the form of fabrics) and with very high performance thermoplastic resins.
The targeted applications relate to the military and aerospace fields.
The reinforcement rates are high and the deformation rates during implementation are relatively low.
3-4 Direct impregnation of polymers and pultrusion are techniques which can only be applied to certain types of polymers which have good wettability of fibers, low viscosity when hot (or a chemically modifiable viscosity) and which are relatively insensitive to prolonged heat resistance. The plates obtained have variable reinforcement rates and good mechanical characteristics, they are composed of unidirectional reinforcements but have a poor surface condition and average deformability.
5. The powder diffusion technique is a technique which consists in opening the wicks of the fiber reinforcement and dispersing therein a fine thermoplastic powder, the whole being sheathed by a wall of compatible thermoplastic.
The basic product is therefore a fiberglass yarn
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"talcées" coated with thermoplastic. During the shaping of the hot product (braids, fabrics, ...) the reflow ensures the cohesion of the whole. This technique is developed for polymers with very low viscosity when hot, such as polyamide, to make structural fabrics.
6. The "wet process" is a technique derived from papermaking methods and consists in dispersing and mixing in water, thermoplastic powder and chopped glass fibers. This paste thus formed is coated and dried, in a manner analogous to paper, to form a sheet of thermoplastic polymer reinforced with relatively long fibers (relative to the diameter of the fibers). The densification of the product is here again obtained during hot compression molding. The plates thus obtained are very homogeneous with good deformability and have variable reinforcement rates, unfortunately the mechanical characteristics are not comparable to products with continuous reinforcement and the surface condition is not excellent.
The present invention relates to basic thermoplastic products for the manufacture of plates, sheets or thermoplastic tubes reinforced with continuous fibers which are formed from at least one thermoplastic film and from at least one layer of continuous fibers arranged in a plane and aligned substantially parallel to each other and previously coated with a thermoplastic material; the layers are then joined together by pressing, calendering, or hot or cold bonding.
By alignment substantially parallel to one another, it is understood either an alignment of the continuous fibers without contact with each other, or an alignment of the fibers more or less parallel to each other which does not exclude the contacts and even their superposition.
By arrangement in a plane, it is understood that the layer of fibers of the sheet, or each corresponding layer of fibers
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By arrangement in a plane, it is understood that the layer of fibers of the sheet, or each layer of fibers corresponding to each ply of the composite plate, is distributed in a uniform or ordered manner, and such that the average thickness does not exceed ten times the thickness of the film of the sheet, or ten times the distance separating the surfaces of the layers of fibers from two successive plies of the composite plate.
By continuous fibers is meant continuous yarns or staple fibers in the form of continuous yarns and obtained by the usual spinning and twisting techniques or by any other known means.
According to one embodiment, the layer of continuous fibers, arranged in a plane and aligned substantially parallel to one another, is obtained by spreading and coating with a thermoplastic material of "rovings" of fibers.
By fiber roving, we understand a wick of glass fiber filaments, obtained directly under the die by the twist-free assembly of a large number of filaments (direct roving), or by parallel and twist assembly of several wicks (roving assembled).
The fibers used are of any title and are present in a twisted, untwisted state or in any other known form giving them the desired cohesion and rigidity.
The continuous fibers used are of a single type or comprise several fibers of different nature or structure.
The continuous fibers are chosen from glass fibers, metallic fibers, carbon fibers and aromatic polyamide fibers.
Any mineral or organic fiber may be suitable for producing the basic thermoplastic products which are the subject of the present invention.
Among the mineral fibers, mention may also be made of ceramic and carbon fibers, and among organic fibers, fibers based on synthetic polymers providing rigidity.
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high and good mechanical behavior. Mention may be made of polyester fibers, by way of nonlimiting example.
Other less rigid synthetic fibers can possibly be used after a possible preliminary treatment giving greater rigidity.
The continuous reinforcing fibers used are coated or surrounded beforehand with a synthetic material compatible with the basic thermoplastic film and the fibers, in order to promote adhesion between layers.
