CA1052964A - Matiere plastique renforcee et son procede de fabrication_ - Google Patents
Matiere plastique renforcee et son procede de fabrication_Info
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- CA1052964A CA1052964A CA198,988A CA198988A CA1052964A CA 1052964 A CA1052964 A CA 1052964A CA 198988 A CA198988 A CA 198988A CA 1052964 A CA1052964 A CA 1052964A
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Abstract
Matière flexible anisotrope ayant dans le sens longitudinal une résistance à la rupture supérieure à 400 kg/cm2 et un allongement à la rupture de moins de lui et un module de traction d'au moins 8 fois supérieur au module de traction dans les autres sens transversaux perpendiculaires au sens longitudinal; ladite matière flexible comprenant une m?trice en matière thermoplastique et au moins 5% en poids d'un polymère renforçant non-miscible avec ladite matrice, ledit polymère consistant en un polyéthylène cristallin ayant un poids moléculaire d'au moins 500,000 et étant sous la forme de fibrilles allongées ayant un diamètre inférieur à 5 microns, une longueur supérieur à 2 mm. et une orientation dominante dans le sens longitudinal; ladite matière thermoplastique de la matrice ayant une température de ramollissement inférieur au point de fusion du polyéthylène renforçant et étant choisie dans le groupe constitué par le chlorure de polyvinyle, le polyéthylène ayant un faible poids moléculaire, les copolymères éthylène et acétate de vinyle ou chlorure de vinyle.
Description
-~OSZ964 L'invention est relative aux matières plastiques utilisées pour la confection de produits ou de demi-produits tels que des feuilles, bandes, rubans, profilés, tuyaux, etc...
Il est connu d'ajouter aux matières plastiques des charges pulverulentes ou fibreuses dans le but de diminuer le prix de revient ou d'ameliorer selectivement certaines pro-prietes telles que la durete, la resistance à la chaleur ou la resistance chimique, la conductivite electrique, etc... Les charges pulverulentes sont generalement des matières minerales inertes ou simplement colorantes qui sont incorporees à l'etat de poudres très fines, de sorte que la matière plastique chargée conserve un etat relativement homogène à l'echelle macroscopique.
Les charges fibreuses sont surtout utilisees avec les matières plastiques thermodurcissables et avec les polymères elastiques et caoutchouteux. Elles donnent aux articles obtenus une struc-ture nettement heterogène.
L'invention vise au contraire à l'obtention de compositions thermoplastiques ho gènes à l'echelle macroscopi- -que renforcees pour presenter un allongement en traction relati-vement faible.
Il a donc ete trouve une matière flexible anistrope ayant dans le sens longitudinal une resistance à la rupture supe-rieure à 400 kg/cm2 et un allongement a la rupture de moins de 10%
et un module de traction d'au moins 8 fois superieur au module de -traction dans les autres sens transversaux perpendiculaires au sens longitudinal; ladite matière flexible comprenant une matrice en matière thermoplastique et au moins 5~ en poids d'un polymère renforçant non-miscible avec ladite matrice, ledit polymère con-sistant en un polyéthylène cristallin ayant un poids moléculaire d'au moins 500,000 et étant sous la forme de fibrilles allongées ayant un diamètre inférieur à 5 microns, une longueur supérieure à 2mm. et une orientation dominante dans le sens longitudinal;
- .
- :
1()5;~9~4 ladite matière thermoplastique de la matrice ayant une tempéra-ture de ramollissement inférieure au point de fusion du polyé-thylclle renforc,allt et etallt clloisie dans le groupe constitué
par le chlorure de polyvinyle, le polyéthylène ayant un faible poids moléculaire, les copolymères éthylène et acétate de vinyle ou chlorure de vinyle.
Le polymère renforc,ant est compris entre-10 et 50%
en poids de la matière thermoplastique formant la matrice.
Ces fibrilles de polymère réparties dans la matri-ce en matière thermoplastique peuvent ne pas avoir d'orientation préférentielle, auquel cas les propriétés de traction de la com-position sont sensiblement les mêmes dans toutes les directions.
Mais elles peuvent avoir aussi une orientation préférentielle, de sorte que la composition présente une résistance à la traction plus élevée suivant cette direction que suivant les autres direc-tions.
