Procédé de fabrication d'articles moulés et durcis à partir d'une matière fibreuse
contenant une résine.
La présente invention concerne la fabrica- tion d'articles moulés et durcis à partir d'une matière fibreuse contenant une résine.
On a déjà proposé d'imprégner des pulpes de matières fibreuses avec diverses substances et de produire des articles moulés à partir de ces pulpes. Les substances d'imprégnation utilisées dans l'industrie vont de 1'eau de verre (tétrasilicate de soude) aux vernis de résines phénoliques ou urée-mélamine-alkydes.
Parmi ces substances, dont un grand nombre est toujours d'un emploi courant, on peut citer l'asphalte, 1'eau de verre, des résines naturelles, des vernis à base d'acétate et de nitrate de cellulose, des vernis à base de résines alkydes, phénoliques ou urée-mélaminealkydes, et aussi les vernis du type oxydant.
Les substances d'imprégnation dont l'usage est le plus répandu sont les vernis du type oxydant, c'est-à-dire les vernis à base de résines alkydes modifiées avec des huiles sicca- tives ou semi-siccatives. Ces substances, quoique donnant des résultats assez satisfaisants, ne sont utilisables que dans un procédé qui, dans les meilleures conditions, est peu pratique et présente certains inconvénients, aussi bien en ce qui concerne le déroulement des opérations que les pièces finies.
Lorsqu'on emploie un vernis comme substance d'imprégnation, il est ordinairement dilué avee des solvants naphthéniques qui se perdent pendant le durcissement. Les dés- avantages de ce type de substance d'impré- gnation sont :
a) une résistance à 1'eau relativement faible et des améliorations relativement insi gnifiantes des autres propriétés physiques, comparées à celles de la pulpe moulée non imprégnée ;
b) après le durcissement, l'article présente une surface exigeant un sablage consi dérable et l'application d'une couche de fond par pulvérisation, pour obtenir un fini satisfaisant. Afin d'éliminer une partie de ces opérations, la majorité des fabricants ont eu recours au fini ridé et craquelé.
La présente invention a pour but de fournir un procédé amélioré grâce auquel des articles moulés de forme et propriétés désirées peuvent être obtenus facilement.
L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'articles moulés et durcis à partir d'une matière fibreuse contenant une résine ; ce procédé est caractérisé en ce qu'on forme, par feutrage d'une matière fibreuse contenant une résine triazine-aldéhyde, une ébauche correspondant sensiblement à la forme de l'article à fabriquer, qu'on sèche cette ébauche, qu'on imprègne l'ébauche séchée avec une résine polyester non saturé et qu'on traite l'ébauche imprégnée à chaud, afin de durcir la résine.
L'invention a également pour objet un article moulé et durci, fabriqué par le procédé ci-dessus défini.
Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut prendre les mesures siii- vantes, dont quelques unes sont facultatives.
1 Préparation d'une pulpe de la matière fibreuse contenant une résine triazinealdéhyde.
2 Mise en forme par feutrage de la pulpe afin de produire une ébauche.
3 Compression préalable de l'ébauche (facultatif).
4. Séchage de l'ébauche au four ou dans une matrice chauffée.
5 Imprégnation de l'ébauche séchée avec une résine polyester non saturé.
6 Application dune couche de finissage sur l'ébauche imprégnée (facultatif).
7 Durcissement de l'ébauche imprégnée, par traitement à chaud, dans une matrice ou au four.
Pour préparer la pulpe, on passe les fibres au pilon pendant 1 heure à 1 heure 30, suivant le genre de fibres utilisées. Les fibres sont pilonnées, de préférence, à une consistance de 3"/o', dans de l'eau à la température ambiante. On peut éventuellement ajouter, pendant le pilonnage, de l'alun, de la colophane et de la colle d'amidon. La résine triazine-aldéhyde, telle que la triméthylolmélamine, dispersée dans de l'eau acidifiée, est ajoutée pendant les 15 dernières minutes du pilonnage, en quantités allant jusqu'à 4 /o du poids des fibres sèches. Lorsque le pilonnage est terminé, on laisse reposer la pulpe pendant 3 heures au moins, pour assurer la fixation de la résine en solution colloïdale acide sur les fibres.