This treatment can consist, for example; by twisting with a polymer thread compatible with the thermoplastic film or of the same nature as it; or in a cladding extrusion, or an impregnation, or a chemical treatment promoting a physicochemical bond between the fiber and the polymer of the thermoplastic film.
For example: for a polyvinyl chloride film, the coating of the fibers is carried out by impregnating a plastisol of polyvinyl chloride or a solution based on solvent and dissolved polyvinyl chloride. For a polyethylene terephthalate film, the surrounding of the fibers is carried out either by twisting with a polyethylene terephthalate thread, or by impregnation of a solution of modified polyethylene or of polyethylene terephthalate, or by impregnation with a hot melt high melting point.
The thermoplastic film used for the production of basic thermoplastic products is of any type.
Let us quote, by way of example, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polypropylene, Polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene ...
It is also possible to use, for the preparation of the sheets, plates or thermoplastic tubes, the same type of thermoplastic polymer or different types of polymers.
The films used can have variable thicknesses.
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In general, the films of composition mentioned above are preferably used and have a thickness of around twenty microns.
The plates and sheets reinforced with continuous mineral or organic fibers obtained from the basic thermoplastic products, according to the present invention are obtained by superposition and assembly of several basic thermoplastic products: the alignment of the continuous fibers from one layer to the next. 'other forming an angle between 0 and 90 degrees.
The thermoplastic tubes reinforced with continuous mineral or organic fibers obtained from the basic thermoplastic products, according to the present invention are obtained by superposition and rotary assembly on a thermally regulated core (with several zones) of several basic thermoplastics, the alignment of the continuous fibers from one layer to another form an angle between 0 and 90 degrees symmetrically with respect to the axis of rotation.
According to a variant, the continuous fibers are aligned in their respective planes without substantial contact with one another in such a way that their respective alignments form, between the most neighboring layers, an angle equal or close to ninety degrees.
Any arrangement of the alignments of the fibers organized and without substantial contact between them of a layer with respect to the following, alternating with layers of thermoplastic polymers, is possible; the angle of the respective alignments between layers can vary from 0 to 90.
The arrangement of the continuous fibers in the various layers can be chosen so as to obtain, after stamping and / or stamping, a well-defined configuration, thus giving the part obtained optimal mechanical and physical characteristics.
These respective alignments confer multidirectionality to a fundamentally unidirectional product. Obtaining a
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network organized after stamping and / or stamping can be obtained by prior arrangement of these alignments.
The layers of basic and other polymers and the layers of fibers are superimposed and joined together so as to obtain a composite material of which the various constituents are intimately joined.
To obtain this composite material, any known method can be used, for example, hot or cold pressing or calendering and hot or cold bonding, with or without solvent.
In the case of bonding, adhesives are used which promote on the one hand the bond between the fiber and the polymer and on the other hand, the bond between the various plates of the stack: the adhesive being present at the start on the fiber and / or on the plate.
To produce the thermoplastic sheets and / or plates forming the subject of the present invention, therefore, at least one film of thermoplastic polymer and at least one layer of continuous fibers are stacked alternately. The stack is then joined by calendering, pressing, hot or cold bonding.
After the various layers have been joined together, the thermoplastic sheets and / or sheets can be obtained which can be stored and transformed in order to obtain shaped parts, with characteristics, shape and variable thickness depending on the materials used.
According to a variant, the thermoplastic plates, sheets or tubes reinforced with continuous mineral or organic fibers, are formed from an assembly of one or more basic thermoplastic products and from at least one other material.
The other material is a plate or sheet of metal, foam or a synthetic polymer.
According to a preferred variant, the other material is an electrically conductive metal plate or sheet.
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Sandwich plates can have various applications, here are a few non-exhaustive examples: used as such as self-supporting insulated walls in the building, recoverable formwork, finishing walls, or after conformation to make light panels for the automobile and road transport ; container, hood doors, bottom of body ...
The plates covered with metals, mainly copper, or other conductive materials are intended for example for electronic use.