Les compositions thermoplastiques ainsi renforcées peuvent se présenter, suivant le procédé de façonnage mis en oeuvre, sous la forme de feuilles minces de longueur indétermi-née, de bandes ou de rubans, de profilés à section pleine ou creuse, par exemple de tuyaux. Dans les articles ainsi obtenus, les fibrilles de polymère peuvent conférer une résistance à la traction analogue à celle obtenue avec des tissus de renforcement. Les articles sous forme de feuilles, de bandes ou de rubans peuvent aussi être substitués dans certaines applications aux tissus enduits de matières plasti-ques. Ces feuilles peuvent être assemblées ou soudées entre elles pour obtenir des produits composites à structure stratifiée, dans lesquels la résistance élevée à l'allongement des éléments constituant est utilisée suivant plusieurs direc-tions. Ainsi par exemple, on peut superposer et assembler deux ou plusieurs feuilles ou couches présentant chacune des propriétés d'anisotropie marquées dûes à l'orientation des ,~
fibrilles, mais en prenant soin, au cours de cet assemblage, ~-que le sens d'orientation des fibrilles soit croisé au moins ~ 20 dans deux feuilles de l'assemblage. On peut ainsi obtenir -- une feuille souple composite à haute résistance suivant au moins deux directions croisées perpendiculairement ou suivant d'autres angles.
Les matières thermoplastiques utilisables pour les compositions en question sont les matières plastiques présen- -~
tant une température, de ramollissement inférieure au point de fusion du polymère renforçant. Elles doivent en outre être compatibles et non miscibles avec le polymère. Ces matières thermoplastiques peuvent être souples ou relative-ment rigides à la température ambiante. Parmi ces matières thermoplastiques on peut citer par exemple le chloru e de polyvinyle, le polyéthylène, les copolymères éthylène . . ~
, 10529~;4 acétate de vinyle, le polystyrène, etc...
Le polymère cristallin incorporé à la matrice en nati~re plastique doit presenter une très haute masse molecu-laire de fa,con à pouvoir former des cristaux fibrillaires constitués de chaînes étendues suffisamment longues. Ce polymère peut notamment être une polyoléfine, c'est a dire un polymère de carbure-monoéthylènique possédant géné-ralement de 2 à 6 atomes de carbone et dont la masse moléculaire moyenne mesurée par viscosimétrie est égale ou supérieure à environ 500.000. Ce groupe comprend notamment le polyéthylène et le polypropylène isotactique.
Les compositions ~hermoplastiques renforcée indi-quees plus haut sont obtenues en malaxant la matrice en matiere thermoplastique et le polymere a tres haute masse moléculaire a une température voisine et de préférence un peu supérieure au point de fusion du polymere pour obtenir une fibrillation in situ des particules de polymere dans le melange, puis a traiter ce mélange de facon a maintenir lesdites particules a l'état de fibrilles allongées dans le produit final.
La matrice en matiere plastique et le polymere peu-vent être melangés a froid, a l'etat solide sous forme de poudres ou de granules, ou a chaud a l'etat fondu ou ramolli par la cha-leur; cependant, il est toujours necessaire que le melange soit soumis a un malaxage a chaud energique a la fois pour fondre le polymere et pour developper au cours de cette operation les for- ;~ ~ -ces de cisaillement qui provoquent une division des plus grosses particules ainsi que l'etirage d'une proportion notable de ces particules qui forment alors des fibrilles allongees pouvant avoir un diametre de l'ordre du micron et une longueur de l'ordre de
Il est connu d'ajouter aux matières plastiques des charges pulverulentes ou fibreuses dans le but de diminuer le prix de revient ou d'ameliorer selectivement certaines pro-prietes telles que la durete, la resistance à la chaleur ou la resistance chimique, la conductivite electrique, etc... Les charges pulverulentes sont generalement des matières minerales inertes ou simplement colorantes qui sont incorporees à l'etat de poudres très fines, de sorte que la matière plastique chargée conserve un etat relativement homogène à l'echelle macroscopique.
Les charges fibreuses sont surtout utilisees avec les matières plastiques thermodurcissables et avec les polymères elastiques et caoutchouteux. Elles donnent aux articles obtenus une struc-ture nettement heterogène.
L'invention vise au contraire à l'obtention de compositions thermoplastiques ho gènes à l'echelle macroscopi- -que renforcees pour presenter un allongement en traction relati-vement faible.
