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Plaque en matière thermoplastique renforcée superficiellement et procédés pour sa réalisation
La présente invention concerne des plaques en matière thermoplastique renforcées superficiellement par des portions d'un ruban constitué par un ensemble de fibres continues parallèles imprégnées d'une matière thermoplastique ainsi que des procédés simples pour la réalisation de telles plaques.
Par le terme plaque, la demanderesse entend désigner non seulement des plaques mais encore tout article allongé plan ou profilé dont l'épaisseur, non nécessairement uniforme, peut varier entre 1 et 20 mm et plus.
Il est bien connu actuellement de produire des rubans ou bandes constitués par un ensemble de fibres continues parallèles imprégnées d'une matière thermoplastique. De tels produits ainsi que leur mode de production sont décrits notamment dans le brevet européen EP-B-274 464 et dans le brevet britannique BR-B-1 259 085. Ces produits peuvent notamment être avantageusement utilisés pour produire, par enroulement, des articles creux et allongés, tels que des tuyaux, présentant des propriétés mécaniques remarquables.
La demanderesse a envisagé d'exploiter des portions de tels rubans pour renforcer superficiellement des plaques en matière thermoplastique lors de leur moulage mais elle a constaté que les plaques renforcées ainsi obtenues ont généralement tendance à se déformer lors de leur démoulage.
Après de nombreuses tentatives décevantes, la demanderesse a néanmoins réussi à réaliser des plaques renforcées qui ne présentent plus de tendance à la déformation lors de leur démoulage.
La présente invention concerne, dès lors, à titre principal une plaque en matière thermoplastique éventuellement chargée renforcée superficiellement par des portions d'un ruban constitué
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par un ensemble de fibres continues parallèles imprégnées d'une matière thermoplastique qui se caractérise en ce que les portions de ruban sont positionnées de façon symétrique sur les deux faces de la plaque, la distance entre deux portions de ruban voisines étant, sur chaque face de la plaque, au plus égale à quatre fois la largeur des dites portions de ruban.
Il a, en effet, été constaté qu'en respectant les conditions sus-exposées, il est possible d'obtenir des plaques renforcées d'excellentes qualités et présentant des propriétés mécaniques, en particulier une rigidité en flexion, qui sont remarquables.
La matière thermoplastique constitutive de la plaque peut être quelconque et à titre exemplatif on peut notamment faire mention des résines vinyliques, oléfiniques, acryliques etc.
La matière thermoplastique imprégnant les portions de ruban est, de préférence, choisie en fonction de celle constituant les plaques. Il est, en effet, préférable que ces matières thermoplastiques soient compatibles et puissent adhérer fermement entre elles sous l'action de la chaleur. Dans un mode de réalisation qui est préféré, les matières thermoplastiques constitutives des plaques et celles imprégnant les rubans sont identiques.
Les fibres continues noyées dans les portions de ruban peuvent être de nature quelconque et sont choisies en fonction des propriétés mécaniques recherchées. A titre d'exemples, on peut citer les fibres végétales, les fibres synthétiques et les fibres minérales telles que les fibres de verre, de métal, de carbone, de céramique, de quartz, etc., les fibres minérales et, en particulier, les fibres de verre étant souvent préférées.
Les portions de ruban peuvent avoir une longueur quelconque qui est tributaire des dimensions des plaques et leur section est généralement rectangulaire. La largeur des portions de ruban peut varier entre 0,5 et 5 cm, une largeur plus élevée n'étant pas exclue et leur épaisseur peut varier entre 0,1 et 1 cm, une épaisseur plus élevée pouvant être envisagée dans des cas particuliers.
En règle générale, les portions de ruban sont disposées sur les deux faces de la plaque parallèlement à l'un de ses bords.
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Toutefois une disposition en oblique d'une partie ou de la totalité des portions de ruban n'est nullement exclue. De même, dans la plaque conforme à l'invention une partie des portions de ruban peut être disposée parallèlement à un bord de la plaque et le reste parallèlement au bord adjacent de la plaque.
La plaque conforme à l'invention peut encore être renforcée sur une ou sur ses deux faces par des portions de ruban supplémentaires disposées symétriquement entre elles entre des portions de ruban voisines.
