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"Appareil et procédé pour l'incorporation d'une matière fileaenteuae dans une maaae résineuse"
La présente invention est relative à un appareil et à un procédé pour l'incorporation d'une matière filamenteuse dans une masse résineuse thermoplastique et elle se rapporte plus par- ticulièrement à un procédé amélioré pour fabriquer des objets con- tenant un renf orcement filamenteux noyé dans une masse ou base résineuse. L'invention se rapporte également à des produite air*! tifiéa plastiques moulés comportant un noyau de matière plastique renforcé et une surface de matière plastique relativement mince.
Suivant la présente invention, on prépare des produite plastiques renforcés emélincés en formant une couche d'une matiè-
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re résineuse thermoplastique en particules et une couche d'un a- gent de renforcement filamenteux ayant une longueur désirée de fibre, en amenant les couches de la matière thermoplastique et de l'agent de renforcement en contact l'un avec l'autre, en les en- voyant directement à un appareil thermique, dans lequel la ma- tière résineuse thermoplastique est amenée à une température suf- tisante pour permettre une coulée thermoplastique, et en confor- mant le mélange en un objet façonné. On obtient des objets spé- cialement avantageux lorsque la résine renforcée est traitée de manière à avoir un film polymère sur une ou plusieurs de ses sur- faoes.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront de la description suivante donnée avec ré- férence aux dessins annexés.
La figure 1 est une représentation schématique de la mi- se en oeuvre du procédé de l'invention.
La figure 2 montre une variante de réalisation.
La figure 3 est une représentation schématique d'un au- tre procédé d'alimentation de l'appareil de fabrication à chaud.
La figure 4 montre schématiquement un autre appareil de fabrication à chaud pour la mise en oeuvre de l'invention.
La figure 5 montre une autre technique de mise en oeu- vre de l'invention.
La figure 6 est une vue partiellement en coupe d'un corps moulé en partant d'une matière résineuse theraoplastique par renforcée/fibres suivant une forme de réalisation de la présente invention.
A la figure 1, on a illustré un appareil de fabrication désigné d'une manière générale par la référence 10 et qui peut être utilisé pour montrer le développement du procédé de l'inven- tion. L'appareil 10 comprend un dispositif d'alimentation 12 comportant une lumière de décharge 13. Dans oe dispositif d'ali- mentation 12, se trouve une certaine quantité d'une matière ré-
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sineuse thermoplastique en particules 15. Cette matière 15 est débitée par la lumière de décharge 13 sous forme d'un courant ou couche 16 sur la surface d'une courroie 17. Celle-ci est suppor- tée et entraînée par la poulie 19 dans le sens indiqué par la flè- che. Généralement, au voisinage du dispositif d'alimentation 12 de la résine, se trouve ua dispositif dé déchiquetage ou pulvéri- sation 21.
Un approvisionnement 22 de filament ou mèohe est oom- biné au dispositif de déchiquetage 21, cet approvisionnement four- nissant une mèche 22a à un dispositif d'alimentation de mèche 24.
Le terme "filament", tel qu'utilisé ici, se réfère à une matière filamenteuse allongée destinée à être alimentée sous la forme de rouleaux, bobines, d'écheveaux et de faisceaux qui, lors du déohi- nt quetage à des longueurs d'environ 0, 625 à 2,54 cm, donne/des fi- bres individuelles ou des faisceaux de fibres généralement paral- lèles. Des exemples typiques de "filaments" sont les mèches, les fils ayant environ 1 torsion ou moins par longueur déchiquetée, les rubans, les mats et les étoupes, Le dispositif d'alimentation de mèche comprend une paire de rouleaux entraînés 25 et 26.
Le dispositif de déohiquetage 21 débite un courant ou couche de fila- ments déchiquetés ou de courtes fibres 27 vers la courroie 17 sur laquelle se trouve une couche 18 de la matière résineuse en parti- cules 15. Le courant de fibres 27 forme une seconde couche 28.
Les couches 18 et 28 sont minces, c'est-à-dire que l'épaisseur * la couche 18 n'excède pas cinq diamètres ou épaisseurs de particu- les, tandis que la couche 28 a une épaisseur proportionnée à la quantité de matière résineuse présente dans la couche 18. Au fur et à mesure que la courroie 17 se déplace dans le sens de la flè- che, les couches combinées 18 et 28 sont déchargées dans le dispo- sitif récepteur 31 ou dispositif d'alimentation d'un appareil de conformation à chaud 31 qui transforme le mélange de la résine et de le matière de renforcement filamenteuse en l'objet façonné 33.
A la figure 2, on a illustré un autre agencement suivant l'invention, dans lequel un bac 37 est prévu au voisinage de l'ex-
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trémité de décharge de la courroie 17 pour diriger le courant de la matière résineuse thermoplastique et de la matière de renforcement filamenteuse déchiquetée 39 vers un appareil de moulage sous compression 40 comprenant une première matrice chauffée 41 et une seconde matrice chauffée 42. Pour la clarté, on a supprimé les mécanismes de commande associés.
A la figure 3on a illustré un autre agencement de 1' invention, comprenant un appareil de fabrication à chaud, désigné d'une façon générale par la référence 45 et un agencement d'alimentation désigné d'une matière générale par la référence 46. L' agencement d'alimentation 46 comprend une trémie d'alimentation 48 contenant une résine thermoplastique granulaire ou en particules 49. La trémie 48 décharge un courant ou couche 51 de la matière résineuse thermoplastique 49. Un dispositif de déohique- tage ou de pulvérisation 52 est disposé au voisinage de la trémie 48.
Une mèche 53 est alimentée dans le dispositif de pulvérisation 52 et est déchargée sous forme d'un courant ou couche de filaments déchiquetés 54 par une goulotte ou guide 56. L'appareil de fabrication 45 est d'un type connu sous le nom de machine d' injootion à vis et comprend un canon 55 comportant une cavité interne 56 et une lumière d'alimentation 57. Une trémie 58 est prévue au voisinage de cette lumière 57. Dans la cavité 56, est prévue une vis à déplacement alternatif 59. Un ajutage 61 est disposé près de l'extrémité du canon 55, qui est opposée à la lu- mière d'alimentation 57. Cet ajutage 61 est en communication aveo un moule 63.
Au cours du f onctionnemert de l'appareil de la forme de réalisation de la figure 3, le courant de résine 51 et les fibres déchiquetées 54 sont alimentés directement à la trémie 58 et tombent dans la cavité 56 où la matière résineuse est plas- tifiée à chaud et ennuito déchargée dans le moule.
A la figure 4, on a illustré une autre forme de réalisation de l'invention, désirée d'une façon générale par la réfé-
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rlH1Jtt 70. (,et 87f'I1Cement comprend un d1npoait1f de déohiqut3tage
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ou de pulvérisation 72 qui reçoit une série de mèches 74 qui sont Déchargées de ce dispositif de déchiquetage sous forme d'un courut ou couche de filaments 75, Au voisinage du dispositif de d chiquetage 72, est disposée une alimentation de résine 77 qui décharge un courant de résine thermoplastique en particules 78, Une trémie 79 reçoit les filaments déchiquetés 76 et la ré- sine 78. Un dispositif de mélange 81 est en communication avec cette trémie 79. Le dispositif de mélange 81 comprend un canal ou passage 82 qui contient une vis rotative à palettes 83 pour faire avancer le mélange.