Il a donc ete trouve une matière flexible anistrope ayant dans le sens longitudinal une resistance à la rupture supe-rieure à 400 kg/cm2 et un allongement a la rupture de moins de 10%
et un module de traction d'au moins 8 fois superieur au module de -traction dans les autres sens transversaux perpendiculaires au sens longitudinal; ladite matière flexible comprenant une matrice en matière thermoplastique et au moins 5~ en poids d'un polymère renforçant non-miscible avec ladite matrice, ledit polymère con-sistant en un polyéthylène cristallin ayant un poids moléculaire d'au moins 500,000 et étant sous la forme de fibrilles allongées ayant un diamètre inférieur à 5 microns, une longueur supérieure à 2mm. et une orientation dominante dans le sens longitudinal;
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- :
1()5;~9~4 ladite matière thermoplastique de la matrice ayant une tempéra-ture de ramollissement inférieure au point de fusion du polyé-thylclle renforc,allt et etallt clloisie dans le groupe constitué
par le chlorure de polyvinyle, le polyéthylène ayant un faible poids moléculaire, les copolymères éthylène et acétate de vinyle ou chlorure de vinyle.
Le polymère renforc,ant est compris entre-10 et 50%
en poids de la matière thermoplastique formant la matrice.
Ces fibrilles de polymère réparties dans la matri-ce en matière thermoplastique peuvent ne pas avoir d'orientation préférentielle, auquel cas les propriétés de traction de la com-position sont sensiblement les mêmes dans toutes les directions.
Mais elles peuvent avoir aussi une orientation préférentielle, de sorte que la composition présente une résistance à la traction plus élevée suivant cette direction que suivant les autres direc-tions.
Les compositions thermoplastiques ainsi renforcées peuvent se présenter, suivant le procédé de façonnage mis en oeuvre, sous la forme de feuilles minces de longueur indétermi-née, de bandes ou de rubans, de profilés à section pleine ou creuse, par exemple de tuyaux. Dans les articles ainsi obtenus, les fibrilles de polymère peuvent conférer une résistance à la traction analogue à celle obtenue avec des tissus de renforcement. Les articles sous forme de feuilles, de bandes ou de rubans peuvent aussi être substitués dans certaines applications aux tissus enduits de matières plasti-ques. Ces feuilles peuvent être assemblées ou soudées entre elles pour obtenir des produits composites à structure stratifiée, dans lesquels la résistance élevée à l'allongement des éléments constituant est utilisée suivant plusieurs direc-tions. Ainsi par exemple, on peut superposer et assembler deux ou plusieurs feuilles ou couches présentant chacune des propriétés d'anisotropie marquées dûes à l'orientation des ,~
fibrilles, mais en prenant soin, au cours de cet assemblage, ~-que le sens d'orientation des fibrilles soit croisé au moins ~ 20 dans deux feuilles de l'assemblage. On peut ainsi obtenir -- une feuille souple composite à haute résistance suivant au moins deux directions croisées perpendiculairement ou suivant d'autres angles.
Les matières thermoplastiques utilisables pour les compositions en question sont les matières plastiques présen- -~
tant une température, de ramollissement inférieure au point de fusion du polymère renforçant. Elles doivent en outre être compatibles et non miscibles avec le polymère. Ces matières thermoplastiques peuvent être souples ou relative-ment rigides à la température ambiante. Parmi ces matières thermoplastiques on peut citer par exemple le chloru e de polyvinyle, le polyéthylène, les copolymères éthylène . . ~
, 10529~;4 acétate de vinyle, le polystyrène, etc...
Le polymère cristallin incorporé à la matrice en nati~re plastique doit presenter une très haute masse molecu-laire de fa,con à pouvoir former des cristaux fibrillaires constitués de chaînes étendues suffisamment longues. Ce polymère peut notamment être une polyoléfine, c'est a dire un polymère de carbure-monoéthylènique possédant géné-ralement de 2 à 6 atomes de carbone et dont la masse moléculaire moyenne mesurée par viscosimétrie est égale ou supérieure à environ 500.000. Ce groupe comprend notamment le polyéthylène et le polypropylène isotactique.
Les compositions ~hermoplastiques renforcée indi-quees plus haut sont obtenues en malaxant la matrice en matiere thermoplastique et le polymere a tres haute masse moléculaire a une température voisine et de préférence un peu supérieure au point de fusion du polymere pour obtenir une fibrillation in situ des particules de polymere dans le melange, puis a traiter ce mélange de facon a maintenir lesdites particules a l'état de fibrilles allongées dans le produit final.
La matrice en matiere plastique et le polymere peu-vent être melangés a froid, a l'etat solide sous forme de poudres ou de granules, ou a chaud a l'etat fondu ou ramolli par la cha-leur; cependant, il est toujours necessaire que le melange soit soumis a un malaxage a chaud energique a la fois pour fondre le polymere et pour developper au cours de cette operation les for- ;~ ~ -ces de cisaillement qui provoquent une division des plus grosses particules ainsi que l'etirage d'une proportion notable de ces particules qui forment alors des fibrilles allongees pouvant avoir un diametre de l'ordre du micron et une longueur de l'ordre de
2 a 20 millimetres.