La plaque conforme à l'invention peut enfin être ensuite recouverte, sur une ou sur ses deux faces, par une pellicule de revêtement quelconque de façon à masquer les portions de ruban si cela se révèle nécessaire.
La plaque conforme à l'invention est, en outre, illustrée par la figure 1 des dessins annexés dans laquelle on montre diverses possibilités en ce qui concerne la disposition des portions de ruban 1 sur une plaque thermoplastique 2 représentée en coupe.
Dans cette figure, les variantes de dispositions A, C, E, H, I, J et L, qui ne font pas partie du cadre de l'invention, conduisent à des plaques qui se déforment durant le démoulage tandis que les variantes de dispositions B, D, F, G et K, qui font partie du cadre de l'invention, conduisent à des plaques qui ne se déforment pas.
En particulier, les variantes A, C, E, H et L ne respectent pas la condition de symétrie sur les deux faces de la plaque, la variante E en plus ne respecte pas la condition d'écartement maximum entre des portions symétriques de ruban voisines et les variantes I et J ne respectent pas la condition de symétrie sur une face pour des portions de ruban supplémentaires.
L'invention concerne également des procédés pour réaliser économiquement une plaque en matière thermoplastique renforcée telle que décrite ci-avant.
Selon un premier procédé, on réalise la plaque par la technique de moulage par injection.
Dans ce cas, les portions de ruban sont prélablement fixées,
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de façon provisoire, sur les parois de l'empreinte du moule d'injection avant sa fermeture en vue du moulage de la plaque.
La fixation provisoire des portions de ruban peut notamment être obtenue par des adhésifs double face disposés aux extrémités ou sur toute la longueur des portions de ruban. Il a, en effet, été constaté avec surprise qu'un tel mode de fixation provisoire suffit pour empêcher tout déplacement non désirable des portions de ruban durant l'opération subséquente de moulage par injection.
Après refroidissement et démoulage de la plaque, les adhésifs double face peuvent être facilement arrachés de la plaque moulée.
Il est toutefois bien évident que d'autres modes de fixation provisoire peuvent être envisagés sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.
Il a été constaté qu'en utilisant la technique sus-décrite, les portions de ruban adhèrent parfaitement et de façon définitive sur la surface de la plaque. Un tel résultat est en soit étonnant puisqu'en principe la matière thermoplastique constitutive des portions de ruban mise en contact avec la matière thermoplastique fondue injectée dans le moule n'atteint pas une température suffisante pour fondre.
Selon un second procédé, qui peut être avantageusement exploité lorsque la plaque est appelée à devoir subir un traitement de thermoformage, on profite de cette opération pour réaliser la plaque conforme à l'invention.
Dans ce cas, les portions de rubans sont préalablement fixées, de façon provisoire, sur les parois des matrices de thermoformage.
Selon une variante de réalisation avantageusement exploitable dans ce dernier procédé, au moins une partie des portions de ruban peut être disposée sur la plaque en matière thermoplastique avant ou pendant son préchauffage en vue de son thermoformage.
La plaque renforcée conforme à l'invention et ses procédés de réalisation sont, en outre, illustrés dans les exemples de réalisations pratiques qui vont suivre et dans lesquels on se référera notamment à la figure 2 des dessins annexés qui donne
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vue en coupe schématique d'un dispositif de thermoformage par compression.
Exemple 1
On réalise une plaque conforme à l'invention à partir de polypropylène de la marque ELTEX P HY202 en utilisant la technique de moulage par injection. L'ELTEX P HY202 est un polypropylène commercialisé par la demanderesse.
A cet effet, on utilise une presse à injecter BATTENFELD BMT 240 et un moule pour injection de plaques de dimensions 350 X 110 mm sous une épaisseur de 3 mm.
Les portions de ruban utilisées pour renforcer la plaque ont une longueur de 295 mm et sont découpées dans un ruban d'une largeur de 10 mm et d'une épaisseur de 0,4 mm constitué d'un ensemble de fibres de verre continues et parallèles imprégnées par du polypropylène ELTEX P HY202, la teneur en fibres du ruban étant de 50 X en poids.
Afin de réaliser une plaque renforcée selon la variante K de la fig. 1 annexée, on fixe, sur les parois de l'empreinte du moule d'injection ouvert et maintenu à 30 C, 10 portions de ruban aux endroits appropriés et ce à l'intervention d'un ruban adhésif double face.