Après le pilonnage, la pulpe est transférée au bac de feutrage où sa consistance est réduite de 3"/ & à 0, 01 à 0, 25 oxo par addition d'eau.
Le feutrage consiste à déposer les fibres sur un tamis profilé pour former une ébauche ayant sensiblement la forme de l'article voulu.
Ceci s'obtient en appliquant le vide au tamis, dans le but d'aspirer 1'eau à travers et de déposer les fibres par une action de filtration.
Si on le désire, on peut comprimer l'ébauche humide ainsi obtenue soit sur la plaque de feutrage, soit dans une presse pour éliminer la majeure partie de 1'eau avant le séchage, ce qui réduit la durée de cette dernière opération.
L'ébauche, éventuellement comprimée, est alors séchée au four ou dans une matrice de séchage. Pour effectuer le séchage au four, on place l'ébauche, par exemple, dans un four à rayons infrarouges ou un four à air chaud, à une température d'environ 135 C pendant 10 à 30 minutes. Pendant ce temps, un durcissement partiel de la résine triazine-aldé- hyde peut avoir lieu.
Pour le séchage dans une matrice, on place l'ébauche dans une matrice de séchage chauffée se composant d'un organe recouvert d'un tamis et d'un élément plein. La partie tamis présente des fentes pour permettre l'écoulement de l'eau, écoulement qui est faci- lité par l'emploi du vide. L'ébauche est séchée dans cette matrice-sous des pressions allant de 2, 8 kg/cm2 à 35 kglcm2, à des températures de l'ordre de 188 C. Pendant cette opération, un durcissement partiel de la résine triazinealdéhyde peut avoir lieu. La compression préalable de l'ébauche facilite son introduction dans la matrice.
L'ébauche séchée est alors imprégnée, par exemple par immersion dans une solution de résine polyester non saturé.
Pour obtenir des résultats satifaisants dans l'emploi de ces résines, il faut tenir compte des facteurs suivants :
a) Viscosité de la solution de résine.
Elle doit être telle qu'on puisse obtenir une imprégnation totale dans un temps relativement court. Les viscosités les plus appropriées sont :
pour une ébauche séchée dans une matrice : 25 à 50 centipoises ;
pour une ébauche comprimée d'abord et ensuite séehée au four : 50 à 125 centipoises ;
pour une ébauche séchée au four directement après feutrage : 125 A 250 centipoises.
Dans la plupart des cas, pour obtenir la viscosité désirée, il est nécessaire de diluer la résine polyester avec des solvants monomères copolymérisables, contenant le groupe
CH2 = C < et ayant un point d'ébullition supérieur à 100 C, tels que du styrène monomère, du phtalate diallylique, etc. b) Duree d'immersion.
Elle doit être suffisamment longue pour assurer une pénétration complète et une répar- tition uniforme de la résine dans toute la masse. Ceei ne nécessite habituellement pas plus de 20 minutes, à moins que l'ébauche n'ait été séchée dans une matrice sous une pression extrêmement élevée et ne soit, par conséquent, très dense. Dans la plupart des cas, une durée d'immersion de 1 à 5 minutes est suffisante.
e) Teneur en huyn, idite de l'ebauche.
Pour obtenir les meilleurs résultats, il est essentiel que l'ébauche soit complètement sèche avant d'être soumise à l'imprégnation. Même une très faible quantité d'eau abaisse la quantité de résine absorbée et influence défavorablement la résistance à 1'eau de la pièce terminée. En raison de la nature hygroscopique des matières cellulosiques, il est toujours s recommandé d'imprégner l'ébauche aussitôt après son séchage.
d) Teneur en résine.