Le malaxage peut être opere sur n'importe quel ap-pareil melangeur mais lorsqu'il est opere ou terminé sur un mélangeur a cylindre usuel, on obtient une orientation plus ou moins poussee des fibrilles de polymere dans le sens de l'etirage ~ -de la feuille entre les cylindres. Il en est de même lorsque le mélange réalise est ensuite repris a chaud dans un appareil qui etire le melange, tel~qu'une calandre ou une boudineuse. Les produits obtenus peuvent alors avoir un degre eleve d'anisotropie soit une resistance a la traction plus elevee dans le sens longi-tudinal que dans le sens transversal par rapport au sens d'orien-tation des fibrilles.
Lorsque le produit a ete melange a chaud, comme indique ci-dessus, pour obtenir une fibrillation in situ des ,...................... ~ .
~ ~ - 3 --105~ 4 particules de polymère, il est essentiel de traiter immédiate-ment le produit pour conserver cet état fibrillé du polymere.
En effet, on a o~serve que si l'on ne prend aucune précaution particulière, les fibrilles de polymere du melange tendent a se contracter par suite des forces visco-élastiques induites et a se transformer en particules non ou peu allongees.
~ n moyen de traitement pour maintenir dans le pro-duit les particules de polymere a l'etat de fibrilles allongees consiste à
lOSZ964 refroidir le mélange jusqu'à une température inférieure à la température de fusion du polymère, tout en le maintenant sous tension pour l'empêcher de se contracter.
On suppose que ce refroidissement sous tension du mélange contribue fortement ~ fixer les particules de polymère étirées en fibrilles qui, ensuite, ne peuvent plus se contrac-ter élastiquement au sein du mélange. Lorsque le mélange a été travaillé sur un mélangeur à cylindres, dans une boudineuse ou une calandre ou tout autre appareil provoquant l'orienta-tion préférentielle des fibrilles, le refroidissement desfeuilles ou des bandes sous tension permet d'obtenir des produits à haute résistance dans le sens longitudinal et à
rapport d'anisotropie très élevée.
Des exemples de réalisation de produits conformes à ~ -l'invention sont décrits ci-après. Dans ces exemples, les parties sont exprimées en poids. ~-Exemple 1 ~
On prépare deux compositions à base de chlorure de polyvinyle, l'une A servant de tér,noin, l'autre B comprenant une polyoléfine de renforcement, en l'occurence un polyéthylène cristallin à haute densité et à très haute masse moléculaire (poids moléculaire moyen de 1.000.000 mesuré par viscosimétrie) se présentant sous la forme d'une poudre fine ayant une granulo-métrie moyenne de l'ordre de 100 microns et un point de fusion de 138C.
' _ B
PVC en poudre 48 48 Tricrésylphosphate ~ 15 15 ( plastifiant Dioctylphtalate ) 15 15 Stéarate de plomb ) antioxydant 2 2 Polyéthylène 0 24 On réalise d'abord à froid le mélange des produits en ~ - 4 -..
- . . - . : -105296~
poudre ~PVC, stéarate et éventuellement polyéthylène) et des plastifiants à l'aide d'un malaxeur. Ce mélange est mis sur u]- melan~eur ~ cylindres chauffe à 152~C et on malaxe pendant 4 minutes. Le mélange est ensuite extrait du mélangeur SO'lS
la forme de feuilles minces qui sont refroidies sous tension pour les empêcher de se contracter longitudinalement. Les produits obtenus présentent les propriétés suivantes :
`-" 105Z964 .
(A (témoin! B
( sens sens sens sens ( longit.transv. longit. transv.
( Module de traction a 20% d'allongement 37 35 50 3 ( (kg/cm2) ( ~sistance rupture 152 153 426 75 (kg/cm2) ( Allongement 155 160 6,4 ( rupture %
lo ~ 3 On voit que, par comparaison au produit temoin A, le produit B presente des proprietés de traction nettement differenciees dans le sens longitudinal et dans le senstransversal,la resistance dans le sens longitudinal etant tres nettement augmentee. Le - -produit B presente cependant un aspect homogene translucide et un etat de surface comparable à ceux du produit A mais on peut avoir au microscope que le polyethylène est reduit à l'etat de fibrilles allongees quelque peu enchevêtrees, quoique ayant une orientation generale dominante. Ce reseau de fibrilles et leur orientation ex-pliquent la resistance accrue du produit dans le sens longitudinal.
