Feuille en matière plastique renforcée, et procédé pour sa fabrication.
La présente invention se rapporte à une feuille de matière plastique synthétique ou naturelle, renforcée, pouvant être utilisée en particulier pour la préparation de matières plastiques du type stratifié ou feuilletée, c'est-à-dire constitué par la superposition et la réunion de feuilles ou plaques armées ou renforcées par une matière fibreuse. Ces matières plastiques armées sont généralement employées dans les appareils électriques, les éléments de décoration et de construction, et servent à de nombreuses autres applications.
Dans le présent cas, le terme matières plastiques englobe les composés organiques thermodurcissables et thermoplastiques tels que les résines de phénol-formaldéhyde, d'uréeformaldéhyde, les acétals de vinyle et d'autres produits de condensation, les résines acryliques, les résines de mélamine et d'autres produits de polymérisation ; les résines d'esters vinyliques, les résines de chlorure de vinylidène, les résines de styrolène, l'acétate de cellulose, le nitrate de cellulose, ete., ainsi que les résines naturelles et les résines de siloxanes.
Depuis plusieurs années, on utilise un type de produits en matière plastique, armés au moyen de tissu, qui comporte des tissus en fibres de verre combinés avec une matière résineuse naturelle ou synthétique. La combinaison de matières résineuses avec des tissus en fibres de verre a permis l'obtention de produits stratifiés en matière plastique d'une plus grande résistance et durée, ces qualités étant dues principalement à la grande résistance des fibres de verre, à leur stabilité au point de vue chimique et à leur résistance à la chaleur et à l'humidité.
Cependant, lorsqu'un produit en matière plastique est composé de plusieurs couches de tissus de verre imprégnées par la résine, et comprimé et traité de la manière ordinaire, il peut arriver que, par suite de la compression, certaines fibres de fils entrecroisés se sectionnent réciproquement et réduisent ainsi la résistance du produit obtenu. Un autre inconvénient, propre non seulement aux produits en matière plastique contenant des tissus en fibres de verre, mais également à ceux contenant des tissus en fibres organiques naturelles ou synthétiques, provient de ce que les fils sont entrecroisés avec d'autres fils et se présentent donc sous une forme ondulée et non pas rectiligne.
Lorsque ces tissus sont incorporés à une matière plastique, la résistance à la traction du produit n'est pas parfaite étant donné que, sous l'action d'une tension, les fils ont alors tendance à se redresser avant d'absorber l'effort appliqué au produit.
En conséquence, la matière plastique peut se rompre avant qu'un effort important soit appliqué aux fils.
Les tissus limitent également la densité maximum de l'armature ou des fibres de renforcement ; étant donné la forme entrelacée de l'armature, la densité de la matière fibreuse est limitée par le serrage admissible au cours du tissage, et par le degré de torsion et la grosseur des fils formant le tissu. De plus, les tissus en fils composés de fibres tordues ensemble sont difficiles à bien imprégner avec la ré. sine, étant donné que la résine ne pénètre que très lentement dans les interstices entre les fibres des fils surtout lorsqu'il s'agit de solutions résineuses relativement visqueuses.
Dans la feuille en résine renforcée de fibres de verre, selon la présente invention, et qui est destinée notamment à la fabrication de produits stratifiés, les fibres sont disposées au moins à peu près parallèlement, s'éten- dant dans une seule direction et étant pour leur majeure partie au moins en contact laté- ral pratiquement immédiat, et la matière plastique est répartie sensiblement uniformément dans toute la feuille, remplissant, pratiquement tous les interstices entre les fibres et agglomérant ces fibres en une pièce pouvant être transportée et manipulée.
Dans un tel produit, la matière fibreuse est disposée de telle manière qu'elle absorbe les efforts auxquels est exposé le produit, sans qu'il en résulte un allongement ou une autre déformation de cette matière fibreuse.
D'autre part, la présente invention permet de réaliser une densité de matière fibreuse de renforcement supérieure à celle qui a été réalisée jusqu'à présent et, par suite, d'augmenter la résistance du produit renforcé.
Il est possible ainsi de réaliser des produits en matières plastiques comprenant des almatu- res en fibres de verre qui ne présentent aucun entrecroisement susceptible d'entraîner l'écra- sement ou la rupture des fibres lorsque le produit est traité sous pression.
Un intérêt essentiel de l'invention réside par ailleurs dans le fait que les armatures de fibres de verre, telles qu'elles sont décrites plus haut, sont beaucoup plus faciles à confectionner que les tissus, de sorte que le prix de revient des produits conformes à l'invention est réduit dans une large mesure.
Il convient enfin de noter que des armatures en fibres de verre telles que définies cidessus peuvent être facilement appliquées sur des surfaces de conformation quelconque, pour l'obtention de produits de forme incur- vée ou compliquée.
Des feuilles conformes à l'invention peuvent être, avec ou sans imprégnation d'un produit résineux complémentaire, superposées en vue de l'obtention d'une pièce ayant l'épaisseur désirée. Cette pièce peut être ensuite comprimée, tandis que la matière d'imprégnation est traitée et durcie en vue de l'obtention d'un produit stratifié en matière plastique dur et d'une seule pièce.
L'invention comprend aussi un procédé pour la production des feuilles décrites cidessus.
Des modes de mise en oeuvre de ce procédé sont indiqués, à titre d'exemple, sur le dessin annexé, sur lequel :
La fig. 1 est une vue schématique en élévation latérale d'un appareil par lequel des filaments sensiblement continus de verre sont disposés pour former un voile à fibres de verre parallèles.