By way of nonlimiting examples
1. In flat form with a coating of 15 or 30 pm of electrolytic copper, (on one or both sides), to compete with the base plates to make printed circuits in traditional epoxy class FR4 or
FR2, with the advantage of great production speed (30 seconds to secure the thermoplastic composite compared to a cycle of. 3 hours for traditional epoxy), and above all the possibility of recycling the printed circuit (a simple regranulation of the plate provides an easily injectable granule.)
2. With a sheet of about 70 microns of annealed laminated copper, to make housings whose inside face is a printed circuit usable for surface mounting circuits.
This three-dimensional application of printed circuits makes it possible to combine mechanical and electronic functionality (for example a telephone box, electronic printer, etc.).
The shaped products obtained from plates, sheets or thermoplastic tubes, are obtained by stamping and / or stamping.
Preferably, the shaped products are obtained by deep drawing and / or stamping of a ratio, between the depth of stamping and / or stamping and the smallest dimension of the plate used measured in the plane
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perpendicular to the stamping and / or stamping axis, greater than 0.5.
Preferably, said ratio is between 0.7 and 1 and even more.
The present invention will be better understood using the following figures.
Figure 1 gives an example of manufacturing a basic thermoplastic product from a thermoplastic film and a layer of continuous fibers previously coated with a thermoplastic material.
A set 1 of coils of continuous fibers is unwound so as to form a planar layer of fibers aligned substantially parallel to one another.
A roll formed from a thermoplastic film 2 is unrolled continuously and assembles the layer of fibers at 3 passing between 2 rolls 4 and 5, the roll 5 of which provides the pressure.
The products obtained respectively by the assembly of one or two thermoplastic films and one or two layers of continuous fibers are shown in Figures 2 and 3.
The manufacture of a basic thermoplastic product from rovings of fibers, for example glass, can be obtained according to a manufacturing process shown in Figure 1. The coating solution of a thermoplastic material can intervene between the coils of roving and the compression cylinders.
Figure 4 gives the principle of manufacture of the plates. The thermoplastic film 1 consists of a thermoplastic material of the same kind as that used for the thermoplastic film of the basic product.
The base sheets 2, 3, 4 and 5 are arranged so that the fibers form an angle of 900 between them.
The entire thermoplastic film and base sheets are subjected between the plates 6 and 7 to compression and temperature actions to form the plates then intended for the manufacture of compound products.
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FIG. 5 represents a sandwich panel formed from a foam product 1 inserted between 2 sheets 2 and 3 of basic thermoplastic products.
FIG. 6 represents an assembly formed of a copper strip constituting the printed circuit 1, of a copper-polymer interface. 2 and several layers 3 of basic thermoplastic products as shown in FIG. 3 or in FIG. 4.
The advantages of the present invention are numerous and lie in particular in: the use of conventional stamping equipment; the maximum exploitation of the characteristics of the reinforcing fibers due to their arrangement, which improves the flexural modules of the order of 50 to 100% compared to comparable products (mats, unifilo, chopped fibers, etc.); - the design and production of a material on demand that meets the various mechanical characteristics required; increasing the depth of the drawing and / or the permissible stamping which can reach a ratio of the order of 0.7 to 1 depending on the reinforcement rate; - maintaining a relatively constant thickness of the shaped part; very good resistance to product impact.
This is due to the intrinsic qualities of most thermoplastic resins which reinforced with fibers have, compared to common thermosetting composites, good absorption on impact and good resistance to nicking or crack propagation; improvement of the manufacturing process for reinforced thermoplastics in relation to factors: flexibility (possibility of different reinforcements and dies on the same line), automation (continuous production), speed, reliability, consistency, surface condition, storage;
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extremely competitive prices.
Thanks to its good deformability, and its adaptability to demand, the diversification of applications is such that it can provide means of production on a large scale. the almost immediate substitution of non-recyclable thermosetting products with easily recyclable equivalents and whose recycled granules are highly recoverable (thermoplastic granules reinforced with fibers whose mechanical characteristics are excellent) (EX: cladding, sandwich plates, printed circuits, container, tanks , pipes for the chemical industry).