Le mélange 84 de résine et de filaments déchiquetés est déchargé à l'extrémité du mélangeur 81, qui est opposée à la trémie 79. Ce meange est déchargé dans un dispositif de fabrication à chaud 87 qui'comprend une section d'extrusion de pré-plastification 88 comportant un canon chauffé 89 contenant une vis 91. Un cylindre d'injection 93 est en communication avec le canon 89 par une lumière 94. Un piston d'injection 95 est disposé dans le cylindre 93, celui-ci se déchargeant dans un moule 97.
Lors du fonctionnement de l'appareil de la figure 4, une résine et une mèche déchiquetée sont déchargées dans l'appareil de mélange et de transfert continu, tel que 81, puis directement dans l'appareil de pré-plastification à vis 88;ou elles sont plastifiées à chaud et ensuite extrudées dans le cylindre d' injection 93.
A la figure 5, on a représenté schématiquement un au- Zizi tre agencement suivant l'invention, dans lequel un dispositif d'alimentation de résine 100 est disposé au voisinage d'un dispositif de transport ou bac 102 pour la résine. Un courant ou couche 104 de la matière résineuse thermoplastique en particules est déchargé dans le bsc 102 et transféré jusqu'à l'extrémité de décharge 105 de celui-ci. Un dispositif de pulvérisation 106 est disposé au voisinage de l'alimentation de résine 100 et reçoit une série de mèche; 107. Ces mèches sont déchargées du dispositif de pulvérisation ou déchiquetage 106 sous forme d'un oourant ou cou-
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che de filaments déchiquetés 108.
Un dispositif ou bac de transfert de filaments 109 est disposé au voisinage du dispositif de déchiquetage 106 et est destiné à recevoir les filaments déchiquetés 108. Ce bac 109 comporte une extrémité de déchargements qui se situe au voisinage de l'extrémité de décharge 105 du bac
102 pour la résine. Un courant ou couche 112 de filaments déchi- - quêtes 108 sort du bac 109. Un courant ou couche 114 de la matière résineuse thermoplastique tombe du bac 102. L'extrémité de décharge 105 du bac 102 et l'extraite de décharge 110 du bac
109 sont disposées de telle sorte que les courants 112 et 114 circulent ensemble et s'entremêlent, tandis qu'ils tombent dans une trémie 115 disposée sur un appareil de fabrication à (baud
116.
Au cours du fonctionnement de l'agencement suivant la figure 5, l'alimentation de résine fournit une quantité prédéterminée de résine au bae 102, tandis qu'une quantité prédéterminée de filaments déchiquetés est alimentée au bac 109. Les couches de filaments déchiquetés et de résine en particules sont prévues de telle sorte que, tandis qu'elles tombent, elles s'en- tremêlent ou entre/en contact, et que le courant combiné résultant est traité presque immédiatement par le dispositif de fabri- cation.
A la figure 6, on a illustré un récipient désigné d'une façon générale par la référence 120. Ce récipient 120 comporte en foni 122 et des parois latérales 124. Les parois latérales
124 sont composées d'une couche extérieure de matière résineuse thermoplastique 125, d'une couche interne de matière résineuse thermoplastique 126 et d'un noyau central formé par une couche thermoplastique 127 renforcée par des fibres, cette couche pouvant être réalisée suivant la présente invention.
Il est désirable, lors du fonctionnement des formes de réalisation de l'invention, illustrées aux figures 1 et 2, que la matière résineuse thermoplastique soit alimentée sous forme de
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couches, comme montré auxdessins. En utilisant une alimentation continue ou intermittente de telles oouohes, on fourrit une com- position uniforme à l'appareil de conformation à chaud, et une stratification ou agglutination ne se produit pas comme dans le cas des techniques courantes. On peut utiliser une large varié- té d'agents de renforcement filamenteux, y oompris certaines ma- tières thermoplastiques, lorsqu'elles sont utilisées avec d'au- tres matières résineuses qui ont une température de conformation à chaud nettement inférieure à celle de la matière de renforce- ment.
Lea compositions résineuses thermoplastiques utilisant des filaments de verre ou du "Fiberglass" comme agent de renforcement sont particulièrement avantageuses.
Une telle alimentation devrait avantageusement être maintenue à un volume minimum, sinon un léger degré de stratifi- cation pourrait se produire du fait de la vibration de l'appareil de conformation à chaud. Lorsque la décharge des couches est voisine de la lumière d'alimentation du dispositif de fabrication à chaud, la couche résineuse thermoplastique en particules de- vrait, de la façon la plus avantageuse, être maintenue à une épais- seur se rapprochant d'un diamètre de particule; par "diamètre de particule", on désigne la dimension principale montrée par une particule de la matière thermoplastique dans une direction nor- male à un plan sur lequel la particule repose.
La forme de réalisation de l'invention, illustrée à la figure 3, utilise le même principe fondamental que celui des réa- lisation des figures 1 et 2, sauf que les couches minces sont for- mées lorsque les courants en circulation entrent en contact avec la vis. De la sorte, la résine thermoplaszique mélangée avec la matière filamenteuse est plastifiée à chaud d'une manière que l' on peut évoquer en considérant que des couches minces sont enrelop- pées autour de la vis de la machine d'extrusion et amenées à avan- cer grâce à cette vis.
Dans la mise en oeuvre de l'inventbn, les il! tités de la matière filamenteuse et de la matière résineuse. '
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en particules, qui sont mélangées dans la trémie de la machine de fabrication, devraient de préférence être maintenues à une va- qu' @/leur suffisamment basse pour/une stratification ou une séparation des deux matières ne se produise pas. De la sorte, dans le mode de fonctionnement le plus avantageux, il y a peu ou pas de possi- bilité que les matières d'alimentation se stratifient ou s'assem- blent scus forme de petits blocs.
Une certaine quantité de ma- tière peut être retenue dans la trémie pourvu que cette quantité soit insuffisante et que la vibration de la machine soit insuf- fisante également pour provoquer une stratification indésirable.
La forme de réalisation de l'invention, illustrée à la figure 4, est spécialement avantageuse lorsque la quantité de la résine et la quantité des filaments, demandées par l'appareil, sont grandes et que l'espace vertical disponible pour l'installa- tion est minimum. La résine et les filaments déchiquetés alimen- tés au dispositif de mélange 81 sont amenés dans la trémie de ce dispositif à une allure égale ou inférieure à l'allure d'enlève- ment de la vis à palettes. La vitesse de déplacement de la ma- tière transférée par la vis à palettes est maintenue élevée par rapport à l'allure de stratification du mélange.
De la sorte, le courant de décharge 84 est maintenu à un niveau généralement constant et la matière sort de la trémie de l'appareil de fabri- cation, généralement suivant les exigences de la forme de réalisa- tion de la f igure 3.
La forme de réalisation de la figure 5 englobe un systè- me d'alimentation particulièrement avantageax lorsqu'on doit trai- ter de grandes quantités de matières. Les courants de la matière en particules et de la matière filamenteuse sont déchargés des bacs et ils s'étalent au fur et à mesure qu'ils tombent à travers l'air, d'une manière voulue en plaçant le bac de résine et le bac de fibres dans des positions appropriées dépendant des matières en particules que l'on utilise. Les courants dispersés ou éta- @ s'entremeleront pour forcer un mélange intime de la matière
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résineuse en particules et des fibres.