La fig. 2 est une vue schématique en élévation de face d'une partie de 1'appareil représenté à la fig. 1
La fig. 3 est une vue en perspective schématique très agrandie du voile obtenu comme représenté sur les fig. 1 et 2.
La fig. 4 est une vue schématique en élé- vation latérale d'un appareil pour la fabrica- tion d'un voile d'un genre légèrement diffé- rent.
La fig. 5 est une vue schématique en plan de cet appareil.
La fig. 6 est une vue en perspectivesché- matique, très agrandie, du voile obtenu aux fig. 4 et 5.
La fig. 7 est une vue schématique en élévation d'un autre appareil pour la fabrication cl'un voile tel que représenté à la fig. 3. on à la fig. 6.
La fig. 8 est une vue en perspective schématique très agrandie, d'un produit stratifié en matière plastique, tel qu'il peut être préparé avee des feuilles conformes à la présente invention.
Dans l'exemple des fig. 1 et 2, on emploie des moyens du type habituel pour obtenir l'écoulement d'un certain nombre de filets, très rapprochés les uns des autres, de verre fondu. Ces moyens se présentent sous la forme d'une 1ilière] 9 de eonstruetion usuelle. Le fond de cette filière présente un certain nombre de petits orifices à travers lesquels on fait couler du verre fondu. Au-dessous de la filière est prévu un tambour 14 qui, en tournant, exerce des efforts de traction sur les filets de verre, en vue de les étirer sous] a forme de filaments ou fibres pratiquement continus.
Au cours de l'étirage, les filaments ou fibres 16 sont de préférence réunis en un ruban 17 à l'aide d'un guide-fil 18, pour être ensuite enroulés sur le pourtour du tambour en spires serrées et parallèles pour former une nappe 20. Un deuxième guide-fil 19 peut éventuellement être prévu à proximité du tambour. De préférence, on produit un déplacement relatif entre le tambour et la filière, dans une direetion parallèle àl'axe de rotation du tambour, pour répartir les fibres sur une grande surface du tambour. Ce déplacement relatif peut être obtenu par le déplacement du tambour lui-même dans la direction de son axe de rotation.
Le déplacement peut être effectué sue cessivement dans des directions opposées pour la formation de plusieurs couches de fibres de verre sur le tambour, en vue d'augmenter l'épaisseur du voile ou nappe de fibres sur ce tambour. Dans ce cas, le déplacement axial du tambour doit avoir lieu très lentement, de façon que les fibres des différentes couches soient toujours pratiquement parallèles et qu'elles ne se croisent pas comme ce serait le cas avec un déplacement axial relativement rapide.
Dans un autre mode de mise en oeuvre, les fibres, au fur et à mesure qu'elles sont enrou- lées sur le tambour, peuvent être déplacées le long du tambour par un déplacement de la filière dans un sens et dans l'autre et parallèlement à l'axe du tambour, ou à l'aide d'un dispositif de déplacement ou d'encroisure tel qu'il est utilisé en filature. A titre d'exemple, le guide-fil 19 peut être animé d'un mouvement de va-et-vient le long du tambour. On peut également employer d'autres dispositifs permettant d'obtenir sur le tambour une nappe de fibres sensiblement parallèles.
Au cours de la formation de la nappe sur le tambour, ou après l'achèvement de cette nappe, on peut appliquer sur l'assemblage de fibres un adhésif, afin de les faire adhérer les unes aux autres. De préférence, l'adhésif est constitué par une résine devant être utilisée dans la confection du produit stratifié en matière plastique. Il est fréquemment son- haitable d'appliquer à la masse de fibres une quantité de eette résine suffisante pour constituer la totalité de la masse plastique nécessaire à la confection de la feuille en matière plastique. Si elle est thermodurcissable, la résine doit être condensée ou polymérisée presque jusqu'au point de condensation ou de po lymérisation complète, pour être suffisam- ment visqueuse ou collante, afin de maintenir les fils assemblés.
Au besoin, la résine partiellement traitée, c'est-à-dire à l'état de polymérisation ou condensation non complète, peut être combinée avec un solvant, afin qu'elle ait la consistance appropriée pour être pulvérisée ou appliquée de toute autre manière, par exemple à l'aide de brosses. Le solvant est ensuite évaporé dans la masse, de facon que les fibres soient collées les unes aux autres. Une quantité suffisante de résine est utilisée pour remplir sensiblement tous les interstices entre les fibres et pour former une masse continue.
Cette manière de procéder est généralement applicable lorsque la résine thermodur eissable partiellement traitée est suffisamment collante pour réunir les fibres en une masse monobloc. Lorsque ce n'est pas le cas, la masse de fibres imprégnée peut être chauffée pendant une durée suffisante pour amener la résine à un état dans lequel elle présente des propriétés d'adhérence suffisantes pour faire coller les fibres les unes aux autres.
Dans le cas de l'emploi de résines thermoplastiques, la résine à combiner avec les fibres de verre est de préférence dissoute dans un solvant approprié et diluée à la consistance permettant l'application facile par pulvérisation ou à la brosse de la dissolution de résine sur la nappe de fibres formée sur le tambour.
Après évaporation du solvant, les fibres sont assemblées par la résine répartie sous la forme d'une masse continue à travers la masse de fibres.
Cette masse de fibres est ensuite sectionnée sur le tambour suivant une ligne s'étendant longitudinalement par rapport à ce dernier, de préférence suivant une génératrice, et la nappe de fibres est enlevée du tambour et dé- veloppée sous la forme d'une nappe plane.
