Procédé pour fabriquer un corps fibreux lié et appareil pour sa mise en oeuvre
La présente invention a pour objets un procédé pour fabriquer un corps fibreux lié et un appareil pour sa mise en oeuvre. Elle concerne notamment la fabrication de tels corps sur lesquels est fixé un élément superficiel.
Il est connu de fabriquer des corps fibreux liés en assemblant une natte de fibres lâches recouvertes d'un liant durcissable pour former un corps fibreux recouvert , puis de durcir le liant afin que les fibres soient maintenues ensemble en leurs points d'intersection par le liant durci.
Par corps fibreux recouvert , on entend une natte de fibres recouverte d'un liant non durci, et par corps fibreux lié une natte de fibres maintenues ensemble par un revêtement de liant durci, c'est-à-dire le produit résultant du durcissement d'un corps fibreux recouvert.
La manière dont le liant retient les fibres ensemble dans un corps dépend, entre autres choses, de la façon dont les fibres sont rangées pendant le durcissement du liant. Par conséquent, ce durcissement du liant peut être effectué avec le corps fibreux non contraint, pour produire un corps ouvert de faible densité, ou le corps fibreux peut être comprimé par des surfaces de moulage, dans quel cas le produit résultant conserve la forme et la configuration qui lui ont été imparties par les surfaces de moulage et sa densité et sa rigidité sont augmentées.
La plupart des corps fibreux liés utilisés pour l'isola tion ou l'absorption des sons comprennent un liant durcissable à la chaleur, ordinairement une résine.
Dans le procédé de durcissement, I'ensemble du corps fibreux recouvert doit être porté à une température minimale dépassant la température la plus basse à laquelle le liant peut être durci et il faut prendre soin qu'aucune partie du corps n'atteigne une température à laquelle le liant brûle.
La chaleur de durcissement du liant dans un corps ouvert-de faible densité peut être obtenue facilement, simplement en exposant le corps à une atmosphère à température élevée ou en faisant passer des gaz chauds à travers le corps. Avec des corps moulés plus denses, le traitement aux gaz chauds ne peut pas être assuré aussi facilement par suite de la résistance offerte au courant gazeux à travers le corps. En outre, quand les surfaces du moule présentent une ouverture de libération du gaz et que le corps est sous compression, les fibres entrent dans les trous des surfaces de moulage, produisant de petites bosses dans les surfaces moulées qui correspondent à ces trous.
Ces petites bosses sont désavantageuses, particulièrement quand les surfaces moulées doivent être recouvertes d'un élément superficiel.
Pour éviter la formation de ces imperfections superficielles, la plupart des produits moulés sont durcis à chaud par un procédé de durcissement par conduction dans lequel le corps fibreux recouvert est comprimé entre les surfaces de moulage chauffées et le liant est durci par la chaleur transmise depuis ces surfaces chauffées.
Comme la plupart des corps fibreux présentent naturellement de bonnes propriétés d'isolation thermique, le procédé de durcissement par conduction est relativement lent.
On a proposé de traiter les corps fibreux recouverts par un chauffage diélectrique, mais en pratique on a trouvé qu'il est difficile de retenir la chaleur produite dans les régions superficielles du corps fibreux et alors que l'intérieur du corps peut être traité avec succès et rapidement par le chauffage diélectrique, le durcissement des régions superficielles nécessite un long cycle de chauffage de sorte que ce procédé n'a pas été commercialisé jusqu'à ce jour.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on soumet un corps fibreux recouvert d'un liant à un chauffage superficiel à une température au moins égale à la plus basse température à laquelle le liant peut être durci, et on soumet le corps simultanément à un chauffage interne à une température supérieure à celle du chauffage superficiel.
On peut placer le corps fibreux recouvert entre des électrodes chauffées maintenues à une température au moins égale à la plus basse température à laquelle le liant peut être durci, de façon que le corps soit soumis à un chauffage superficiel, on peut faire passer des courants de chauffage diélectriques entre les électrodes pour créer dans le corps fibreux une température supérieure à la plus basse température à laquelle le liant peut être durci, et on peut maintenir le chauffage superficiel et le chauffage diélectrique jusqu'à ce que le liant soit durci.
I1 est connu d'utiliser des éléments superficiels pour lier des corps fibreux, on applique souvent au corps du papier, des matières plastiques en feuilles, des étoffes naturelles et synthétiques ou des feuilles métalliques pour donner au corps un fini plaisant ou décoratif ou pour réaliser des buts plus pratiques tel qu'empêcher l'entrée d'humidité dans le corps.