Il est désirable, dans les formes de réalisation illustrées aux figures 3, 4 et 5, que le mélange de résine et de filaments soit enlevé de la trémie à une vitesse égale ou supérieure à la vitesse d'alimentation. De oe fait, dans toutes les formes de réalisation de l'invention, la résine et les filaments déchiquetés sont transférés à la zone de plastif ication à ohaud, aussi rapidement que possible après qu'ils ont été combinés.
On réalise facilement des objets moulés, tels que celui de la figure 6, par un moulage à injection d'une matière résineuse thermcplastique contenant l'agent derenforcement fibreux, ce moulage se faisant dans un moule qui est pourvu d'une couche ou film d'une matière résineuse thermoplastique non renforcée, qui adhérera à la matière renforcée moulée par injection. Ce film peut être procuré par l'un quelconque de divers procédés. De façon avantageuse, on peut préformer un film mince, c'est-à-dire un film d'une épaisseur de 0,0025 à 0,025 mm, par conformation sous vide, moulage à soufflage ou autre procédé convenable, de ma- nière que oe film prenne approximativement l'allure du moule employé.
Ensuite, la matière résineuse thermoplastique, renforcée par fibres et plastifiée à chaud, peut être injectée dans le mou- le, ce qui chasse le film contre la paroi de celui-ci, où il eat refroidi et se conforme de façon précise à l'allure du moule. Un tel film peut être placé contre la surface de pratiquement l'entièreté du moule. Toutefois, il y a lieu de laisser un accès pour l'injection de la matière renforcée par des fibres, à l'inté- rieur du film non renforcé.
Un autre procédé de conformation d' objets suivant l'invention peut être utilisé, si le moule est revêtu préalablement de petites particules, telles que des particules traversant par exemple un tamis dont les mailles laissent des ouvertures de 0,84 mm, ces particules se fixant au moule pour former une couche continue, et la matière renforcée par des fibre: étant ensuite utilisée pour garnir la pellicule préalablement pré-
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parée de la matière non renforcée.
Dans certains cas où. la matière thermoplastique renforcée par des fibres a une température de travail qui est aensiblement inférieure à celle de la matière qui doit être employée comme couche superficielle, on peut placer un film plat dans le moule et on peut ajouter la matière thermoplastique renforcée à une température suffisamment élevée pour ramollir la matière plastique formant la pellicule et la Chasser ainsi contre les parois du moule afin qu'elle se conforme à ces parois. Si la différence de température de travail entre la matière renforcée et la matière formant la pellicule est relativement petite, le degré de chauffage de la matière pelliculaire par la matière renforcée est alors habituellement suffisant pour amener une pellicule plate ou non conformée à se rompre avant qu'elle ne soit chassée vers les parois du moule.
En conséquence, dans de telles applications, il est désirable d'utiliser une pellicule préformée. Le choix entre l'utilisation d'une pellicule préformée et d'une pellicule non préformée est une question pratique dépendant des techniques particulières utilisées, du cycle désiré de moulage, de l'allure du moule et de facteurs similaites bien connus des spécialistes en ce domaine. Pour la préparation d'objets ayant une surface extrêmement lisse, il est avantageux d'utiliser la technique dans laquelle la pellicule est préformée sur la surface du moule avant le moulage par injection du noyau. Cette technique permet l'utilisation de matières pelli. culaires et de matières pour le noyau, qui ont des propriétés largement différentes et pour lesquelles il n'y a pratiquement pas d'interdépendance.
Cependant, pour obtenir un produit satisfaisant qui doit subir des efforts mécaniques, notamment des flexions, des chocs, etc., il est désirable que* la matière formant le noyau adhère solidement à la matière pelliculaire. Si on utilise des matières polymères différentes, qui ne se lient pas l'une à l'autre sous les conditions du moulage, par exemple le polystyrène et le méthacrylate de polyméthyle, on peut emplo-
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yer aisément un adhésif ou un enduit convenable. A titre d'exem- ple, avec les polymères mentionnés ci-dessus, un oopolymère com- portant 50% de méthaorylate de méthyle et 50% de styrène sera a- vantageux.
Un tel adhésif est aisément préparé et appliqué tous la forme d'une dispersion ou latex aqueux qui, lors du séchage, donne un film qui se lie facilement au méthacrylate de polymé- thyle et à la matière du noyau formée par le polystyrène. Une méthode avantageuse et convenable pour réaliser une surface pel- liculaire préformée lisse consiste à appliquer au moule, une cou- che d'une matière polymère en particules, finement divisée, qui peut alors être fusionnée à une couche oontinue, le moule étant ensuite placé dans une machine de moulage par injection et rempli de la matière de noyau renforcée désirée.
Une telle couche est facilement réalisée par une pulvérisation à la flamme, un revête- ment par lit fluidifié, un revêtement par vernis, et elle peut être déposée en partant d'une émulsion aqueuse et par des techni- ques similaires.
Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre avec n'importe quelle matière résineuse thermoplastique qui peut être conformée à chaud et est améliorée par l'incorporation d'une ma- tière de renforcement filamenteuse.
Parmi les résines utilisées dans la présente invention, on peut citer les résines aromatiquea alcényliquea, telles que le polystyrène, les copolymères de styrène,,des mélanges et des co- polymères greffés de styrène et de caoutchouc, des oopolymères de styrène et d'acrylonitrile dans une proportion d'environ 65 à 75% en poids de styrène pour 35 à 25% en poids d'acrylonitrile, chimi- quement combinés dans le copolymère.
D'autres résines que l'on peut utiliser avantageusement sont celles qui sont constituées par des polymères et des oopolymères de méthaorylate de méthyle, par exemple les homopolymères et les copolymères de celui-ci avec du \Chlorure de vinylidène, den copolymères avec le chlorure de vinyle.
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iv x x=:ï:: e ,.;,, On peut ut-iliser avantageusement de:3 polycrrc-t
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et des copolymères d'halogénures de vinyle, notamment des oopolymères de chlorure de vinyle avec du chlorure de vinylidène, d'acrylonitrile avec du chlorure de vinyle ou du bromure de vinyle, des copolymères de chlorure de vinyle avec de l'acétate de viny- le ;
sont également intéressants les esters et les dérivés d'esters thermoplastiques de cellulose, notamment l'acétate dacellu- lose, le propionate de cellulose ; l'acétate-butyrate de oellulo- se, l'éthyl cellulose, etc.. D'autres matières résineuses thermoplastiques sont le polyéthylène, le polypropylène et leurs copolymères résineux, ainsi que leurs dérivés halogènes, notamment le polyéthylène chloré, le polypropylène chloré, de nombreuses résines thermoplastiques de vinylidène, telles que les copolymères thermoplastiques de chlorure de vinylidène avec un ou plusieurs monomères, tels que le chlorure de vinyle, l'aorylate d' éthyle, l'acrylate de propyle, l'acrylate de butyle, etc..
On peut utiliser aussi les superpolyamides, les caoutchoucs naturels et synthétiques, notamment le polybutadiène, le polyisoprène, les dérivés chlorés de polyisopréne, et leurs mélanges. Le choix de la résine particulière à utiliser dépendra principalement des propriétés physiques désirées dans la matière formant le noyau, et des propriétés chimiques ou superficielles que l'on désire pour la matière pelliculaire. De la sorte, en utilisant la présente invention, on peut combiner ces propriétés pour obtenir la combinaison la plus avantageuse pour l'application particulière envisagée. Les fibres ou la matière fibreuse que l'on utilise pour le renforcèrent de la matière de noyau y sont faci- lement incorporées suivant la technique de l'invention.