La perte de resistance dans le sens transversal, qui corrobore aussi l'orientation des fibrilles, peut etre palliee en superposant des feuilles semblables de telle fac,on que le sens d'orientation des fibrilles soit croise d'une feuille a l'autre.
Exemple 2:
.
On prepare un melange à base de copolymère ethylène acetate de vinyle à 9% d'acetate de vinyle (resine Alathon E.VA 3120 marque de commerce de la societe Du Pont de Nemours) et de polyethy-lène à haute masse moleculaire comme celui de l'exemple 1, de composition :
- resine E.VA 3120 lQ0 - polyethylène 30 L'incorporation de la poudre de polyethylene est faite à 120C sur un melangeur à cylindres. La temperature des cylindres -A ~ 5 -est ensuite montée à 150C et l'on travaille le mélange pendant 10 minutes pour le malaxer et opérer la fibrillation du polym~re.
Le mélange est ensuite extrait sous la forme d'une feuille mince de 0,2 mm d'épaisseur que l'on refroidit sous tension pour l'empêcher de se contracter.
:~ - 5a -Le produit obtenu présente les propriétés suivantes : ~ -sens ~ sens lonaitudinalj transversal ! à 1 % 420 _ Module de d'allongement fkg/cm2d'allongemént 86 Résistance rupture - kg/cm2 960 103 .
Allongement rupture - % 135 Les même produit est ensuite recuit pendant 1 heure à 140C de manière à améliorer la structure cristalline du ~:
polymère étiré sous forme de fibrilles. Il présente alors les propriétés suivantes : :
sens j sens , longitudinall transversal Module de à 1 /0 480 - kg/cm2 à 20 % _ 99 d'allongement Résistance rupture - kg/cm2 350 ~ 162 ~- -Allongement rupture - % 4,1 140 A titre de comparaison, le copolymère E.VA pur moulé en plaque possède les propriétés suivantes (matériau isotrope) :
:: .
Module de traction Résistance rupture Allongement ruptur~
à 20% d'allongement kg/cm2 %
kg/cm2 _. _ : 76 201 545 ~ .
..
.' --, .
- - ~ : ' ' ' ~ -: -:, , ' :
.
.
~ lOSZ964 Exemple 3:
.
Comme dans l'exemple précédent, on réalise un mélange à
base de copolymère éthylene acetate de vinyle contenant cette fois-ci 18% d'acétate de vinyle (résine Alathon E.VA 3170 marque de commerce de la société Du Pont de Nemours) et de poly~thylene a hautc massc mol~culairc ~e com~osition suiv.~nte:
- résine E.VA 3170 100 - polyéthylene 30 L'incorporation de la poudre de polyethylene est faite a 120C sur mélangeur ouvert a cylindres. La temperature des cylindres du melangeur est ensuite montee à 148 pour l'operation de malaxage qui dure 28 minutes, et a l'issue de laquelle on tire une feuille refroidie sous tension d'epaisseur 0,2 mm.
Les proprietes du produit sont les suivantes: -( sens sens ( a 1% longitudinal transversal ( Module ded'allongement 264 ( traction ( kg/cm2 a 20%
( d'allongement _ 56 . ) ~
20, (Resistance rupture - Kg/cm2 712 100 ) -(Allongement rupture - % 3,6 245 A titre de comparaison le copolymere E.VA moule en plaque presente les proprietés suivantes:
( Module de traction Résistance rupture Allongement rupture ) ( à 20% d'allongement kg/cm2 %
( Kg/cm2 41 197 736 ~) ( On voit encore que le produit obtenu selon l'invention présente une forte tenacite dans le sens longitudinal d'orientation des fibrilles du polymere.
Exemple 4:
On realise une composition plastique renforcee avec du ~, - 7 -lOSZ964 polyéthylène à haut poids moléculaire comme celui de l'exemple 1 et dont la matrice est constituée de polyéthylène basse densité (Lacqtène 1020 de la société ATO Plastiques), avec les proportions suivantes :
- lacqtène 1020 95 - EPR 8.591 5 - polyéthylène 30 - altofaxe BB 123 (antioxydant) L'incorporation du polyéthylène en poudre est faite sur un mélangeur à cylindres à la température de 120C. On malaxe ensuite pendant 12 minutes à 153C et l'on extrait une feuille mince refroidie sous tension.