Jusqu'ici, ces éléments superficiels ont été fixés sur le corps fibreux par des adhésifs et il était nécessaire dans le passé d'appliquer certains de ces éléments aux corps liés au cours d'une opération séparée suivie par le durcissement du liant pour éviter des interférences avec les courants gazeux au cours du durcissement par des gaz chauds ou pour éviter l'endommagement des éléments superficiels qui peuvent être affectés désavantageusement par la combinaison des températures et du temps de durcissement rencontrée dans le durcissement par conduction.
Le procédé peut être appliqué à la fabrication d'un corps fibreux lié sur lequel un élément superficiel est appliqué. Dans ce cas, on applique un liant capable d'être durci ou amolli par la chaleur entre l'élément superficiel et la surface du corps recouvert du liant à laquelle l'élément doit être fixé, on applique l'élément superficiel sur le corps, on introduit le corps fibreux portant cet élément entre des électrodes chauffées et on fait passer des courants de chauffage diélectriques à travers le corps fibreux recouvert et l'élément superficiel, la partie d'au moins une électrode adjacente à l'élément superficiel étant maintenue à une température au moins égale à la plus basse température à laquelle l'adhésif peut être activé pour fixer ensemble l'élément superficiel et le corps fibreux,
les courants de chauffage diélectriques créant dans le corps fibreux recouvert une température supérieure à la plus basse température à laquelle le liant peut être durci.
Les électrodes servent avantageusement de surfaces de moulage qui compriment le corps fibreux recouvert à la forme désirée. Quand les éléments superficiels doivent être appliqués au corps fibreux recouvert, simultanément au durcissement du liant dans le corps, une électrode au moins peut être en contact avec l'ensemble de l'élément superficiel.
L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé, caractérisé en ce qu'il comprend deux électrodes placées face à face et pouvant être déplacées l'une par rapport à l'autre entre une première position ouverte dans laquelle un corps fibreux recouvert d'un liant peut être introduit entre les électrodes et une seconde position dans laquelle les électrodes compriment le corps à la forme désirée, des moyens de chauffage pour chauffer chaque électrode à une température donnée, et une source de puissance électrique produisant des courants de chauffage diélectriques à travers le corps fibreux.
Ce procédé peut être utilisé avantageusement dans la préparation de corps fibreux liés plats, mais il est particulièrement propre à la production de moulages quelque peu plus compliqués, par exemple dans la fabrication de produits formés réguliers ou irréguliers. Par produits formés réguliers , on entend des produits présentant une épaisseur pratiquement uniforme mais une forme autre que plate, et par produits formés irréguliers des produits présentant des variantions d'épaisseur aussi bien qu'une forme autre que plate. Le procédé peut être utilisé par conséquent pour former des moulages aussi bien que des planches plates.
L'expérience a montré qu'il est possible de durcir les corps fibreux recouverts successivement par ce procédé avec des variations d'épaisseur allant jusqu'à 6,35 mm, valeur donnée simplement à titre d'exemple, de sorte que le procédé peut être utilisé dans la fabrication de produits tels que des capots d'automobiles et des flans de garnitures pour les véhicules à moteur. Le procédé et l'appareil selon l'invention permettent de fabriquer de façon plus perfectionnée qu'auparavant des corps fibreux liés et de tels corps revêtus d'un élément superficiel.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention:
La fig. 1 est une vue en plan de cette forme d'exécution de l'appareil.
La fig. 2 est une coupe selon la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue éclatée en perspective d'organes que comprend cette forme d'exécution.
La fig. 4 est une coupe partielle à plus grande échelle selon la ligne II-II de la fig. 1, et
la fig. 5 est une vue en perspective d'une forme d'exécution d'un produit qui peut être obtenue par ce procédé.
L'appareil représenté comprend quatre pièces de bâti parallèles et verticales 11, 12, 13 et 14 fixées à une base 15 afin de supporter à glissement deux cadres horizontaux 16 et 17 parallèles.
Le cadre supérieur 16 est rectangulaire et présente quatre trous 18, un à chaque angle, pour recevoir à glissement les pièces 11 à 14. Le cadre 16 présente aussi des trous filetés 19 s'ouvrant latéralement dans chaque trou 18 et dans lesquels des boulons de serrage 20 sont engagés. Le cadre 16 peut être ainsi réglé à glissement le long des pièces 1 1 à 14 dans la position désirée, puis serré dans cette position par serrage des boulons 20 sur les pièces 11 à 14.