On a trouvé que le procédé de l'invention est spécia- lement avantageux lorsque la couche résineuse thermoplastique a une épaisseur d'environ 2 à 5 diamètres de particule. Du reste si l'épaisseur dépasse ces valeurs, L'uniformité du produit résul- tant peut souvent être un peu inférieure à ce que l'on désire.
Comme lecomprenaront aicément les spécialistes en ce domaine, le
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degré désiré d'uniformité est une question dépendant principale- ment des caractéristiques désirées dans le produit récitant.
Souvent, lorsqu'un degré de dispersion inférieur au degré le plus uniforme est satisfaisant, on peut utiliser une couche plue épais- se. Comme les couches de matière parcourent de très grandes die- tances, par exemple lave de la chute à travers l'air, l'épaisseur, des couches peut être accrue sans perte de l'uniformité. De même, lorsque le poids ou les dimensions du produit de l'appareil de fabrication à chaud sont augmentés, on peut utiliser des couches plus épaisses. Si on le désire, on peut utiliser pratiquement n' importe quel nombre de couches alternées de résine et de fila- ments pour obtenir le degré désiré de mélange.
Bien qu'à la figure 1, 'on a it illustré une courroie mobile passant sous une trémie ot un appareil de déchiquette en vue de former la couche de résine et d'agent de renforcement, ' on peut aisément utiliser d'autres techniques, par exemple un ap- pareil d'alimentation vibrant, remplaçant la courcie.
Il est particulièrement avantageux d'alimenter de façon contimue la ma- tière de renforcement à l'appareil nous la forme d'une mèche. la mèche est facilement traitée par des techniques courantes dans le, domaine textile, jusqu'à oe qu'elle soit déchargée de l'appareil ; de déchiquetage, moment auquel elle tombe directement sur le die- positif de transport. De la sorte, il n'est pas nécessaire de manipuler et de transférer la matière de renforcement filamenteu- se déchiquetée sur une grande distance ou de la manipuler on mas- se.
En enfermant les dispositifs d'alimentation et les trémie de la matière déchiquetée et de la résine, on a trouvé qu'on peut réaliser des économies considérables en oe qui concerne la propre- té et qu'on obtient une installation plus propre à préserver la santé des opérateurs. En outre, un avantage économique considé- rable résulte de l'utilisation d'une mèche.
Un tel système d'ali- mentation élimiae l'installation de manipulation en vrac et les dangers pour la santé qui y sont souvent associée. En modifiant
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les vitesses d'alimentation, soit de la résine, soit de l'agent de renforcement, ou même des deux, on peut obtenir facilement un rapport désiré de la matière de renforcement en proportion de la masse résineuse dans le produit final. En utilisant des mécanismes de contrôle courants, le rapport de l'agent de renforcement à la matière résineuse peut être modifié dans une même pièce, si l'opération est une opération de moulage intermittent, par exem- ple un moulage à injection ou similaire.
On peut également employer cette technique avec des pièces moulées complexée ou, par exemple, il peut être désirable d'avoir une proportion élevée de l'agent de renforcement dans la partit de l'objet en coure de formation, qui est préparée avec la matière alimentée au départ au moule, et ce pour une raison particulière, par exemple une résistance aux chocs en surface, une abrasion, etc..
Lorsqu'on utilise le procédé de la présente invention, on évite de nombreuses difficultés fréquemment rencontrées dans la manipulation des matières thème plastique s renforcées filamen- teuses* A titre d'exemple, le mélange des matières résineuses thermoplastique. en particules est tel qu'on obtient une excellente dispersion et que la composition du produit est uniforme, alors que des mélanges de la matière filamenteuse avec la résine en particules tendent à former des agrégats ou blocs filamenteux qui ne sont pas facilement séparer.
L'invention assure également une souplesse maximum pour ce qui concerne la composition, oellesi pouvant être modifiée rapidement et facilement, et elle permet l'addition d'autres additifs, tels que des charges, des pigmenta, des colorants, des lubrifiants et des agents d'apprêt, et ce grâce à un troisième, un quatrième ou même un cinquième courant d'additifs que l'on ajoute à la couche, à la trémie ou à la. chambre d'alimentation de l'appareil de conformation.
Du fait de la simplicité du procédé, on arrive facilement à une automaticité. Ce procédé est souple au point que l'on peut utiliser des résines thermodurcissables de "phase B". Par 1'
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expression "phase B", on désigne une résine thermodurcissable qui est solide et peut être traitée à chaud d'une manière semblable à une résine thermoplastique, avant d'être totalement réticulée en une matière thermodurcissable.
L'invention est encore illustrée par les exemples suivants.
Exemplo 1
On a préparé une série d'objets façonnés par un moulage à injection d'un mélange d'un copolymère de 72 parties de styrène et de 28 parties d'aorylonitrile. La matière polymère est sous la forme granulaire et traverse un tamis pyant des ouvertures de 0,42 mm, tandis qu'elle est retenue sur un tamis ayant des ouvertures de 0,074 mm. On utilise un agencement d'alimentation tel qu'illustré à la figure 1. On utilise une mèche de verre comprenant environ 16. 000 filaments individuels ayant des diamètres compris entre 0,008 et 0,01 mm. On emploie une machine d'injection à vis de Ankerwerke, comportant un cylindre d'une capacité de 0,2268 kg.
L'appareil d'alimentation est mis en fonctionnement de façon intermittente pour procurer la matière nécessaire pour chaque opération. La vitesse d'alimentation globale de la matière résineuse est d'environ 6,8 kg par heure et le verre est alimenté à une vitesse globale d'environ 2,04 kg par heure.
La durée totale du cycle pour chaque opération est d'environ 50 secondes. La température du cylindre est de 245 C et on utilise une pression d'injection d'environ 630 kg/cm2. On emploie une cavité de moule complexe en forme de K, dans laquelle on prépare des barres d'essai de 15 fois 2,5 cm, ainsi qu'un disque et un rectangle. Les pièces moulées apparaissent uniformes et, après l'enlèvement de la matière résineuse thermoplastique, on a dite miné que les fibres de verront réparties uniformément dans 1' ensemble de cette matière.
Exemple 2
On a équipé une machine de moulage par injection à pré-
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Ratification à vis de 9,3 kg de la Hydraulic Press Manufactura
Company, avec un système d'alimentation tel qu'illustré à la fi- gure 3, ee système étant réglé pour fonctionner tandis que la vis est en rotation et pour procurer un mélange d'un copolymère de 70% en poids de styrène et de 30 en poids d'aorylonitrile, et d'une mèche de verre filamenteuse déchiquetée (6,35 mm), directe- ment à la lumière d'alimentation. Cette matière est murnie à une vitesse d'environ 5,4 kg par minute, lorsque le cylindre est en cours de remplissage.
La pièce qui est moulée pèse 2,5 kg pour un débit global d'environ 150 kg par heure d'un mélange de 70 par- ties en poids de polymère et de 30 parties en poids de verre. Un examen de la pièce moulée montre qu'on a obtenu une dispersion unifoine très satisfaisante de la mèche de verre déchiqueté, dans le polymère.