Une nappe 21 obtenue de cette manière est indiquée sur la fig. 3. Toutes les fibres 16 sont orientées parallèlement suivant la longueur de la nappe et très serrées, de manière à être en contact par leur surface latérale sauf en ce qui concerne le revêtement superficiel de résine, celle-ci remplissant tous les interstices entre les fibres.
Ce mode de formation de la nappe de fibres et d'application simultanée de la résine sur les fibres présente l'avantage que la résine est uniformément répartie dans la nappe. Ceci élimine la difficulté à laquelle on se heurte fréquemment dans l'imprégnation des tissus actuellement en usage dans la production de produits stratifiés en matière plastique.
Avec ces tissus, il est nécessaire d'utiliser un vernis de viscosité appropriée pour assurer une pénétration uniforme de la matière plastique, en particulier de la résine, dans l'épaisseur de la toile. Avec certaines résines, la toile doit être trempée plusieurs fois dans une solution assez diluée de résine, afin d'obtenir une imprégnation de la toile avec une quantité de résine suffisante, tout en assurant la pénétration de la résine dans la toile et dans les fils.
Lors de l'emploi de résine, la quantité de celle-ci appliquée sur les fibres que porte le tambour peut être modifiée, mais il est préfé- rable d'en appliquer dès le début sur les fibres une quantité telle qu'il suffise d'ajouter une quantité très faible ou nulle de résine à la feuille finale. Cette application de toute la résine à la fois favorise une bonne imprégnation de la masse des fibres, en vue du remplissage de tous les interstices.
La quantité totale de la résine incorporée
à la masse des fibres de verre est de préfé-
rence non supérieure à celle nécessaire au remplissage complet de tous les interstices et au revêtement superficiel de tous les filaments. Bien entendu, on peut utiliser une
quantité supérieure de résine, mais ceci n'est généralement pas souhaitable, car la résistance mécanique de la feuille finale est d'autant plus grande que la densité des filaments est elle-même plus grande.
Grâce à la présente invention, on peut facilement obtenir des feuilles contenant 50 /o de verre, ce qui repré- sente une augmentation appréciable par rapport aux feuilles comportant des tissus, dans lesquelles les fils entrecroisés largement espaces empêchent l'obtention d'une disposition des fils permettant l'obtention d'une densité élevée.
Il est probable que le plus grand avantage du produit suivant la présente invention par rapport à ceux comprenant des tissus, réside dans le fait que la nappe de fibres parallèles, lorsqu'elle est imprégnée avec une résine thermodureissable partiellement traitée ou avec une résine thermoplastique en dissolution dans un solvant, peut être tendue ou allongée par étirage dans un sens transversal par rapport au sens des fibres. Contrairement à ce qu'on pourrait prévoir, la nappe de fibres parallèles ne se divise pas, mais les fibres glissent les unes sur les autres pour permettre une augmentation importante de la largeur de la nappe, avec une faible réduction de l'épaisseur.
Il en résulte que la nappe peut être tendue sur des formes incurvées et épouser des formes compiquées au cours d'une opération de moulage, à 1'encontre des toiles utilisées jusqu'à présent dans les feuilles en matière plastique.
Lorsqu'on emploie une résine d'imprégna- tion combinée avec un solvant approprié pour régler sa viscosité en vue de 1'application sur une nappe de fibres parallèles, l'évaporation du solvant peut empêcher l'allongement de la nappe. Mais cette propriété peut être rétablie au moment où on désire introduire la nappe dans un moule, ceci par mouillage avec un solvant approprié, une heure environ avant l'introduction.
Lorsqu'il s'agit de résine se pré sentant à l'état soluble dans]'eau, par exem- ple de résines partiellement traitées de phénolformaldéhyde ou d'urée-formaldéhyde, la faculte d'allongement de la nappe peut être gé- néralement maintenue par la conservation de cette nappe dans une atmosphère très humide ou, comme dans le cas précédent par un mouillage complet de la nappe peu avant son emploi dans une opération de moulage.
t'ne autre manière de confectionner une nappe en fibres de verre parallèles, destinée à être utilisée dans ! a fabrication de feuilles en matière plastique, est représentée sur les fig. 4 et 5 du dessin.
Elle consiste à faire couler un certain nombre de filets fins de verre fondu à partir d'un récipient approprié, par exemple une filière 26, présentant un certain nombre de petits orifices pratiqués dans le fond. Les filets de verre fondu passent dans la fente centrale d'un souffleur 27, et un jet gazeux sortant de ce souffleur vient frapper les filets et les étire sous la forme de fibres de grande finesse 28. Ces fibres sont transportées par le jet gazeux sur une surface col- lectrice, par exemple le pourtour perméable d'un tambour 29, sur lequel elles s'accumulent sous la forme d'un voile mince 31 en s'orientant au hasard, quoiqu'elles soient toutes disposées pratiquement parallèlement à la sur- face du tambour.
Le voile formé sur le tambour est ensuite entraîné dans la direction générale du mouvement de ce tambour, et à une vitesse par rapport à la vitesse de rotation du tambour qui est telle que le voile soit étiré sous la forme d'une mèche 32. Au cours de cet étirage, presque toutes les fibres du voile sont amenées à se disposer parallèlement les unes aux autres ; toutefois, quelques fibres et de nombreuses extrémités sont entrelacées avee les fibres orientées parallèlement et assurant le maintien de celles-ei sous la forme ne d'une mèche continue.
Quoique les fibres éti- rées par le jet de vapeur et projetées sur la surface du tambour soient sensiblement conti- nues, cette opération d'étirage en réduit un grand nombre en brins de plus faible lon tueur. Il en résulte une longueur moyenne des fibres d'environ] 50 à 300 mm.