Le cadre inférieur 17 est supporté à glissement par les pièces 1 1 à 14 entre des limites constituées par deux manchons de serrage 21 fixés sur chacune des pièces 11 à 14. Chaque manchon 21 est constitué par un corps tubulaire présentant un trou fileté 21a radial par rapport au trou central du corps et une vis de serrage 22 vissée dans le trou fileté 21a et qui permet à chaque manchon 21 d'être réglé à glissement le long des pièces 11 à 14 et serré dans toute position requise sur ces dernières. Le déplacement du cadre 17 entre les limites constituées par les manchons 21 est effectué et commandé par un vérin 23 porté par la base 15.
Le cadre 17 comporte une surface supérieure horizontale qui porte elle-même une platine chauffée 24, et une feuille 25 d'une matière isolante à la chaleur, de l'amiante par exemple, entre la platine 24 et le cadre 17 sert à restreindre le transfert de chaleur entre ces éléments. La platine 24 est fixée au cadre 17 par des boulons 26 qui traversent le cadre 17 et la feuille isolante 25 et se vissent dans des trous non représentés filetés dans la face inférieure de la platine.
La platine 24 présente dix évidements parallèles 27 formés dans sa face supérieure et chaque évidement 27 loge un élément de chauffage électrique 28. Les éléments 28 s'étendent entre un connecteur électrique positif 29 (fig. 3) et un connecteur électrique négatif 30, ces connecteurs étant noyés dans la surface supérieure de la platine. Les connecteurs positifs et négatifs s'étendent jusqu'à une boîte de bornes 31 et s'arrêtent à cette boîte qui est disposée dans le côté et la surface supérieure de la platine 24. La boîte 31 comprend un connecteur 32 à deux branches destiné à s'engager avec un connecteur correspondant 33 qui amène un câble électrique 34 à la platine.
Le courant électrique passe du câble 34 à travers les connecteurs 32, 33 accouplés, le connecteur positif 29, les éléments de chauffage 28 et le connecteur négatif 30 et revient par les connecteurs 32, 33 à un conducteur négatif dans le câble 34.
Une électrode inférieure plate 35, en aluminium (fig.
3) forme un couvercle pour la surface supérieure de la platine chauffée 24 et porte cinq boulons de fixation 36 soudés à sa surface inférieure 36 et passant à travers des trous 24a dans la platine chauffée 24. Des rondelles 37 et des écrous 38 sont engagés sur les boulons 36 dans des fraisures des trous 24a, de sorte que l'électrode 35 est serrée fermement sur la platine. L'électrode 35 comporte un prolongement 35a dans un angle auquel une bande de cuivre 39 est brasée.
Une seconde platine chauffée 40, identique à la platine 24, est supportée par le cadre 16 en position inversée par rapport à la platine 24 de manière que les évidements 27 contenant les éléments de chauffage 28 se trouvent dans la face inférieure de la platine 40. Une électrode supérieure plate 41 en aluminium est fixée à cette face inférieure évidée de la platine 40, comme l'électrode 35 sur la platine 24. La platine 40 est supportée par quatre boulons 42 soudés à la surface supérieure de la platine et s'étendant vers le haut à travers une ouverture rectangulaire 16a dans le cadre 16.
Pour isoler électriquement la platine 40 du cadre 16, des blocs d'isolation de forme rectangulaire 43 et 44 ont disposés respectivement au-dessous et au-dessus du cadre 16. Les blocs isolants 43, 44 présentent des ouvertures centrales rectangulaires, concentriques à l'ouverture 16a du cadre 16, pour recevoir les boulons 42. Deux de ces derniers passent vers le haut à travers des trous dans des bandes métalliques 45 et 46 et les bandes 45 et 46 reposent sur les surfaces supérieures du bloc isolant 44 afin d'enjamber l'ouverture rectangulaire de celui-ci. Des écrous 42a sont montés sur les boulons 42 au-dessus des bandes 45 et 46 pour retenir l'ensemble comprenant la platine 40, l'électrode 41, les blocs isolants 43, le cadre 16 et le bloc 44. Une feuille d'amiante 47 est disposée entre la platine 40 et le bloc d'isolation 43 pour constituer une barrière thermique.
Les connexions électriques pour les éléments de chauffage 28 sont réalisées dans la platine 40 par un câble 48 de la même façon que pour les éléments 28 dans la platine 24, et l'électrode d'aluminium 41 comporte un prolongement 41a auquel une bande de cuivre 49 est brasée.