Les propriétés du produit sont les suivantes :
sens sens -longitudinaltransversal , Module de traction à
1 % d'allongement522 55 kg/cm2 ~ .
Résistance rupture1.326 95 kg/cm2 Allongement rupture 2,7 30 Comparativement, les propriétés correspondantes du . - --polyéthylène basse densité moulé sont les suivantes :
..
Module de traction Résistance rupture Allongement rupture à % d'allongement kg/cm2 %
kq/cm2 _ 102 164 450 : :
_ Les quelques exemples précédents illustrent les possi-bilités et les ressources procurées par l'invention dans le domaine du renforcement des matières plastiques. L'invention ~ .
n'est évidemment pas limitée à ces quelques exemples de réalisa-tion à partir desquels Ln peut envisager d'autres applications.
- .
On comprendra aussi que l'on peut ajouter à ces matières plastiques d'autres ingrédients usuels tels que des charges ou des colorants.
Le malaxage peut être opere sur n'importe quel ap-pareil melangeur mais lorsqu'il est opere ou terminé sur un mélangeur a cylindre usuel, on obtient une orientation plus ou moins poussee des fibrilles de polymere dans le sens de l'etirage ~ -de la feuille entre les cylindres. Il en est de même lorsque le mélange réalise est ensuite repris a chaud dans un appareil qui etire le melange, tel~qu'une calandre ou une boudineuse. Les produits obtenus peuvent alors avoir un degre eleve d'anisotropie soit une resistance a la traction plus elevee dans le sens longi-tudinal que dans le sens transversal par rapport au sens d'orien-tation des fibrilles.
Lorsque le produit a ete melange a chaud, comme indique ci-dessus, pour obtenir une fibrillation in situ des ,...................... ~ .
~ ~ - 3 --105~ 4 particules de polymère, il est essentiel de traiter immédiate-ment le produit pour conserver cet état fibrillé du polymere.
En effet, on a o~serve que si l'on ne prend aucune précaution particulière, les fibrilles de polymere du melange tendent a se contracter par suite des forces visco-élastiques induites et a se transformer en particules non ou peu allongees.
~ n moyen de traitement pour maintenir dans le pro-duit les particules de polymere a l'etat de fibrilles allongees consiste à
lOSZ964 refroidir le mélange jusqu'à une température inférieure à la température de fusion du polymère, tout en le maintenant sous tension pour l'empêcher de se contracter.
On suppose que ce refroidissement sous tension du mélange contribue fortement ~ fixer les particules de polymère étirées en fibrilles qui, ensuite, ne peuvent plus se contrac-ter élastiquement au sein du mélange. Lorsque le mélange a été travaillé sur un mélangeur à cylindres, dans une boudineuse ou une calandre ou tout autre appareil provoquant l'orienta-tion préférentielle des fibrilles, le refroidissement desfeuilles ou des bandes sous tension permet d'obtenir des produits à haute résistance dans le sens longitudinal et à
rapport d'anisotropie très élevée.
Des exemples de réalisation de produits conformes à ~ -l'invention sont décrits ci-après. Dans ces exemples, les parties sont exprimées en poids. ~-Exemple 1 ~
On prépare deux compositions à base de chlorure de polyvinyle, l'une A servant de tér,noin, l'autre B comprenant une polyoléfine de renforcement, en l'occurence un polyéthylène cristallin à haute densité et à très haute masse moléculaire (poids moléculaire moyen de 1.000.000 mesuré par viscosimétrie) se présentant sous la forme d'une poudre fine ayant une granulo-métrie moyenne de l'ordre de 100 microns et un point de fusion de 138C.
' _ B
PVC en poudre 48 48 Tricrésylphosphate ~ 15 15 ( plastifiant Dioctylphtalate ) 15 15 Stéarate de plomb ) antioxydant 2 2 Polyéthylène 0 24 On réalise d'abord à froid le mélange des produits en ~ - 4 -..
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poudre ~PVC, stéarate et éventuellement polyéthylène) et des plastifiants à l'aide d'un malaxeur. Ce mélange est mis sur u]- melan~eur ~ cylindres chauffe à 152~C et on malaxe pendant 4 minutes. Le mélange est ensuite extrait du mélangeur SO'lS
la forme de feuilles minces qui sont refroidies sous tension pour les empêcher de se contracter longitudinalement. Les produits obtenus présentent les propriétés suivantes :
`-" 105Z964 .
(A (témoin! B
( sens sens sens sens ( longit.transv. longit. transv.