La mèche étirée à partir du tambour 29 est enroulée sur un deuxième tambour 33 d'un diamètre relativement important, par exem- ple de 90 à 120 centimètres. Ce deuxième tambour peut effectuer l'opération d'étirage, mais on peut également prévoir un dispositif inter médiaire, par exemple des rouleaux coopérant les uns avee les antres, pour tirer la mèche hors du tambour 29 et l'amener au deuxième tambour. Un guide 34 ou un autre dispositif peut être prévu à proximité du deuxième tambour pour le guidage de la mèche vers ce deuxième tambour.
An fur et à mesure que la mèche est enroulée sur le deuxième tambour 33, eelui-ei est déplacé lentement dans la direction de son axe de rotation, de façon que les spires de la mèche 32 soient juxtaposées sur la surface du tambour pour former une nappe 36. La vitesse du déplacement axial peut être réglée pour que les spires du ruban se chevauchent légèrement, ou qu'elles soient légèrement espa eées. Le chevauchement des spires de la mè- elle est préféré lorsqu'on n'enronle qu'une ou deux couches sur le tambour. Au contraire, lorsqu'on désire enrouler plusieurs couches sur le tambour, les spires voisines peuvent se toncher ou même être légèrement espacées.
Dans ces deux derniers cas, les couches superposées de la mèche enroulée sur le tambour réunis- sent les spires en contact ou espacées des différentes couches.
La masse des fibres parallèles peut être agglomérée par une résine d'une manière similaire à celle qui a été décrite pour la formation d'une nappe de filaments parallèles continus, et tous les interstices entre les fibres sont remplis par la résine.
La nappe imprégnée est ensuite enlevée du tambour après avoir été sectionnée suivant une génératrice du tambour, puis déroulée et développée sous la forme d'une nappe plane 38. Cette nappe est représentée schématiquement sur la fig. 6 du dessin. Les mèches 32 des différentes couches de la nappe se ehevauchent légèrement, mais les mèches juxtapo- sées penvent se toucher ou être espacées dans les différentes couches, ainsi qu'il a été indi que précédemment. Ce que montre cette figure ne doit servir que d'exemple. Pratiquement, les mèches juxtaposées ont tendance à s'enche- vêtrer par suite de 1'entrelacement des fibres et on ne peut pas toujours les distinguer.
Comme dans le cas de nappes se composant de fibres de-verre continues, les nappes composées de mèches de fibres de verre disconti- nues contiennent la matière d'imprégnation uniformément répartie dans toute la masse, et presque toutes les fibres sont extérieurement revêtues d'une pellicule uniforme de cette matière.
Il existe une différence entre les nappes faites en fibres continues et les nappes en fibres discontinues. Les mèches composées de fibres discontinues sont duveteuses, par suite du plus grand nombre d'extrémités de fibres qui dépassent et ce duvet favorise l'assem- blage des mèches voisines de la nappe. Cette différence favorise l'emploi des fibres discontinues dans certains cas, quoique les nappes en fibres continues donnent généralement des produits stratifiés en matière plastiques d'une résistance plus grande.
Avec les deux appareils qui viennent d'être décrits, la longueur de la nappe en fibres parallèles est limitée par les dimensions du tambour sur lequel a lieu la formation de la nappe. Généralement, ceci ne constitue pas un inconvénient, étant donné qu'on emploie le plus souvent des pièces relativement petites.
Lorsqu'on désire obtenir des pièces plus grandes, on peut employer l'appareil repré- senté schematiquement sur la fig. 7 pour la formation de nappes avec des fibres parallèles continues ou avec des fibres discontinues.
Dans cet appareil, plusieurs rubans en fibres de verre continues ou mèches en fibres de verre discontinues sont enroulés sur un ensouple d'un genre usuel à l'aide d'un ourdissoir ordinaire. Le nombre des rubans ou mèches sur l'ensouple peut être choisi à vo- lonté en fonction de l'épaisseur que doit avoir la nappe finale, mais, de préférence, ce nombre est au moins suffisant pour que tous les rubans ou mèches se touchent.
Un ou plusieurs de ces ensouples 41 sont montés à rotation sur des supports 42 et les chaînes 43 en fibres parallèles sont déroulées, par exemple à l'aide de deux rouleaux d'en- traînement 44. An fur et à mesure-que les chaînes sont déroulées, elles sont combinées.
En sortant des rouleaux 44, les chaînes passent sur un eylindre 46 au moins partiellement immergé dans un bain 47 de résine à appliquer sur les fibres parallèles. Un ronleau d'essorage 48 coopère avee le cylindre pour éliminer l'excédent de résine dans les chaînes imprégnées. Les chaînes en fibres pa rallèles sont ensnite séehées d'nne manière appropriée. A cet effet, on les fait passer dans un sécheur à cylindres ou, de préférence, ainsi que le montre le dessin, en ligne droite a. travers une chambre de séchage 51.
Cette chambre comprend deux capots 52 contenant chacun un certain nombre de lampes 53 à rayons infra-rouges destinées à appliquer de la chaleur aux chaînes imprégnées en vue de leur séchage. Des rouleaux 54 peuvent être montés à l'intérieur de la chambre pour porter les chaînes. Des rouleaux d'entraînement 56 peuvent être prévus à l'extrémité de la chambre pour favoriser le déplacement des chaînes à travers cette chambre.
Après le séchage, la nappe imprégnée de résine et formée de fibres parallèles peut être enroulée pour la conservation et le transport.