Exemple 3
On prépare une masse thermoplastique renforcée, oonte..
.nant 30 parties en poids de longs filaments de verre de 6 mm, et
70 parties en poids d'un copolymère de styrène-aorylonitrile com- prenant 72 parties en poids de styrène et 2e parties en poids d' aorylonitrile. On place deux films d'une épaisseur de 0,12 mm de la môme composition de copolymére dans un moule d'une machine de moulage par injection et on agence cesdeux films de telle manière que la matière provenant de la machine de moulage par injection pénètre entre eux dans un meule rectangulaire mesurant 22,2 x
12,1 x 0,32 cm. lors du refroidissement et de l'enlèvement hors du moule, la pièce moulée montre une surface uniforme claire. Cetn' te expérience a été répétée, sauf que l'on/a utilisé qu'un seul film.
Le moulage de la matière renforcée sans le film donne un produit rugueux ayant un mauvais pouvoir de transmission de la lumière et une surface relativement rugueuse. Les surfaces strati- fiées ont été facilement imprimées, peintes et métallisées pour former des surfaces lisses attreyantes. la surface non stratifiée m'était pas natisfaisante pour l'impression, la peinture ou la
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rm tallisat1on. Une feuille préparés suivant l'expérience pr4cédante et comportant un film stratifié sur ses deux faces montre de transmissions de lumière respectivement de 79,5%, de 839 et de' 34$ à des longueurs d'ondes de 500, 600 et 700 millimicrons.
Un produit stratifié comportant un film d'un coté seulement a des trai missions de lumière de 67,5%, de 73% et de 74,5% aux mêmes longt urs d'ondes. A titre comparatif, une pièce moulée ne comportait; t pas de film stratifié sur l'une ou l'autre surface a des transissions de lumière de 59, 64,5 et 679 aux mêmes longueurs d'ond( 1. La rugosité superficielle est déterminée en mesurant le déplac 3ment mécanique d'une pointe se déplaçant sur la surface, la surface non stratifiée donnant une indication de 70 unités (rug01¯té visible), tandis que, sur la surface stratifiée, on n' obtient qu'environ 5 à 6 unités arbitraires, ce qui est très satis faisait pour la peinture, l'impression et la métallisation.
Exemple 4
D'une manière semblable à l'exemple précèdent, on a pré- paré d'autres produits stratifiés en utilisant 70% en poids d'un copolymèro (72-28% en poids) de styrène et d'aorylonitrile, oe copolymère comportant un film de chlorure de polyvinyle de 0,038 mm, stratifié sur sa surface. On a obtenu des résultats propor- tionnels. On a répété le procédé de l'exemple 3, sauf que la ma- tière polymère renforcée comprenait 70% en poids du polystyrène et 30% en poids de fibres de verre. On a obtenu des résultats proportionnels.
On a répété le procédé de l'exemple 3, sauf que l'on a utilisé un film de polystyrène d'une épaisseur de 0,127 mm. On a obtenu des résultats proportionnels avantageux.
D'une manière semblable à celle utilisée dans les ipue- trations précédentes, on a mélangé d'autres matières résineuses thermoplastiques en particules, notamment du polystyrène, du poly- propylène, du polyéthylène, des copolymères de styrène et de méthe crylate de méthyle, avec des fibres de verre, et on les a moulés
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0 à 3 produits préaejatfto-fc 1},)H!I '{" ##cstr* pratiquement uniforme
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des fibres de verre dans la masse résineuse. On a préparé d'excel lents objets façonnés en utilisant des mélanges de polymères, au lieu d'un seul composé polymère.
Des mélanges de parties égales de chlorure de polyvinyle et d'un copolymère de 70 parties en poids de styrène et de 30 parties en poids d'aorylonitrile, et de fibres de verre (6 mm) donnent des résultats avantageux propor- tionnels. Une modification du procédé décrit ci-dessus en modifiant le rapport de la matière résineuse aux composants de verre donne des produits ayant une répartition prédéterminée de l'agent de renforcement fibreux dans l'entièreté du produit moulé. L'ap- plication de la technique décrite ci-dessus est particulièrement ' intéressante lorsqu'elle est faite à l'extrusion et au moula- ge par compression.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un objet résineux à fila- ments de renforcement, qui comprend la formation d'une couche min- ce d'une matière résineuse synthétique en particules, finement divisée, et d'une couche mince d'un agent de renforcement fila- menteux, l'amenée des oouohes de la résine et de l'agent de ren- forcement en contact l'une avec l'autre, l'envoi direct de ces couches à un appareil de fabrication à chaud, dans lequel la ma- tière résineuse est amenée à une température suffisante pour per- mettre une coulée thermoplastique, et la transformation du mé- lange en un objet façonné.
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"Apparatus and method for incorporating fileaenteuae material into a resinous maaae"
The present invention relates to an apparatus and method for incorporating a filamentous material into a thermoplastic resinous mass, and more particularly relates to an improved method for making articles containing an embedded filamentous reinforcement. in a resinous mass or base. The invention also relates to products air *! Molded plastics having a reinforced plastic core and a relatively thin plastic surface.
In accordance with the present invention, shredded reinforced plastic products are prepared by forming a layer of a material.
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particulate thermoplastic resin and a layer of a filamentous reinforcing agent having a desired length of fiber, bringing the layers of the thermoplastic material and the reinforcing agent into contact with each other, bringing sending them directly to a thermal apparatus, in which the thermoplastic resinous material is brought to a temperature sufficient to permit thermoplastic casting, and shaping the mixture into a shaped object. Especially advantageous objects are obtained when the reinforced resin is treated so as to have a polymeric film on one or more of its surfaces.
Other characteristics and advantages of the present invention will become apparent from the following description given with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic representation of the implementation of the method of the invention.
FIG. 2 shows an alternative embodiment.
Figure 3 is a schematic representation of an alternative method of supplying the hot-melt manufacturing apparatus.
FIG. 4 schematically shows another hot-manufacturing apparatus for practicing the invention.
Figure 5 shows another technique for carrying out the invention.
Fig. 6 is a partially sectional view of a molded body from a thermoplastic reinforced / fiber resinous material according to one embodiment of the present invention.
In Figure 1 there is illustrated a manufacturing apparatus designated generally by the numeral 10 and which may be used to show the development of the process of the invention. The apparatus 10 includes a feeder 12 having a discharge lumen 13. In the feeder 12 there is a quantity of a refill material.
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thermoplastic particle winder 15. This material 15 is delivered by the discharge port 13 as a stream or layer 16 on the surface of a belt 17. The latter is supported and driven by the pulley 19 in the belt. direction indicated by the arrow. Generally, in the vicinity of the resin supply device 12, there is a shredding or spraying device 21.
A supply 22 of filament or wire is combined with the shredder 21, this supply providing a wick 22a to a wick feeder 24.
The term "filament" as used herein refers to an elongated filamentary material intended to be fed in the form of rolls, spools, skeins and bundles which, when unhooked to lengths of. about 0.625 to 2.54 cm, results in individual fibers or generally parallel bundles of fibers. Typical examples of "filaments" are rovings, yarns having about 1 twist or less per shredded length, ribbons, mats and tows. The wick feeder comprises a pair of driven rollers 25 and 26.