La teneur en résine de l'ébauche sera choisie en fonction des conditions d'usage de l'article à fabriquer. Les facteurs qui déterminent cette teneur, et qui sont tous plus ou moins interdépendants sont les suivants : densité de l'ébauche, concentration en résine de la solution d'imprégnation (lorsqu'on utilise un solvant), viscosité de la résine, teneur en humidité de l'ébauche, durée d'imprégnation et genre de fibres utilisées.
Parmi les six facteurs indiqués, les plus importants sont la densité de l'ébauche, la viseosité de la résine et la durée de l'imprégnation. Dans certains cas, on peut aussi utiliser de l'acétone comme solvant de la résine, ce qui permet de diminuer la concentration de cette résine, mais alors l'acétone se perd lors du durcissement. Les fibres de chiffons de coton et les fibres de cellulose de qualité supé rieure absorbent davantage de résine que les pulpes de bois du type Kraft ou au sulfite.
e) Diffusion après impregn, ation.
Dans certains cas, surtout lorsque l'ébauche imprégnée doit être durcie au four, il est préférable de la laisser reposer avant le durcissement, pour permettre à la résine de diffuser plus uniformément dans toute la pièce.
Toutefois, si la solution d'imprégnation comprend du styrène comme solvant, il est préférable que cette période soit aussi courte que possible pour éviter toute perte de styrène par évaporation. En revanche, lorsqu'on emploie des polyesters ne contenant pas de styrène, il faut attendre que toute la résine restant à la surface soit égouttée ou absorbée, ce qui ne dure, en règle générale, pas plus de 15 minutes. Si l'ébauche était durcie alors que sa surface est encore recouverte de résine, il faudrait ensuite procéder à un sablage de la surface pour enlever la résine durcie.
La polymérisation des résines polyesters contenues dans les ébauches peut s'effectuer convenablement par l'une ou l'autre des deux méthodes suivantes :
a) durcissement dans un four à rayons infrarouges ou à circulation d'air chaud,
b) moulage dans des matrices chauffées.
Le durcissement au four se limite généralement à des ébauches imprégnées ayant été préalablement séchées à la matrice. Il peut être effectué dans un four électrique à rayons infrarouges ou à air chaud, à des températures de l'ordre de 148 à 163 C. Au moment où l'on approche de la température du four, on constate une élévation rapide et brusque de la température qui n'est pas due uniquement à la chaleur du four ; elle provient de] a réaction exothermique de polymérisation de la résine polyester. Lorsque cette réaction commence, la polymérisation se poursuit pres- que jusqu'à l'achèvement sans autre apport extérieur de chaleur.
Pour le moulage, des résultats satisfaisants ont été obtenus sous des pressions aussi basses que 5, 3 kg/CM2, en utilisant soit une ébauche séchée à la matrice, soit une ébauche ayant subi une compression préalable suivie d'un séchage au four. Lorsqu'on utilise une ébauche feutrée et séchée au four, il est nécessaire de mouler à 7 kg/em2 ou au-dessus, pour repasser la surface irrégulière de l'ébauche. Les pressions de moulage sont également en rapport étroit avee la teneur en résine de l'ébauche. En général, plus cette teneur est basse, plus la pression de moulage nécessaire est élevée. La pression de moulage exerce une influence considérable sur les propriétés physiques, surtout en ce qui concerne l'absorption d'eau.
Une pression plus forte conduit à une e structure plus dense et à une meilleure repar- tition de la résine, en raison de la diminution du volume total. D'une façon générale, une pression plus forte donne une meilleure résistance à la traction et au choc, mais on peut également obtenir d'excellentes propriétés avec des pressions de moulage relativement faibles, comme on le verra ci-après.
Deux faeteurs déterminent la durée du moulage : la température des moules ou matrices et l'épaisseur de l'ébauche.
Les températures de moulage les plus satisfaisantes sont comprises entre 135 et 149 C.