On peut également la découper, par exemple à l'aide d'un eouteau à fonctionnement automatique 57, en feuilles plus petites qui peuvent être conservées ou transportées à plat.
Le découpage en feuilles plus petites permettant la manipulation de ces feuilles à plat est préféré lorsque le nombre des rubans par centimètre est élevé et qu'on obtient, par con séquent, une nappe plus épaisse rendant l'enroulement diffieile à moins que le rouleau ne présente un diamètre relativement important.
Le nombre des rubans et, par conséquent, le poids unitaire ainsi que l'épaisseur de la nappe peuvent être réduits pour faciliter le traitement, étant donné que deux on plusieurs nappes peuvent toujours être combinées pour l'obtention de 1'épaisseur désirée de la nappe finale.
Les rubans ou les mèches peuvent contenir chacun des centaines de fibres orientées parallèlement. Etant donné que les fibres formant les rubans ou les mèches ne sont pas tordues ensemble, ceux-ci se confondent dans la masse des fibres parallèles, de sorte que la définition rubans ou mèches par centimètre constitue pratiquement une mesure du nombre de fibres par centimètre de largeur de la nappe, basée sur le nombre de fibres des dif férents rubans ou mèches.
Les nappes en fibres continues parallèles ou composées de mèches parallèles de fibres discontinues peuvent être transportées et manipulées avant la transformation de ces nappes en feuilles en matière plastique, à peu près à la manière de tissus. Les nappes peuvent être découpées aux dimensions désirées et on peut appliquer une résine additionnelle par pulvérisation ou par trempage des nappes dans un bain de résine.
Les feuilles peuvent ensuite être utilisées de la manière ordinaire pour la confection de plaques s ou produits stratifiés en matière plastique. Deux ou plusieurs feuilles impré- gnées peuvent être empilées, l'empilage étant ensuite soumis à l'action de la pression et de la chaleur en vue de l'obtention d'un tel produit. I. es feuilles à fibres parallèles confor- mes à l'invention peuvent être superposées de telle manière que les fibres des différentes feuilles soient orientées dans des directions différentes, de sorte que les fibres s'étendent dans toutes les directions suivant lesquelles peuvent se présenter des efforts. Cet agencement des feuilles peut être tel qu'on obtienne une résistance très supérieure dans une direetion.
Par exemple lorsqu'il s'agit de fabriquer un élément qui doit pouvoir résister à un effort de traction important dans le sens de sa longueur, presque toutes les feuilles sont agencées avec leurs fibres orientées dans le sens de la longueur dudit élément. Aini, dans la fabrication de pales d'hélices aériennes, les feuilles conformes à la présente invention peuvent être disposées de façon que presque toutes les fibres soient orientées suivant la longueur de la pale étant donné que les efforts les plus importants se présentent dans cette direction. D'autres feuilles peuvent être ageneées de façon que leurs fibres soient orientées transversalement en vue d'assurer la résistance aux efforts de flexion et de torsion.
La fig. 8 du dessin montre une plaque stratifiée en matière plastique 61 composée de plusieurs feuilles 62 conformes à l'invention, à fibres de verre parallèles. Dans ce cas, les feuilles successives sont agencées avec leurs fibres orientées perpendiculairement les unes par rapport aux autres, de sorte que la plaque obtenue présente des résistances égales dans les deux directions principales parallèles aux deux faces.
REVENDICATIONS :
I. Feuille formée de matière plastique renforcée de fibres de verre, destinée notamment à la fabrication de produits stratifiés, earac térisée en ce que les fibres de verre sont disposées au moins à peu près parallèlement, s'étendent dans une seule direction et sont pour la majeure partie au moins en contact latéral pratiquement immédiat, la matière plastique étant répartie sensiblement uniformément dans toute la feuille, remplissant pra tiquement tous les interstices entre les fibres, et agglomérant ces fibres en une pièce pouvant être transportée et manipulée.
Reinforced plastic sheet, and method for its manufacture.
The present invention relates to a sheet of synthetic or natural plastic material, reinforced, which can be used in particular for the preparation of plastics of the laminated or laminated type, that is to say constituted by the superposition and the joining of sheets. or plates armed or reinforced with a fibrous material. These reinforced plastics are generally used in electrical appliances, decorative and building elements, and serve many other applications.
In this case, the term plastics encompasses thermosetting and thermoplastic organic compounds such as phenol-formaldehyde, ureaformaldehyde resins, vinyl acetals and other condensation products, acrylic resins, melamine resins and other polymerization products; vinyl ester resins, vinylidene chloride resins, styrene resins, cellulose acetate, cellulose nitrate, etc., as well as natural resins and siloxane resins.
For several years, a type of plastic product, reinforced with fabric, has been used which comprises glass fiber fabrics combined with a natural or synthetic resinous material. The combination of resinous materials with glass fiber fabrics has made it possible to obtain laminated plastic products of greater resistance and duration, these qualities being mainly due to the great resistance of the glass fibers, to their stability to water. chemical point of view and their resistance to heat and humidity.
However, when a plastic product is composed of several layers of glass fabrics impregnated with resin, and compressed and processed in the ordinary manner, it may happen that, as a result of the compression, some fibers of the crossed yarns become severed. vice versa and thus reduce the strength of the product obtained. Another drawback, specific not only to plastic products containing glass fiber fabrics, but also to those containing natural or synthetic organic fiber fabrics, is that the threads are interwoven with other threads and appear therefore in a wavy form and not a rectilinear one.
When these fabrics are incorporated into a plastic material, the tensile strength of the product is not perfect since, under the action of tension, the threads then tend to straighten out before absorbing the force. applied to the product.