Après fermeture du moule ainsi garni, on injecte le polypropylène fondu, les températures de consigne des 10 zones de régulation de l'extrudeuse étant respectivement 200-200-200- 200-200-200-240-250-255 et 255 C et la température de consigne du canal d'amenée de la matière fondue vers le moule étant de 255 C.
Après refroidissement et ouverture du moule d'injection, on obtient une plaque renforcée qui ne présente aucune tendance à la déformation. En outre, après arrachement des adhésifs double face, on constate que les portions de ruban ne se sont nullement déplacées dans le moule durant son remplissage et que celles-ci sont noyées, aux endroits appropriés, dans les deux surfaces de la plaque, l'adhérence étant irréprochable.
Enfin, si cela se révèle nécessaire, l'aspect extérieur de la plaque ainsi renforcée peut être sensiblement amélioré en appliquant une pellicule de couverture sur une ou sur ses deux
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faces, une telle pellicule pouvant notamment être appliquée par la technique de co-injection.
Exemple 2
Dans cet exemple, qui se réfère à la fig. 2, on réalise, par thermoformage sous compression, un élément renforcé de garnissage interne pour une tablette arrière de véhicule automobile.
A cet effet, on met en oeuvre une plaque 6 réalisée à partir d'un mélange 50-50 de polypropylène et de sciure de bois et commercialisée, sous la marque déposée WOOD STOCK, par la Société G. O. R. APPLICAZIONI SPECIALI S. p. A.
Sur le bord opposé aux points de fixation de la plaque au véhicule et sur la surface supérieure de la plaque, on fixe, en des endroits prédéterminés et par l'intermédiaire d'un adhésif double face, quatre portions parallèles 7 d'un ruban selon l'exemple 1, espacées de 2 mm puis on introduit la plaque ainsi garnie dans un four classique, non représenté, en vue de son préchauffage à la température de thermoformage.
Sur la matrice inférieure 3 d'un moule de thermoformage sous compression, on place ensuite, en des endroits appropriés et prédéterminés, quatre portions parallèles 5 également espacées de 2 mm d'un ruban selon l'exemple 1, la fixation en place étant également assurée par un adhésif double face.
La plaque préchauffée 6 est ensuite positionnée entre les matrices 3 et 4 de l'installation de thermoformage maintenues à 25 C, de façon telle que les portions de ruban 5 et 7 soient disposées en regard les unes des autres, une garniture de finition 8 constituée par un textile maintenu par un cadre 9 étant disposée entre la plaque préchauffée 6 et la matrice supérieure 4.
On procède ensuite au thermoformage sous compression de la plaque selon la méthode classique.
Après démoulage, on obtient un élément de tablette arrière renforcé, sur le bord profilé opposé à ses points de fixation, par les portions symétriques de ruban 5 et 7.
On constate, en outre, que la garniture de finition 8 masque parfaitement les portions de ruban 7 et que la face visible de
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l'élément de garnissage ainsi produit ne présente, dès lors, aucun défaut inesthétique.
On constate enfin que les portions de ruban apparentes 5 adhèrent parfaitement sur l'élément de garniture.
On soumet un élément de garniture ainsi obtenu à un essai de flexion entre points d'appui et sous une charge de 4 Kg à 80 C et on constate après 96 heures une flèche centrale de 7 mm.
Par comparaison, on soumet à un même essai un élément de garniture identique mais non équipé de portions de ruban 5 et 7 et on constate, après 96 heures, une flèche centrale de 60 mm.
Il apparaît donc que l'élément de garniture obtenu selon le procédé de l'invention présente une rigidité nettement améliorée.
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Surface-reinforced thermoplastic material plate and methods for its production
The present invention relates to plates of thermoplastic material reinforced superficially by portions of a ribbon constituted by a set of parallel continuous fibers impregnated with a thermoplastic material, as well as simple methods for producing such plates.
By the term plate, the applicant intends to designate not only plates but also any elongated flat or profiled article whose thickness, not necessarily uniform, can vary between 1 and 20 mm and more.
It is well known today to produce ribbons or bands constituted by a set of parallel continuous fibers impregnated with a thermoplastic material. Such products and their method of production are described in particular in European patent EP-B-274,464 and in British patent BR-B-1,259,085. These products can in particular be advantageously used to produce, by winding, articles hollow and elongated, such as pipes, with remarkable mechanical properties.