The de-hooking device 21 delivers a stream or layer of shredded filaments or short fibers 27 to the belt 17 on which there is a layer 18 of the particulate resinous material 15. The fiber stream 27 forms a second layer. 28.
Layers 18 and 28 are thin, i.e. the thickness * layer 18 does not exceed five particle diameters or thicknesses, while layer 28 has a thickness commensurate with the amount of material. resinous present in layer 18. As the belt 17 moves in the direction of the arrow, the combined layers 18 and 28 are discharged into the receiving device 31 or feeding device of a hot shaping apparatus 31 which converts the mixture of resin and filamentous reinforcing material into the shaped object 33.
In Figure 2, there is illustrated another arrangement according to the invention, in which a tank 37 is provided in the vicinity of the former
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discharge end of belt 17 for directing the flow of thermoplastic resinous material and shredded filamentous reinforcing material 39 to a compression molding apparatus 40 comprising a first heated die 41 and a second heated die 42. For clarity, the associated control mechanisms have been removed.
In Figure 3 there is illustrated another arrangement of the invention, comprising a hot-melt manufacturing apparatus, generally designated 45 and a feed arrangement designated generally by the reference 46. L The feed arrangement 46 includes a feed hopper 48 containing a granular or particulate thermoplastic resin 49. The hopper 48 discharges a stream or layer 51 of the thermoplastic resinous material 49. A deohist or spray device 52 is provided. arranged in the vicinity of the hopper 48.
A wick 53 is fed into the spray device 52 and is discharged as a stream or layer of shredded filaments 54 through a chute or guide 56. The manufacturing apparatus 45 is of a type known as a machine. injection screw and comprises a barrel 55 having an internal cavity 56 and a supply lumen 57. A hopper 58 is provided in the vicinity of this lumen 57. In the cavity 56, a reciprocating screw 59 is provided. nozzle 61 is disposed near the end of barrel 55, which is opposite to supply light 57. This nozzle 61 is in communication with mold 63.
During operation of the apparatus of the embodiment of Figure 3, the resin stream 51 and the shredded fibers 54 are fed directly to the hopper 58 and fall into the cavity 56 where the resinous material is plasticized. hot and ennuito discharged into the mold.
In FIG. 4, another embodiment of the invention has been illustrated, generally desired by the reference.
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rlH1Jtt 70. (, and 87f'I1Cement includes a deohiqut3tage d1npoait1f
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or spray 72 which receives a series of wicks 74 which are discharged from this shredding device in the form of a course or layer of filaments 75. In the vicinity of the shredding device 72 is disposed a supply of resin 77 which discharges a A stream of particulate thermoplastic resin 78. A hopper 79 receives the shredded filaments 76 and resin 78. A mixing device 81 is in communication with this hopper 79. The mixing device 81 includes a channel or passage 82 which contains a mixing device. rotary vane screw 83 to advance the mixture.
The mixture 84 of resin and shredded filaments is discharged at the end of the mixer 81, which is opposite the hopper 79. This meange is discharged into a hot maker 87 which includes a pre-extrusion section. plasticization 88 comprising a heated barrel 89 containing a screw 91. An injection cylinder 93 is in communication with the barrel 89 by a lumen 94. An injection piston 95 is disposed in the cylinder 93, the latter discharging into a mold 97.
In operation of the apparatus of Fig. 4, a resin and a shredded wick are discharged into the continuous mixing and transfer apparatus, such as 81, then directly into the screw pre-plasticizer 88; or they are hot plasticized and then extruded into the injection cylinder 93.
In FIG. 5, there is shown schematically an additional arrangement according to the invention, in which a resin supply device 100 is arranged in the vicinity of a transport device or tank 102 for the resin. A stream or layer 104 of the particulate thermoplastic resinous material is discharged into the bsc 102 and transferred to the discharge end 105 thereof. A spray device 106 is disposed in the vicinity of the resin supply 100 and receives a series of wicks; 107. These wicks are discharged from the spraying or shredding device 106 in the form of a stream or cut.
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che of shredded filaments 108.
A filament transfer device or bin 109 is disposed in the vicinity of the shredding device 106 and is intended to receive the shredded filaments 108. This bin 109 has an unloading end which is located in the vicinity of the discharge end 105 of the bin.
102 for the resin. A stream or layer 112 of shredded filaments 108 exits from bin 109. A stream or layer 114 of the thermoplastic resinous material falls from bin 102. The discharge end 105 of bin 102 and the discharge end 110 of the bin.
109 are arranged so that the streams 112 and 114 flow together and intermingle, as they fall into a hopper 115 disposed on a manufacturing apparatus at (baud
116.
During operation of the arrangement according to Fig. 5, the supply of resin supplies a predetermined amount of resin to bae 102, while a predetermined amount of shredded filaments is fed to bin 109. The layers of shredded filaments and Resin particles are provided such that as they fall they become entangled or come into contact with each other, and the resulting combined stream is processed almost immediately by the manufacturing device.
In Figure 6, there is illustrated a container generally designated by the reference 120. This container 120 comprises foni 122 and side walls 124. The side walls
124 are composed of an outer layer of thermoplastic resin material 125, an inner layer of thermoplastic resin material 126 and a central core formed by a thermoplastic layer 127 reinforced with fibers, this layer being able to be produced according to the present invention .
It is desirable, in the operation of the embodiments of the invention, illustrated in Figures 1 and 2, that the thermoplastic resinous material be supplied in the form of
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layers, as shown in the drawings. By using a continuous or intermittent feed of such oils, a uniform composition is fed to the hot forming apparatus, and lamination or agglutination does not occur as in the case of current techniques. A wide variety of filament strengthening agents can be used, including certain thermoplastic materials, when used with other resinous materials which have a hot conformation temperature significantly lower than that of the resin. material for reinforcement.
Lea thermoplastic resinous compositions using glass filaments or "Fiberglass" as reinforcing agent are particularly advantageous.
Such feed should preferably be kept to a minimum volume, otherwise a slight degree of stratification might occur due to the vibration of the hot forming apparatus. When the discharge of the layers is near the feed lumen of the hot-forming device, the particulate thermoplastic resinous layer should most advantageously be maintained at a thickness approaching a diameter. particle; By "particle diameter" is meant the major dimension shown by a particle of the thermoplastic material in a direction normal to a plane on which the particle rests.
The embodiment of the invention, illustrated in Figure 3, uses the same fundamental principle as that of the embodiments of Figures 1 and 2, except that the thin films are formed when the circulating currents come into contact with them. the opinion. In this way, the thermoplastic resin mixed with the filamentous material is heat-plasticized in a manner which can be seen by considering that thin layers are wrapped around the screw of the extrusion machine and fed to the front. - cer thanks to this screw.
In the implementation of the inventbn, the il! tities of filamentous material and resinous material. '
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The particulate matter, which is mixed in the hopper of the manufacturing machine, should preferably be kept at a sufficiently low value that stratification or separation of the two materials does not occur. Thus, in the most advantageous mode of operation, there is little or no possibility that the feed materials will stratify or come together into small blocks.
A certain amount of material can be retained in the hopper provided that this amount is insufficient and the vibration of the machine is also insufficient to cause undesirable stratification.
The embodiment of the invention, illustrated in Figure 4, is especially advantageous when the amount of resin and the amount of filaments required by the apparatus are large and the vertical space available for installation. tion is minimum. Resin and shredded filaments fed to mixing device 81 are fed into the hopper of this device at a rate equal to or less than the rate of removal of the paddle screw. The speed of movement of the material transferred by the paddle screw is kept high relative to the stratification rate of the mixture.