As a result, the plastic material can rupture before a significant force is applied to the wires.
The fabrics also limit the maximum density of the reinforcement or reinforcing fibers; given the interwoven shape of the frame, the density of the fibrous material is limited by the tightness allowable during weaving, and by the degree of twist and the size of the threads forming the fabric. In addition, yarn fabrics composed of fibers twisted together are difficult to impregnate well with the d. sine, since the resin only penetrates very slowly into the interstices between the fibers of the yarns, especially in the case of relatively viscous resinous solutions.
In the resin sheet reinforced with glass fibers, according to the present invention, and which is intended in particular for the manufacture of laminated products, the fibers are arranged at least approximately parallel, extending in one direction and being for the most part at least in substantially immediate lateral contact, and the plastic material is distributed substantially evenly throughout the sheet, filling virtually all of the interstices between the fibers and bonding these fibers into one piece which can be transported and handled.
In such a product, the fibrous material is arranged in such a way that it absorbs the forces to which the product is exposed, without resulting in an elongation or another deformation of this fibrous material.
On the other hand, the present invention makes it possible to achieve a density of reinforcing fibrous material greater than that which has been achieved so far and, consequently, to increase the strength of the reinforced product.
It is thus possible to produce products from plastics comprising glass fiber almonds which do not exhibit any interlocking liable to cause the fibers to be crushed or broken when the product is treated under pressure.
An essential advantage of the invention also resides in the fact that the glass fiber reinforcements, as described above, are much easier to make than fabrics, so that the cost price of compliant products to the invention is reduced to a large extent.
Finally, it should be noted that glass fiber reinforcements as defined above can be easily applied to surfaces of any shape, to obtain products of curved or complicated shape.
Sheets in accordance with the invention can be, with or without impregnation of a complementary resinous product, superimposed with a view to obtaining a part having the desired thickness. This part can then be compressed, while the impregnation material is processed and cured to obtain a hard, one-piece plastic laminate product.
The invention also includes a process for the production of the sheets described above.
Embodiments of this method are indicated, by way of example, in the appended drawing, in which:
Fig. 1 is a schematic side elevational view of an apparatus by which substantially continuous filaments of glass are arranged to form a web of parallel glass fibers.
Fig. 2 is a schematic front elevational view of part of the apparatus shown in FIG. 1
Fig. 3 is a greatly enlarged schematic perspective view of the web obtained as shown in FIGS. 1 and 2.
Fig. 4 is a schematic side elevational view of an apparatus for making a veil of a slightly different kind.
Fig. 5 is a schematic plan view of this apparatus.
Fig. 6 is a schematic perspective view, greatly enlarged, of the web obtained in FIGS. 4 and 5.
Fig. 7 is a schematic elevational view of another apparatus for the manufacture of a veil as shown in FIG. 3. one in fig. 6.
Fig. 8 is a greatly enlarged, schematic perspective view of a plastic laminate product as may be prepared with sheets in accordance with the present invention.
In the example of fig. 1 and 2, means of the usual type are used to obtain the flow of a certain number of streams, very close to each other, of molten glass. These means are in the form of a 1ilière] 9 of usual eonstruetion. The bottom of this die has a number of small holes through which molten glass is poured. Below the spinneret is provided a drum 14 which, by rotating, exerts tensile forces on the glass fillets, with a view to drawing them in the form of substantially continuous filaments or fibers.
During drawing, the filaments or fibers 16 are preferably united into a tape 17 using a yarn guide 18, to then be wound around the periphery of the drum in tight and parallel turns to form a web. 20. A second thread guide 19 may optionally be provided near the drum. Preferably, a relative movement is produced between the drum and the die, in a direction parallel to the axis of rotation of the drum, to distribute the fibers over a large area of the drum. This relative displacement can be obtained by the displacement of the drum itself in the direction of its axis of rotation.
The movement can be effected successively in opposite directions for the formation of several layers of glass fibers on the drum, with a view to increasing the thickness of the web or sheet of fibers on this drum. In this case, the axial displacement of the drum must take place very slowly, so that the fibers of the different layers are always practically parallel and that they do not cross each other as would be the case with a relatively rapid axial displacement.
In another embodiment, the fibers, as they are wound on the drum, can be moved along the drum by moving the die back and forth and parallel to the axis of the drum, or with the aid of a displacement or crimping device such as is used in spinning. By way of example, the thread guide 19 can be driven by a reciprocating movement along the drum. It is also possible to use other devices making it possible to obtain on the drum a sheet of substantially parallel fibers.
During the formation of the web on the drum, or after completion of this web, an adhesive can be applied to the assembly of fibers, in order to make them adhere to each other. Preferably, the adhesive consists of a resin to be used in the manufacture of the plastic laminate product. It is frequently desirable to apply to the mass of fibers a quantity of this resin sufficient to constitute all of the plastic mass necessary for the manufacture of the plastic sheet. If it is thermosetting, the resin must be condensed or polymerized almost to the point of condensation or complete polymerization, to be sufficiently viscous or tacky, in order to hold the strands together.
If necessary, the partially treated resin, that is to say in the state of polymerization or incomplete condensation, can be combined with a solvent, so that it has the appropriate consistency to be sprayed or applied in any other way. , for example using brushes. The solvent is then evaporated in the mass, so that the fibers are stuck to each other. A sufficient amount of resin is used to fill substantially all of the interstices between the fibers and to form a continuous mass.