The Applicant has considered using portions of such ribbons to surface reinforce plates of thermoplastic material during their molding, but it has found that the reinforced plates thus obtained generally tend to deform during their demolding.
After many disappointing attempts, the Applicant has nevertheless succeeded in producing reinforced plates which no longer exhibit a tendency to deformation during their demolding.
The present invention therefore relates primarily to a plate of possibly charged thermoplastic material reinforced surface with portions of a ribbon
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by a set of parallel continuous fibers impregnated with a thermoplastic material which is characterized in that the portions of tape are positioned symmetrically on the two faces of the plate, the distance between two adjacent portions of tape being, on each face of the plate, at most equal to four times the width of said portions of ribbon.
It has, in fact, been observed that by respecting the above-mentioned conditions, it is possible to obtain reinforced plates of excellent qualities and having mechanical properties, in particular flexural rigidity, which are remarkable.
The thermoplastic material constituting the plate can be any and by way of example, mention may in particular be made of vinyl, olefinic, acrylic resins, etc.
The thermoplastic material impregnating the ribbon portions is preferably chosen as a function of that constituting the plates. It is, in fact, preferable that these thermoplastic materials are compatible and can adhere firmly to one another under the action of heat. In a preferred embodiment, the thermoplastics constituting the plates and those impregnating the ribbons are identical.
The continuous fibers embedded in the ribbon portions can be of any kind and are chosen according to the mechanical properties sought. By way of examples, mention may be made of plant fibers, synthetic fibers and mineral fibers such as glass, metal, carbon, ceramic, quartz fibers, etc., mineral fibers and, in particular, glass fibers are often preferred.
The ribbon portions can have any length which depends on the dimensions of the plates and their section is generally rectangular. The width of the ribbon portions can vary between 0.5 and 5 cm, a greater width not being excluded and their thickness can vary between 0.1 and 1 cm, a greater thickness being able to be envisaged in particular cases.
As a rule, the portions of tape are arranged on both sides of the plate parallel to one of its edges.
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However, an oblique arrangement of part or all of the portions of ribbon is in no way excluded. Likewise, in the plate according to the invention, part of the ribbon portions can be arranged parallel to an edge of the plate and the rest parallel to the adjacent edge of the plate.
The plate according to the invention can be further reinforced on one or both of its faces by additional portions of tape arranged symmetrically between them between neighboring portions of tape.
The plate according to the invention can finally be then covered, on one or on its two faces, with any coating film so as to mask the portions of tape if this proves necessary.
The plate according to the invention is further illustrated by Figure 1 of the accompanying drawings in which various possibilities are shown with regard to the arrangement of the tape portions 1 on a thermoplastic plate 2 shown in section.
In this figure, the variant arrangements A, C, E, H, I, J and L, which are not part of the scope of the invention, lead to plates which deform during demolding while the variant arrangements B, D, F, G and K, which form part of the scope of the invention, lead to plates which do not deform.
In particular, variants A, C, E, H and L do not meet the condition of symmetry on the two faces of the plate, variant E in addition does not meet the condition of maximum spacing between symmetrical portions of neighboring tape and variants I and J do not respect the condition of symmetry on one side for additional portions of tape.
The invention also relates to methods for economically producing a plate of reinforced thermoplastic material as described above.
According to a first method, the plate is produced by the injection molding technique.
In this case, the ribbon portions are previously fixed,
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provisionally, on the walls of the imprint of the injection mold before it is closed for the purpose of molding the plate.
Temporary fixing of the tape portions can in particular be obtained by double-sided adhesives placed at the ends or over the entire length of the tape portions. It has, in fact, been observed with surprise that such a temporary fixing method is sufficient to prevent any undesirable displacement of the portions of tape during the subsequent injection molding operation.
After the plate has cooled and removed from the mold, the double-sided adhesives can be easily removed from the molded plate.
It is however quite obvious that other temporary fixing methods can be envisaged without departing from the scope of the present invention.
It has been found that by using the technique described above, the portions of tape adhere perfectly and definitively to the surface of the plate. Such a result is in itself surprising since in principle the thermoplastic material constituting the portions of tape brought into contact with the molten thermoplastic material injected into the mold does not reach a sufficient temperature to melt.