In this way, the discharge current 84 is maintained at a generally constant level and the material exits the hopper of the manufacturing apparatus, generally in accordance with the requirements of the embodiment of Figure 3.
The embodiment of Figure 5 encompasses a particularly advantageous feed system when large amounts of material have to be processed. The streams of particulate matter and filamentous material are discharged from the tanks and they spread as they fall through the air, in a desired manner by placing the resin tank and the tank. of fibers in appropriate positions depending on the particulate materials being used. Scattered or state currents will intermingle to force an intimate mixture of matter
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resinous particles and fibers.
It is desirable, in the embodiments illustrated in Figures 3, 4 and 5, that the mixture of resin and filaments be removed from the hopper at a speed equal to or greater than the feed speed. Therefore, in all embodiments of the invention, the resin and the shredded filaments are transferred to the hot plasticizing zone as quickly as possible after they have been combined.
Molded articles, such as that of FIG. 6, are easily made by injection molding of a thermoplastic resinous material containing the fibrous reinforcing agent, this molding taking place in a mold which is provided with a layer or film of. an unreinforced thermoplastic resinous material, which will adhere to the reinforced injection molded material. This film can be provided by any of various methods. Advantageously, a thin film, i.e. a film with a thickness of 0.0025 to 0.025 mm, can be preformed by vacuum forming, blow molding or other suitable process, so that this film approximately takes on the appearance of the mold used.
Then, the thermoplastic, fiber-reinforced and heat-plasticized resinous material can be injected into the mold, which drives the film against the wall thereof, where it is cooled and conforms precisely to the mold. look of the mold. Such a film can be placed against the surface of substantially the entire mold. However, access should be left for injection of the fiber reinforced material into the interior of the unreinforced film.
Another method of shaping objects according to the invention can be used, if the mold is coated beforehand with small particles, such as particles passing for example through a sieve whose mesh leaves openings of 0.84 mm, these particles are fixing to the mold to form a continuous layer, and the fiber reinforced material: then being used to fill the previously pre-pre-coated film
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trimmed with unreinforced material.
In some cases where. the fiber reinforced thermoplastic material has a working temperature which is significantly lower than that of the material which is to be employed as the surface layer, a flat film can be placed in the mold and the reinforced thermoplastic material can be added at a sufficiently high temperature high to soften the plastic material forming the film and thus push it against the walls of the mold so that it conforms to these walls. If the working temperature difference between the reinforced material and the film forming material is relatively small, then the degree of heating of the film material by the reinforced material is usually sufficient to cause a flat or unformed film to rupture before it breaks. 'it is driven towards the walls of the mold.
Accordingly, in such applications, it is desirable to use a preformed film. The choice between the use of a preformed film and a non-preformed film is a practical matter depending on the particular techniques employed, the desired molding cycle, the appearance of the mold, and the like well known to those skilled in the art. field. For the preparation of articles having an extremely smooth surface, it is advantageous to use the technique in which the film is preformed on the surface of the mold before the injection molding of the core. This technique allows the use of pelli materials. culars and materials for the nucleus, which have widely different properties and for which there is hardly any interdependence.
However, in order to obtain a satisfactory product which must undergo mechanical stresses, including bending, impact, etc., it is desirable that the core material adheres firmly to the film material. If different polymeric materials are used which do not bond to each other under the molding conditions, for example polystyrene and polymethyl methacrylate, one can use
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Easily apply a suitable adhesive or sealant. By way of example, with the polymers mentioned above, an oopolymer comprising 50% methyl methaorylate and 50% styrene will be advantageous.
Such an adhesive is readily prepared and applied all in the form of an aqueous dispersion or latex which, upon drying, provides a film which readily bonds to polymethyl methacrylate and to the core material formed by polystyrene. An advantageous and suitable method of achieving a smooth preformed skin surface is to apply to the mold a layer of finely divided particulate polymeric material which can then be fused to a continuous layer, the mold then being placed. in an injection molding machine and filled with the desired reinforced core material.
Such a layer is easily made by flame spraying, fluidized bed coating, varnish coating, and it can be deposited starting from aqueous emulsion and similar techniques.
The process of the invention can be carried out with any thermoplastic resinous material which can be hot formed and is improved by the incorporation of a filamentous reinforcing material.
Among the resins used in the present invention, mention may be made of alkenyl aromatic resins, such as polystyrene, styrene copolymers, mixtures and graft copolymers of styrene and of rubber, styrene and acrylonitrile oopolymers. in an amount of from about 65 to 75% by weight of styrene to 35 to 25% by weight of acrylonitrile, chemically combined in the copolymer.
Other resins which can be advantageously used are those which consist of polymers and oopolymers of methyl methaorylate, for example homopolymers and copolymers thereof with vinylidene chloride, copolymers with chloride vinyl.
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iv x x =: ï :: e,.; ,, One can advantageously use: 3 polycrrc-t
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and copolymers of vinyl halides, especially oopolymers of vinyl chloride with vinylidene chloride, acrylonitrile with vinyl chloride or vinyl bromide, copolymers of vinyl chloride with vinyl acetate the ;
also interesting are esters and derivatives of thermoplastic esters of cellulose, in particular acellulose acetate, cellulose propionate; cellulose acetate-butyrate, ethyl cellulose, etc. Other thermoplastic resinous materials are polyethylene, polypropylene and their resinous copolymers, as well as their halogenated derivatives, in particular chlorinated polyethylene, chlorinated polypropylene, many thermoplastic vinylidene resins, such as thermoplastic copolymers of vinylidene chloride with one or more monomers, such as vinyl chloride, ethyl aorylate, propyl acrylate, butyl acrylate, etc. .
It is also possible to use superpolyamides, natural and synthetic rubbers, in particular polybutadiene, polyisoprene, chlorinated polyisoprene derivatives, and mixtures thereof. The choice of the particular resin to be used will depend primarily on the physical properties desired in the core material, and the chemical or surface properties desired for the skin material. In this way, by using the present invention, one can combine these properties to obtain the most advantageous combination for the particular application envisaged. The fibers or fibrous material which is used for the reinforcement of the core material are readily incorporated therein according to the technique of the invention.
The process of the invention has been found to be especially advantageous when the thermoplastic resinous layer has a thickness of about 2 to 5 particle diameters. Moreover, if the thickness exceeds these values, the uniformity of the resulting product can often be somewhat less than desired.
As specialists in this field will readily understand, the
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Desired degree of uniformity is a matter primarily dependent on the characteristics desired in the reciting product.
Often, when a degree of dispersion less than the most uniform degree is satisfactory, a heavier coat can be used. As the layers of material travel over very large dia- tices, eg, fall lava through air, the thickness of the layers can be increased without loss of uniformity. Likewise, when the weight or dimensions of the product of the hot-forming apparatus are increased, thicker layers can be used. If desired, virtually any number of alternating layers of resin and filaments can be used to achieve the desired degree of mixing.
Although in Figure 1 there is illustrated a walking belt passing under a hopper and a shredder to form the resin and reinforcing agent layer, other techniques can readily be used. for example a vibrating feeder, replacing the courcie.