This procedure is generally applicable when the partially treated thermosetting resin is sufficiently tacky to unite the fibers into a single mass. When this is not the case, the mass of impregnated fibers can be heated for a sufficient time to bring the resin to a state in which it exhibits sufficient adhesion properties to make the fibers stick to each other.
In the case of the use of thermoplastic resins, the resin to be combined with the glass fibers is preferably dissolved in a suitable solvent and diluted to a consistency allowing easy application by spraying or brushing of the resin dissolution on. the web of fibers formed on the drum.
After evaporation of the solvent, the fibers are assembled by the resin distributed in the form of a continuous mass through the mass of fibers.
This mass of fibers is then sectioned on the drum along a line extending longitudinally with respect to the latter, preferably along a generatrix, and the web of fibers is removed from the drum and developed in the form of a flat web. .
A web 21 obtained in this way is shown in FIG. 3. All the fibers 16 are oriented parallel along the length of the web and very tight, so as to be in contact by their lateral surface except as regards the surface coating of resin, the latter filling all the interstices between the fibers. .
This method of forming the web of fibers and simultaneous application of the resin to the fibers has the advantage that the resin is uniformly distributed in the web. This eliminates the difficulty frequently encountered in the impregnation of fabrics currently in use in the production of plastic laminate products.
With these fabrics, it is necessary to use a varnish of suitable viscosity to ensure uniform penetration of the plastic material, in particular the resin, into the thickness of the fabric. With some resins, the canvas must be soaked several times in a fairly dilute resin solution, in order to obtain an impregnation of the canvas with a sufficient quantity of resin, while ensuring the penetration of the resin into the canvas and into the threads. .
When using resin, the amount of resin applied to the fibers carried by the drum can be varied, but it is preferable to apply it to the fibers from the start in such an amount as to suffice. 'add very little or no resin to the final sheet. This application of all the resin at the same time promotes good impregnation of the mass of the fibers, with a view to filling all the interstices.
The total amount of resin incorporated
to the mass of the glass fibers is preferably
not greater than that necessary for the complete filling of all the interstices and the surface coating of all the filaments. Of course, one can use a
greater amount of resin, but this is generally not desirable, since the mechanical strength of the final sheet is greater the greater the density of the filaments itself.
By means of the present invention, sheets containing 50% glass can easily be obtained, which represents an appreciable increase over sheets comprising fabrics, in which the widely spaced threads crisscross prevent the achievement of an arrangement. yarns making it possible to obtain a high density.
It is probable that the greatest advantage of the product according to the present invention over those comprising fabrics, resides in the fact that the web of parallel fibers, when impregnated with a partially treated thermosetting resin or with a thermoplastic resin in dissolving in a solvent, can be stretched or stretched in a direction transverse to the direction of the fibers. Contrary to what might be expected, the web of parallel fibers does not divide, but the fibers slide over each other to allow a significant increase in the width of the web, with a slight reduction in thickness.
As a result, the web can be stretched over curved shapes and conform to complicated shapes during a molding operation, unlike the webs heretofore used in plastic sheets.
When employing an impregnating resin combined with a suitable solvent to control its viscosity for application to a web of parallel fibers, evaporation of the solvent may prevent elongation of the web. However, this property can be restored when it is desired to introduce the web into a mold, this by wetting with an appropriate solvent, approximately one hour before the introduction.
In the case of a resin which is in a water-soluble state, for example partially processed resins of phenolformaldehyde or urea-formaldehyde, the ability to extend the web can be general. Generally maintained by keeping this web in a very humid atmosphere or, as in the previous case by complete wetting of the web shortly before its use in a molding operation.
Another way to make a sheet of parallel glass fibers, intended to be used in! The manufacture of plastic sheets is shown in FIGS. 4 and 5 of the drawing.
It consists in making a certain number of fine streams of molten glass flow from a suitable container, for example a die 26, having a certain number of small orifices made in the bottom. The molten glass strands pass through the central slot of a blower 27, and a gas jet coming out of this blower strikes the strands and stretches them in the form of fibers of great fineness 28. These fibers are transported by the gas jet on a collecting surface, for example the permeable periphery of a drum 29, on which they accumulate in the form of a thin veil 31, orienting themselves at random, although they are all arranged practically parallel to the surface. - face of the drum.
The web formed on the drum is then driven in the general direction of movement of that drum, and at a speed relative to the rotational speed of the drum which is such that the web is stretched in the form of a wick 32. Au during this stretching, almost all the fibers of the veil are brought to lie parallel to each other; however, a few fibers and many ends are interwoven with the fibers oriented parallel and maintaining the latter as a continuous strand.
Although the fibers drawn by the steam jet and projected onto the surface of the drum are substantially continuous, this stretching operation reduces a large number of them to smaller strands. This results in an average fiber length of about 50 to 300 mm.
The wick drawn from drum 29 is wound onto a second drum 33 of relatively large diameter, for example 90 to 120 centimeters. This second drum can perform the stretching operation, but it is also possible to provide an intermediate device, for example rollers cooperating with one another, to pull the wick out of the drum 29 and bring it to the second drum. A guide 34 or another device may be provided near the second drum for guiding the wick towards this second drum.
As the bit is wound on the second drum 33, it is moved slowly in the direction of its axis of rotation, so that the turns of the bit 32 are juxtaposed on the surface of the drum to form a web 36. The speed of the axial displacement can be adjusted so that the turns of the tape overlap slightly, or that they are slightly spaced. The overlapping of the turns of the wire is preferred when only one or two layers are wrapped on the drum. On the contrary, when it is desired to wind several layers on the drum, the neighboring turns can be tapered or even be slightly spaced.