La bande de cuivre 49 constitue un conducteur électrique pour amener des courants de chauffage diélectriques à l'électrode 41 à partir d'un circuit électrique 50 qui comprend une source de puissance, un condensateur d'accord et une unité oscillante; la bande de cuivre 39, qui comprend un certain nombre de courbures (fig. 2) constitue un conducteur négatif entre l'électrode 35 et la borne négative de la source de puissance. Les courbures de la bande 39 permettent à celle-ci de fléchir afin de maintenir la connexion électrique entre l'électrode 35 et la source de puissance dans toutes les positions du cadre 17.
Le courant électrique envoyé dans les éléments de chauffage 28 chauffe ces derniers et la chaleur est transmise aux platines 24 et 40, de sorte que l'ensemble de ces platines est soumis au chauffage par les éléments 28. La chaleur est transmise des éléments 28 et des platines 24 et 40 aux électrodes 35 et 41, de sorte que ces dernières sont maintenues à des températures élevées.
L'appareil fonctionne de la façon suivante.
Le cadre 16 est disposé à la hauteur désirée au-dessus de la base 15 et fixé dans une position horizontale par les boulons de serrage 20. Le cadre 17 est mis en place en réglant les manchons de serrage 21 sur leurs pièces de cadres respectives 1 1 à 14, de sorte que lorsque le cadre 17 est déplacé vers le haut par le vérin 23, les manchons supérieurs 21 limitent ce déplacement du cadre 17 dans une position où les électrodes 35 et 41 sont disposées parallèlement l'une à l'autre et espacées d'une distance égale à l'épaisseur requise pour le produit fini.
Les manchons inférieurs 21 sur les pièces 1 1 à 14 sont alors réglés pour délimiter la position la plus basse du cadre 17 et dans cette dernière position les électrodes 35 et 41 sont espacées d'une distance suffisante pour permettre une introduction aisée du corps fibreux recouvert à traiter.
Pour mettre l'appareil en marche, le cadre 17 est amené dans sa position basse et la puissance électrique est fournie par les câbles 34 et 48 pour chauffer les éléments de chauffage 28 dans les platines 24 et 40 afin d'élever la température de celle-ci et des électrodes associées 35, 41. La puissance envoyée aux éléments 28 est commandée de façon que les platines 24, 40, et les électrodes correspondantes 35, 41 atteignent et conservent des températures élevées stables.
Quand les électrodes 35 et 41 sont stables à la température désirée, l'appareil est prêt à l'usage et, avec le cadre 17 dans sa position basse, un corps fibreux recouvert est disposé sur l'électrode inférieure 35. Le vérin 23 est actionné pour déplacer le cadre 17 vers le haut dans sa position la plus élevée permise dans laquelle le corps recouvert est comprimé entre les électrodes 35 et 41 pour arriver à la densité désirée. La puissance diélectrique est alors enclenchée. Le circuit diélectrique est établi comme décrit précédemment à travers le connecteur 49, l'électrode 41, le corps fibreux recouvert traité, l'électrode 35 et le conducteur de cuivre 39 pour revenir à la source dans le circuit 50.
Le corps fibreux recouvert est disposé ainsi entre les électrodes 35 et 41 chauffées et l'écoulement des courants électriques à travers le corps entraîne un chauffage de celui-ci par perte diélectrique, la température dans le corps étant augmentée au-dessus de celle à laquelle le durcissement du liant est commencé. Les électrodes 35 et 41 chauffées empêchent une perte de chaleur à partir des faces principales du corps et élèvent aussi la température des parties du corps fibreux adjacentes afin d'aider un durcissement des régions superficielles du corps.
Le choix des températures des platines et des électrodes et du niveau de la puissance diélectrique à haute fréquence dépend de la matière traitée. On a obtenu les résultats suivants en traitant des corps comprenant des fibres de verre recouvertes de résines essentiellement phénoliques.
Les électrodes d'aluminium 35, 41 sont des carrés de 35,5 cm de côté et d'une épaisseur de 6,35 mm, montés sur des platines 24, 40 d'acier doux, chaque platine étant chauffée par dix éléments de chauffage 28 consommant 3 kW par heure pour chacune des platines. Des températures stables pour les platines comprises entre 93 et 2040 C sont obtenues et maintenues facilement avec cet appareil, simplement en commandant l'alimentation de puissance électrique aux éléments de chauffe 28 par un interrupteur d'enclenchement et de déclenchement.
L'appareil utilise une puissance diélectrique de 6 kW à 39 Mcls.
Exemple I
Une masse de fibres de verre recouverte d'une résine phénolique est placée entre les électrodes 35, 41 et comprimée pour donner un produit de 25,4 mm d'épaisseur et d'une densité de 0,048 g/cm3. Les électrodes 35, 41 sont maintenues à la température uniforme de 2040 C et, avec le chauffage diélectrique, la masse comprimée est complètement durcie en deux minutes.