A ces températures, on peut mouler aussi bien des ébauches épaisses que des ébauches minces en un temps court et à des pressions modérées, en obtenant d'excellents résultats.
La méthode ordinaire pour le finissage d'ébauches séchées à la matrice et imprégnées, consiste à pulvériser sur ces ébauches soit des laques séchant à l'air, soit des émaux au four.
On peut, toutefois, aussi utiliser pour cela une résine polyester prégélifiée, dans un sol vant volatil. Ce fini peut être pigmenté ou obtenu à l'état transparent, et on l'applique par pulvérisation sur l'ébauche imprégnée, mais non durcie. Après la pulvérisation, il est nécessaire de cuire au four, pour éliminer le solvant, avant le moulage. Après le moulage, le fini forme partie intégrante de l'ébauche moulée. Il ne se pose aucun problème d'adhé- renee, attendu que le polyester utilisé pour l'imprégnation et le polyester prégélifié utilisé pour le finissage sont absolument compatibles et ne forment qu'un tout au moulage.
Ce polyester prégélifié spécial permet pour la première fois d'obtenir directement par moulage un fini sur une paroi latérale relativement droite. Le fini obtenu est extrêmement résistant, il peut être moulé jusqu'à offrir un glaçage poussé et il résiste très bien à l'abrasion et à l'eau. On peut pigmenter le fini selon toute couleur désirée, par l'emploi de pigments qui n'empêchent pas la polyome- risation des polyesters.
Les tableaux A et B ci-après serviront à illustrer les propriétés physiques que l'on peut ; obtenir dans les deux types d'ébauches, celles qui sont durcies dans une matrice, et celles qui sont durcies au four. Tous les essais effeetués étaient conformes aux normes de 1 A. S. T. M. (American Society for Testing Material). Les résines polyester utilisées contenaient, comme catalyseur, 2 /o en poids d'un mélange d'une partie de peroxyde de benzoyle avee une partie d'un phosphate arylique.
Prophètes physiques :
A) Ebauches durcies dans une matrice.
Résistance à
Resine Solides Absorption d'eau
Densité Dureté Traction Compression Flexion Choc en 24 heures
polyester résineux en 24 heures kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 kgm
A 550/o 1, 14 M 73 570 808 977 0, 21 3 à 6 /o
B 55 /o 1, 18 M 75 720 991 991 0, 24 10 à 12 /o
C 56 /o 1, 15 M 67'576 401 570 0, 13 9 à 11 /o
D 50"/f) 1, 12-436---10 à 14o/o
B) Ebauches durcies au four.
EMI5.1
<tb>
<SEP> Melange <SEP> de <SEP> resine <SEP> Resistance <SEP> , <SEP> la <SEP> traction <SEP> Absorption <SEP> d'eau
<tb> polyester <SEP> en <SEP> kg/ema <SEP> <SEP> en <SEP> 24 <SEP> heures
<tb> 80% <SEP> C
<tb> # <SEP> <SEP> 20% <SEP> 450 <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 30%
<tb> <SEP> 20% <SEP> styrène
<tb> 92% <SEP> B
<tb> # <SEP> 29% <SEP> 808 <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 30%
<tb> <SEP> 8 /o <SEP> styrène) <SEP>
<tb> 801/o <SEP> <SEP> D <SEP> 241/o <SEP> 527 <SEP> 30 <SEP> A <SEP> 350/D
<tb> 20 /o <SEP> styrène <SEP> J <SEP>
<tb> 33, <SEP> 3"/.