In these last two cases, the superimposed layers of the wick wound on the drum bring together the turns in contact or spaced apart from the different layers.
The mass of parallel fibers can be resin agglomerated in a manner similar to that which has been described for forming a web of continuous parallel filaments, and all interstices between the fibers are filled with resin.
The impregnated web is then removed from the drum after having been cut along a generatrix of the drum, then unwound and developed in the form of a flat web 38. This web is shown schematically in FIG. 6 of the drawing. The wicks 32 of the different layers of the web overlap slightly, but the juxtaposed wicks can touch each other or be spaced in the different layers, as has been indicated previously. What this figure shows should only serve as an example. In practice, juxtaposed strands have a tendency to entangle due to the interlacing of the fibers and cannot always be distinguished.
As in the case of webs consisting of continuous glass fibers, webs composed of single stranded glass fibers contain the impregnating material evenly distributed throughout the mass, and nearly all of the fibers are externally coated with. a uniform film of this material.
There is a difference between webs made of continuous fibers and webs of staple fibers. The rovings composed of staple fibers are fluffy, owing to the greater number of fiber ends which protrude, and this down favors the assembly of the rovings adjacent to the web. This difference favors the use of staple fibers in some instances, although webs of continuous fibers generally result in plastic laminate products of greater strength.
With the two devices which have just been described, the length of the sheet of parallel fibers is limited by the dimensions of the drum on which the formation of the sheet takes place. Generally, this is not a disadvantage, since relatively small parts are most often used.
When it is desired to obtain larger parts, the apparatus shown schematically in FIG. 7 for forming webs with continuous parallel fibers or with staple fibers.
In this apparatus, several ribbons of continuous glass fibers or rovings of staple glass fibers are wound on a beam of a conventional type using an ordinary warping machine. The number of ribbons or wicks on the beam can be chosen as desired as a function of the thickness that the final web must have, but, preferably, this number is at least sufficient so that all the ribbons or wicks touch each other. .
One or more of these beams 41 are rotatably mounted on supports 42 and the chains 43 of parallel fibers are unwound, for example using two drive rollers 44. As the chains are unrolled, they are combined.
On leaving the rollers 44, the chains pass over an eylinder 46 at least partially immersed in a bath 47 of resin to be applied to the parallel fibers. A wringing roll 48 cooperates with the cylinder to remove excess resin in the impregnated chains. The parallel fiber chains are suitably dried. For this purpose, they are passed through a roller dryer or, preferably, as shown in the drawing, in a straight line a. through a drying chamber 51.
This chamber comprises two hoods 52 each containing a number of infrared ray lamps 53 intended to apply heat to the impregnated chains with a view to their drying. Rollers 54 can be mounted inside the chamber to carry the chains. Drive rollers 56 may be provided at the end of the chamber to promote movement of the chains through this chamber.
After drying, the resin-impregnated web of parallel fibers can be rolled up for storage and transport.
It can also be cut, for example using an automatically operating knife 57, into smaller sheets which can be stored or transported flat.
Cutting into smaller sheets allowing these sheets to be handled flat is preferred when the number of tapes per centimeter is high and, consequently, a thicker web is obtained making it difficult to wind up unless the roll is rolled up. has a relatively large diameter.
The number of ribbons and therefore the unit weight as well as the thickness of the web can be reduced to facilitate processing, since two or more webs can still be combined to achieve the desired thickness of the web. final tablecloth.
The ribbons or wicks can each contain hundreds of fibers oriented in parallel. Since the fibers forming the ribbons or wicks are not twisted together, these merge into the mass of parallel fibers, so that the definition ribbons or rovings per centimeter is practically a measure of the number of fibers per centimeter of web width, based on the number of fibers in the different ribbons or wicks.
Webs of parallel continuous fibers or composed of parallel strands of staple fibers can be transported and handled before the transformation of these webs into plastic sheets, in much the manner of fabrics. The webs can be cut to desired dimensions and additional resin can be applied by spraying or by dipping the webs in a resin bath.
The sheets can then be used in the ordinary manner for making plastic sheets or laminates. Two or more impregnated sheets can be stacked, the stack then being subjected to the action of pressure and heat in order to obtain such a product. I. The sheets with parallel fibers according to the invention can be superimposed in such a way that the fibers of the different sheets are oriented in different directions, so that the fibers extend in all the directions in which they may occur. some efforts. This arrangement of the sheets can be such that a much higher strength is obtained in one direction.
For example when it comes to manufacturing an element which must be able to withstand a high tensile force in the direction of its length, almost all the sheets are arranged with their fibers oriented in the direction of the length of said element. Thus, in the manufacture of aerial propeller blades, the sheets according to the present invention can be arranged so that almost all the fibers are oriented along the length of the blade since the greatest forces are in this direction. . Other sheets may be arranged so that their fibers are oriented transversely in order to ensure resistance to bending and torsional forces.
Fig. 8 of the drawing shows a plastic laminate sheet 61 composed of several sheets 62 according to the invention, with parallel glass fibers. In this case, the successive sheets are arranged with their fibers oriented perpendicular to each other, so that the sheet obtained has equal strengths in the two main directions parallel to the two faces.
CLAIMS:
I. Sheet formed of plastic material reinforced with glass fibers, intended in particular for the manufacture of laminated products, characterized in that the glass fibers are arranged at least approximately parallel, extend in a single direction and are for the major part at least in substantially immediate lateral contact, the plastic material being distributed substantially evenly throughout the sheet, filling practically all the interstices between the fibers, and agglomerating these fibers into a piece which can be transported and handled.