It is particularly advantageous to continuously feed the reinforcing material to the apparatus in the form of a wick. the wick is easily treated by techniques common in the textile field, until it is unloaded from the apparatus; shredding, when it falls directly on the transport die-positive. In this way, it is not necessary to handle and transfer the shredded filamentous reinforcing material a great distance or to handle it massively.
By enclosing the feeders and the shredded material and resin hoppers, it has been found that considerable savings in cleanliness can be made and a cleaner plant is obtained to preserve the quality. health of operators. In addition, a considerable economic advantage results from the use of a bit.
Such a feeding system eliminates the bulk handling facility and the health hazards often associated with it. By modifying
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With the feed rates of either the resin or the reinforcing agent, or even both, one can easily obtain a desired ratio of reinforcing material in proportion to the resinous mass in the final product. Using common control mechanisms, the ratio of reinforcing agent to resinous material can be changed in a single part, if the operation is an intermittent molding operation, for example injection molding or the like.
This technique can also be employed with complexed moldings or, for example, it may be desirable to have a high proportion of the reinforcing agent in the part of the object being formed, which is prepared with the material. initially fed to the mold, for a particular reason, for example resistance to surface impact, abrasion, etc.
When using the process of the present invention, many difficulties frequently encountered in handling stringy reinforced plastics materials are avoided. For example, the mixing of thermoplastic resinous materials. The particulate matter is such that excellent dispersion is obtained and the composition of the product is uniform, while mixtures of the filamentous material with the particulate resin tend to form aggregates or filamentary blocks which are not easily separated.
The invention also provides maximum flexibility in the composition, which can be changed quickly and easily, and it allows the addition of other additives, such as fillers, pigments, colorants, lubricants and agents. of primer, and this thanks to a third, a fourth or even a fifth stream of additives that are added to the layer, the hopper or the. feed chamber of the shaping apparatus.
Due to the simplicity of the process, automaticity is easily achieved. This process is flexible to the point that "phase B" thermosetting resins can be used. By 1 '
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By "phase B" is meant a thermosetting resin which is solid and can be heat treated in a manner similar to a thermoplastic resin, before being fully crosslinked into a thermosetting material.
The invention is further illustrated by the following examples.
Example 1
A series of articles were prepared by injection molding of a blend of a copolymer of 72 parts of styrene and 28 parts of aorylonitrile. The polymeric material is in granular form and passes through a sieve having 0.42 mm openings, while it is retained on a sieve having 0.074 mm openings. A feed arrangement as shown in Figure 1 is used. A glass wick comprising about 16,000 individual filaments having diameters between 0.008 and 0.01 mm is used. A screw injection machine from Ankerwerke, comprising a cylinder with a capacity of 0.2268 kg is used.
The feed apparatus is operated intermittently to provide the material needed for each operation. The overall feed rate of the resinous material is about 6.8 kg per hour and the glass is fed at an overall rate of about 2.04 kg per hour.
The total cycle time for each operation is approximately 50 seconds. The cylinder temperature is 245 ° C and an injection pressure of about 630 kg / cm2 is used. A complex K-shaped mold cavity is used, in which 15 x 2.5 cm test bars are prepared, as well as a disc and a rectangle. The molded parts appear uniform and after removal of the thermoplastic resinous material it has been said that the glass fibers will be evenly distributed throughout this material.
Example 2
A pre-injection molding machine was equipped
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Ratification with 9.3 kg of the Hydraulic Press Manufactura
Company, with a feed system as shown in Figure 3, the system being set to operate while the screw is rotating and to provide a blend of a 70% by weight copolymer of styrene and 30 by weight of aorylonitrile, and a shredded filamentous glass wick (6.35 mm), directly to the feed lumen. This material is burned at a rate of about 5.4 kg per minute while the cylinder is being filled.
The part which is molded weighs 2.5 kg for an overall flow rate of about 150 kg per hour of a mixture of 70 parts by weight of polymer and 30 parts by weight of glass. Examination of the molded part shows that a very satisfactory uniform dispersion of the shredded glass wick in the polymer has been obtained.
Example 3
A reinforced thermoplastic mass is prepared, oonte ..
.on 30 parts by weight of 6 mm long glass filaments, and
70 parts by weight of a styrene-aorylonitrile copolymer comprising 72 parts by weight of styrene and 2nd parts by weight of aorylonitrile. Two 0.12 mm thick films of the same copolymer composition are placed in a mold of an injection molding machine and these two films are arranged so that the material from the injection molding machine enters. between them in a rectangular grinding wheel measuring 22.2 x
12.1 x 0.32 cm. upon cooling and removal from the mold, the molded part shows a clear uniform surface. This experiment was repeated, except that only one film was used.
Molding the reinforced material without the film results in a rough product having poor light transmittance and a relatively rough surface. The laminated surfaces were easily printed, painted and metallized to form attractive smooth surfaces. the unlaminated surface was not satisfactory to me for printing, painting or
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rm tallisat1on. A sheet prepared according to the above experiment and having a film laminated on both sides shows light transmissions of 79.5%, 839 and 34%, respectively, at wavelengths of 500, 600 and 700 millimicrons.
A laminate product having a film on one side only has light transmissions of 67.5%, 73% and 74.5% at the same wavelengths. For comparison, a molded part did not include; No laminated film on either surface has light transissions of 59, 64.5 and 679 at the same wavelengths (1. Surface roughness is determined by measuring the mechanical displacement of a point moving over the surface, the unlaminated surface giving an indication of 70 units (visible roughness), while on the layered surface only about 5 to 6 arbitrary units are obtained, which is very satisfactory. made for painting, printing and metallization.
Example 4
In a manner similar to the preceding example, other laminate products were prepared using 70% by weight of a copolymer (72-28% by weight) of styrene and aorylonitrile, which copolymer comprising a copolymer. 0.038mm polyvinyl chloride film, laminated on its surface. Proportional results were obtained. The process of Example 3 was repeated except that the reinforced polymeric material comprised 70% by weight of polystyrene and 30% by weight of glass fibers. We got proportional results.
The process of Example 3 was repeated except that a polystyrene film with a thickness of 0.127 mm was used. Advantageous proportional results have been obtained.
In a manner similar to that used in the previous introductions, other particulate thermoplastic resinous materials were blended, including polystyrene, polypropylene, polyethylene, copolymers of styrene and methyl methyl crylate, with glass fibers, and we molded them
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0 to 3 praejatfto-fc 1},) H! I '{"## cstr * practically uniform
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glass fibers in the resinous mass. Excellent shapes have been prepared using mixtures of polymers, instead of a single polymer compound.
Mixtures of equal parts of polyvinyl chloride and a copolymer of 70 parts by weight of styrene and 30 parts by weight of aorylonitrile, and glass fibers (6 mm) give proportional advantageous results. Modification of the process described above by varying the ratio of resinous material to glass components results in products having a predetermined distribution of fibrous reinforcing agent throughout the molded product. The application of the technique described above is of particular interest when it is done by extrusion and compression molding.
CLAIMS
1. A method of making a resinous filament-reinforcing article which comprises forming a thin layer of a finely divided particulate synthetic resinous material and a thin layer of an agent. of filamentous reinforcement, bringing the orohes of the resin and the reinforcing agent into contact with each other, sending these layers directly to a hot-forming apparatus, in which the resinous material is brought to a temperature sufficient to permit thermoplastic casting, and the transformation of the mixture into a shaped object.