( Module de traction a 20% d'allongement 37 35 50 3 ( (kg/cm2) ( ~sistance rupture 152 153 426 75 (kg/cm2) ( Allongement 155 160 6,4 ( rupture %
lo ~ 3 On voit que, par comparaison au produit temoin A, le produit B presente des proprietés de traction nettement differenciees dans le sens longitudinal et dans le senstransversal,la resistance dans le sens longitudinal etant tres nettement augmentee. Le - -produit B presente cependant un aspect homogene translucide et un etat de surface comparable à ceux du produit A mais on peut avoir au microscope que le polyethylène est reduit à l'etat de fibrilles allongees quelque peu enchevêtrees, quoique ayant une orientation generale dominante. Ce reseau de fibrilles et leur orientation ex-pliquent la resistance accrue du produit dans le sens longitudinal.
La perte de resistance dans le sens transversal, qui corrobore aussi l'orientation des fibrilles, peut etre palliee en superposant des feuilles semblables de telle fac,on que le sens d'orientation des fibrilles soit croise d'une feuille a l'autre.
Exemple 2:
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On prepare un melange à base de copolymère ethylène acetate de vinyle à 9% d'acetate de vinyle (resine Alathon E.VA 3120 marque de commerce de la societe Du Pont de Nemours) et de polyethy-lène à haute masse moleculaire comme celui de l'exemple 1, de composition :
- resine E.VA 3120 lQ0 - polyethylène 30 L'incorporation de la poudre de polyethylene est faite à 120C sur un melangeur à cylindres. La temperature des cylindres -A ~ 5 -est ensuite montée à 150C et l'on travaille le mélange pendant 10 minutes pour le malaxer et opérer la fibrillation du polym~re.
Le mélange est ensuite extrait sous la forme d'une feuille mince de 0,2 mm d'épaisseur que l'on refroidit sous tension pour l'empêcher de se contracter.
:~ - 5a -Le produit obtenu présente les propriétés suivantes : ~ -sens ~ sens lonaitudinalj transversal ! à 1 % 420 _ Module de d'allongement fkg/cm2d'allongemént 86 Résistance rupture - kg/cm2 960 103 .
Allongement rupture - % 135 Les même produit est ensuite recuit pendant 1 heure à 140C de manière à améliorer la structure cristalline du ~:
polymère étiré sous forme de fibrilles. Il présente alors les propriétés suivantes : :
sens j sens , longitudinall transversal Module de à 1 /0 480 - kg/cm2 à 20 % _ 99 d'allongement Résistance rupture - kg/cm2 350 ~ 162 ~- -Allongement rupture - % 4,1 140 A titre de comparaison, le copolymère E.VA pur moulé en plaque possède les propriétés suivantes (matériau isotrope) :
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Module de traction Résistance rupture Allongement ruptur~
à 20% d'allongement kg/cm2 %
kg/cm2 _. _ : 76 201 545 ~ .
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~ lOSZ964 Exemple 3:
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Comme dans l'exemple précédent, on réalise un mélange à
base de copolymère éthylene acetate de vinyle contenant cette fois-ci 18% d'acétate de vinyle (résine Alathon E.VA 3170 marque de commerce de la société Du Pont de Nemours) et de poly~thylene a hautc massc mol~culairc ~e com~osition suiv.~nte:
- résine E.VA 3170 100 - polyéthylene 30 L'incorporation de la poudre de polyethylene est faite a 120C sur mélangeur ouvert a cylindres. La temperature des cylindres du melangeur est ensuite montee à 148 pour l'operation de malaxage qui dure 28 minutes, et a l'issue de laquelle on tire une feuille refroidie sous tension d'epaisseur 0,2 mm.
Les proprietes du produit sont les suivantes: -( sens sens ( a 1% longitudinal transversal ( Module ded'allongement 264 ( traction ( kg/cm2 a 20%
( d'allongement _ 56 . ) ~
20, (Resistance rupture - Kg/cm2 712 100 ) -(Allongement rupture - % 3,6 245 A titre de comparaison le copolymere E.VA moule en plaque presente les proprietés suivantes:
( Module de traction Résistance rupture Allongement rupture ) ( à 20% d'allongement kg/cm2 %
( Kg/cm2 41 197 736 ~) ( On voit encore que le produit obtenu selon l'invention présente une forte tenacite dans le sens longitudinal d'orientation des fibrilles du polymere.