According to a second method, which can be advantageously used when the plate is called upon to have to undergo a thermoforming treatment, advantage is taken of this operation to produce the plate according to the invention.
In this case, the portions of ribbons are previously fixed, provisionally, on the walls of the thermoforming dies.
According to an alternative embodiment advantageously exploitable in the latter process, at least a portion of the portions of tape can be placed on the plate of thermoplastic material before or during its preheating for its thermoforming.
The reinforced plate according to the invention and its production methods are also illustrated in the examples of practical embodiments which will follow and in which reference will be made in particular to FIG. 2 of the accompanying drawings which gives
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schematic sectional view of a compression thermoforming device.
Example 1
A plate according to the invention is produced from polypropylene of the brand ELTEX P HY202 using the injection molding technique. ELTEX P HY202 is a polypropylene marketed by the applicant.
For this purpose, use is made of a BATTENFELD BMT 240 injection press and a mold for injecting plates of dimensions 350 × 110 mm with a thickness of 3 mm.
The portions of ribbon used to reinforce the plate have a length of 295 mm and are cut from a ribbon with a width of 10 mm and a thickness of 0.4 mm consisting of a set of continuous and parallel glass fibers impregnated with ELTEX P HY202 polypropylene, the fiber content of the tape being 50% by weight.
In order to produce a reinforced plate according to variant K of FIG. 1 attached, is fixed on the walls of the impression of the injection mold open and maintained at 30 C, 10 portions of tape in the appropriate places and this by means of a double-sided adhesive tape.
After closing the mold thus filled, the molten polypropylene is injected, the set temperatures of the 10 extruder regulation zones being 200-200-200- 200-200-200-240-250-255 and 255 C respectively and the set temperature of the supply channel of the molten material to the mold being 255 C.
After cooling and opening the injection mold, a reinforced plate is obtained which has no tendency to deformation. In addition, after tearing off the double-sided adhesives, it is found that the portions of tape have not moved in the mold during its filling and that these are embedded, in the appropriate places, in the two surfaces of the plate, the adhesion being impeccable.
Finally, if this proves necessary, the external appearance of the reinforced sheet can be significantly improved by applying a covering film on one or both of them.
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faces, such a film can in particular be applied by the co-injection technique.
Example 2
In this example, which refers to FIG. 2, a reinforced internal lining element for a rear shelf of a motor vehicle is produced by thermoforming under compression.
To this end, a plate 6 made from a 50-50 mixture of polypropylene and sawdust is used and sold under the trademark WOOD STOCK by the company G. O. R. APPLICAZIONI SPECIALI S. p. AT.
On the edge opposite to the points of attachment of the plate to the vehicle and on the upper surface of the plate, four parallel portions 7 of a tape are fixed at predetermined locations and by means of a double-sided adhesive. Example 1, spaced at a distance of 2 mm, then the plate thus filled is introduced into a conventional oven, not shown, for its preheating to the thermoforming temperature.
On the lower die 3 of a thermoforming mold under compression, there are then placed, in suitable and predetermined locations, four parallel portions 5 also spaced 2 mm apart from a strip according to Example 1, the fixing in place also being secured by double-sided adhesive.
The preheated plate 6 is then positioned between the dies 3 and 4 of the thermoforming installation maintained at 25 ° C., so that the portions of tape 5 and 7 are arranged opposite one another, a finishing trim 8 made up by a textile held by a frame 9 being placed between the preheated plate 6 and the upper die 4.
The plate is then thermoformed under compression according to the conventional method.
After demolding, a reinforced rear shelf element is obtained, on the profiled edge opposite its fixing points, by the symmetrical portions of tape 5 and 7.
It can also be seen that the finishing trim 8 perfectly hides the portions of tape 7 and that the visible face of
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the packing element thus produced does not therefore present any unsightly defect.
Finally, it can be seen that the portions of visible tape 5 adhere perfectly to the trim element.
A packing element thus obtained is subjected to a bending test between support points and under a load of 4 kg at 80 ° C. and a central deflection of 7 mm is observed after 96 hours.
By comparison, the same packing element is subjected to the same test but not equipped with portions of tape 5 and 7 and there is, after 96 hours, a central arrow of 60 mm.
It therefore appears that the packing element obtained according to the method of the invention has a markedly improved rigidity.