<SEP> A <SEP>
<tb> 33, <SEP> 3% <SEP> D <SEP> 24"/o <SEP> 668 <SEP> 20 <SEP> à <SEP> 250/o <SEP>
<tb> 33, <SEP> 4"/o <SEP> styrène <SEP>
<tb>
Les ébauches durcies dans une matrice ont été fabriquées à partir de fibres cellulosiques sous forme d'une pulpe contenant une résine mélamine-formaldéhyde en solution colloïdale acide, par feutrage, compression de l'ébauche sous 7 kg/cm2 suivie d'un séchage au four à 121 C, imprégnation pendant 30 minutes à 66 C avec la résine polyester, séchage à l'air pendant 30 minutes à 24 C et enfin moulage (= durcissement dans une matrice)
sous 14 kg/cm à 105 C pendant 20 minutes.
Les autres ébauches, durcies au four, ont été fabriquées à partir de fibres cellulosiques sous forme de pulpe contenant une résine mélamine-formaldéhyde en solution colloïdale acide, par feutrage, séchage dans une matrice sous une pression de 7 kg/cm2, imprégnation pendant 1 heure et demie avec la résine polyester, puis durcissement sous l'action de rayons infrarouges pendant 3 à 8 minutes à 121 C et enfin dans un four à circulation d'air pendant 25 minutes à 135 à 149 C.
La solution colloïdale acide de résine mélamine-formaldéhyde, utilisée dans le pilon pour l'agglutination des fibres, peut être préparée en mélangeant 341 litres d'eau à une température comprise entre 27 à 38 C, 15, 5 litres d'acide muriatique à 20 Bé et 45, 4 kg de triméthylol-mélamine.
La résine polyester prégélifiée, qui peut être utilisée comme indiqué ci-devant pour le finissage superficiel, peut être préparée en dispersant dans 50 parties d'acétate d'éthyle 50 parties d'une résine polyester non saturé, contenant, de préférence, du styrène monomère ou du phtalate de diallyle. La solution résultante est ensuite chauffée à reflux sous agitation rapide en présence d'un peroxyde com- me catalyseur, de préférence environ 0, 125% de peroxyde de benzoyle, calculé sur le poids de la résine. Après une heure et demie environ, la gélification se produit brusquement on ajoute alors 0, 011/o d'hydroquinone dans du phtalate de diallyle et l'on refroidit rapidement le mélange.
La résine préparée de cette façon est une dispersion uniforme et gélifiée de consistance liquide.
Les résines polyesters non saturé, utilisées pour l'imprégnation et désignées ci-dessus par les lettres A, B, C et D, ont été préparées comme suit :
Résine A :
La Résine A comprend quatre parties du produit de la réaction d'environ 3, 5 équiva- lents moléculaires d'éthylèneglycol, 3 équiva- lents moléculaires de diéthylèneglyeol, 4 équivalents moléculaires d'acide fumarique et 2 équivalents moléculaires d'anhydride phtalique, dispersées dans une partie de phtalate de diallyle.
Résine B :
Cette résine est analogue à la résine A sauf qu'on disperse deux parties du produit de la réaction susdite dans une partie de styrène monomère, alors que le rapport pour la résine
A est de quatre parties dudit produit pour une partie de phtalate de diallyle.
Résine C :
Cette résine comprend deux parties du produit de la réaction d'environ 6 équivalents moléculaires de diéthylèneglycol, 5 équiva- lents moléculaires d'acide fumarique et 1 équivalent moléculaire d'acide sébacique, dispersées dans une partie de styrène mono-mère.
Résine D :
Cette résine contient trois parties du produit de la réaction d'environ 3, 5 équivalents moléculaires de propylèneglycol, 1 équivalent moléculaire d'acide fumarique et 2 équivalents moléculaires d'anhydride phtalique, dispersées dans deux parties de styrène monomère.
Parmi les applications que trouve le. procédé de la présente invention, on peut indiquer les boîtes à pain pour usage domestique, les boites de transport pour les articles de boulangerie et de confiserie, les corps d'aspirateurs, les coffrets à gants pour automobiles, les cadres à bagages, les malles pour vêtements, les éléments de recouvrement en une seule pièce pour luges d'enfants, les sièges et dossiers de chaises d'enfants, les plateaux pour chaises hautes pour enfants et les dessus pour petites tables.