Exemple 4:
On realise une composition plastique renforcee avec du ~, - 7 -lOSZ964 polyéthylène à haut poids moléculaire comme celui de l'exemple 1 et dont la matrice est constituée de polyéthylène basse densité (Lacqtène 1020 de la société ATO Plastiques), avec les proportions suivantes :
- lacqtène 1020 95 - EPR 8.591 5 - polyéthylène 30 - altofaxe BB 123 (antioxydant) L'incorporation du polyéthylène en poudre est faite sur un mélangeur à cylindres à la température de 120C. On malaxe ensuite pendant 12 minutes à 153C et l'on extrait une feuille mince refroidie sous tension.
Les propriétés du produit sont les suivantes :
sens sens -longitudinaltransversal , Module de traction à
1 % d'allongement522 55 kg/cm2 ~ .
Résistance rupture1.326 95 kg/cm2 Allongement rupture 2,7 30 Comparativement, les propriétés correspondantes du . - --polyéthylène basse densité moulé sont les suivantes :
..
Module de traction Résistance rupture Allongement rupture à % d'allongement kg/cm2 %
kq/cm2 _ 102 164 450 : :
_ Les quelques exemples précédents illustrent les possi-bilités et les ressources procurées par l'invention dans le domaine du renforcement des matières plastiques. L'invention ~ .
n'est évidemment pas limitée à ces quelques exemples de réalisa-tion à partir desquels Ln peut envisager d'autres applications.
- .
On comprendra aussi que l'on peut ajouter à ces matières plastiques d'autres ingrédients usuels tels que des charges ou des colorants.
Claims (4)
1. Matière flexible anisotrope ayant dans le sens lon-gitudinal une résistance à la rupture supérieure à 400 kg/cm2et un allongement à la rupture de moins de 10% et un module de trac-tion d'au moins 8 fois supérieur au module de traction dans les autres sens transversaux perpendiculaires au sens longitudinal;
ladite matière flexible comprenant une matrice en matière thermo-plastique et au moins 5% en poids d'un polymère renforçant non-miscible avec ladite matrice, ledit polymère consistant en un po-lyéthylène cristallin ayant un poids moléculaire d'au moins 500, 000 et étant sous la forme de fibrilles allongées ayant un diamè-tre inférieur à 5 microns, une longueur supérieure à 2mm. et une orientation dominante dans le sens longitudinal; ladite matière thermoplastique de la matrice ayant une température de ramollis-sement inférieure au point de fusion du polyéthylène renforçant et étant choisie dans le groupe constitué par le chlorure de polyvi-nyle, le polyéthylène ayant un faible poids moléculaire, les copo-lymères éthylène et acétate de vinyle ou chlorure de vinyle.
ladite matière flexible comprenant une matrice en matière thermo-plastique et au moins 5% en poids d'un polymère renforçant non-miscible avec ladite matrice, ledit polymère consistant en un po-lyéthylène cristallin ayant un poids moléculaire d'au moins 500, 000 et étant sous la forme de fibrilles allongées ayant un diamè-tre inférieur à 5 microns, une longueur supérieure à 2mm. et une orientation dominante dans le sens longitudinal; ladite matière thermoplastique de la matrice ayant une température de ramollis-sement inférieure au point de fusion du polyéthylène renforçant et étant choisie dans le groupe constitué par le chlorure de polyvi-nyle, le polyéthylène ayant un faible poids moléculaire, les copo-lymères éthylène et acétate de vinyle ou chlorure de vinyle.
2. Matière plastique renforcée selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit polymère renforçant est compris entre 10 et 50% en poids de la matière thermoplastique formant la matrice.
3. Matière plastique renforcée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibrilles allongées ont un diamètre de l'ordre d'un micron et une longueur de l'ordre de 2 à 20mm.
4. Matière plastique renforcée selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite matière plastique a un rapport anisotrope compris entre les modules de traction à 1% d'allonge-ment dans le sens longitudinal et transversal et qui se situe entre 8:1 et 75:1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA198,988A CA1052964A (fr) | 1974-05-02 | 1974-05-02 | Matiere plastique renforcee et son procede de fabrication_ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA198,988A CA1052964A (fr) | 1974-05-02 | 1974-05-02 | Matiere plastique renforcee et son procede de fabrication_ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1052964A true CA1052964A (fr) | 1979-04-24 |
Family
ID=4099904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA198,988A Expired CA1052964A (fr) | 1974-05-02 | 1974-05-02 | Matiere plastique renforcee et son procede de fabrication_ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1052964A (fr) |
-
1974
- 1974-05-02 CA CA198,988A patent/CA1052964A/fr not_active Expired
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