Exemple 2
Une feuille d'aluminium avec un revêtement de polythène sur une de ses faces est placée sur l'électrode infé- rieure, le revêtement de polythène tourné vers le haut, et une masse de fibres de verre recouverte d'une résine phénolique comme liant est placée sur la feuille d'aluminium. Les électrodes 35 et 41 sont rapprochées pour comprimer le produit à une épaisseur de 25,4 mm et à une densité de 0,048 g/cm0. La température de la platine supérieure est maintenue à 2040 C, mais par suite de la basse température limite du revêtement de polythène sur la feuille d'aluminium, la platine inférieure 35 est maintenue à une température uniforme de 1540 C.
On a trouvé que dans ces conditions un temps de durcissement de deux minutes, avec les courants de chauffage diélectriques, assure le durcissement complet du liant et la totale adhérence de la feuille d'aluminium au corps.
Exemple 3
Des planches de 25,4mm d'épaisseur et de densité variée sont traitées par le procédé décrit, les conditions de presse étant les suivantes. Dimension des planches: 1,83 X 1,22 cm, espace entre les platines: 22,2 à 28,6 mm, température des platines: supérieure 2250 C, inférieure 1800 C, type de fibres: laine de verre CROWN (marque déposée), quantité de liant: 15 % du poids de corps fibreux recouvert.
On a obtenu les résultats suivants:
Temps durcissement
Densité planche (g/cm3) Puissance diélectrique (A) Temps durcissement (s) sous pression (s)
0,048 3,5 60 360
0,096 4,0 120 780
0,144 4,5 180 pas fait
Dans cette opération, on a utilisé une grande presse pour planches de navire standard avec des électrodes d'aluminium, le chauffage superficiel étant produit par des éléments à simple zone chauffés électriquement et le chauffage diélectrique étant assuré par un générateur haute fréquence. Dans leur position rapprochée, les surfaces des platines n'étaient pas parallèles et tous les produits pressés présentaient une variation d'épaisseur de 6,35 mm, l'épaisseur des produits augmentant du centre vers les bords.
Le procédé décrit permet la préparation d'un corps fibreux recouvert d'un liant tel que celui figurant à la fig.
5 qui montre un corps fibreux lié 52 avec un élément superficiel 53 lié à sa surface supérieure et un élément superficiel 52 lié à sa surface inférieure. Les éléments 53 et 54 peuvent être identiques ou différents et chacun peut être un élément simple ou un stratifié de différents éléments, la stratification de ce dernier etant effectuée simultanément au traitement du corps fibreux recouvert.
La stratification peut être faite avec des matières liantes durcissables par la chaleur ou s'amollisant par la chaleur.
Dans une autre variante de mise en oeuvre du procédé, on peut durcir plus d'un corps fibreux recouvert pendant chaque cycle de durcissement. Les corps fibreux recouverts peuvent être répartis sur l'électrode, mais quand on veut obtenir des corps séparés, il faut prendre soin que pendant le durcissement les corps soient espacés les uns des autres et non en contact, ce qui conduirait à les lier ensemble.
Le procédé décrit peut être un procédé continu, par exemple en faisant passer les corps fibreux recouverts entre des bandes transporteuses sans fin d'une matière non ferreuse qui agissent comme électrodes: les bandes transporteuses peuvent aussi passer entre des électrodes fixes.
Method for making a bonded fibrous body and apparatus for making it
The present invention relates to a method for manufacturing a bonded fibrous body and to an apparatus for its implementation. It relates in particular to the manufacture of such bodies on which a surface element is fixed.
It is known to make bonded fibrous bodies by assembling a mat of loose fibers covered with a curable binder to form a covered fibrous body, and then hardening the binder so that the fibers are held together at their points of intersection by the binder. hardened.
By coated fibrous body is meant a mat of fibers covered with an uncured binder, and by bonded fibrous body a mat of fibers held together by a coating of hardened binder, that is to say the product resulting from the curing of 'a covered fibrous body.
How the binder holds fibers together in a body depends, among other things, on how the fibers are stored while the binder is curing. Therefore, this hardening of the binder can be carried out with the unconstrained fibrous body, to produce a low density open body, or the fibrous body can be compressed by molding surfaces, in which case the resulting product retains shape and shape. configuration imparted to it by the molding surfaces and its density and rigidity are increased.
Most bonded fibrous bodies used for insulation or sound absorption include a heat curable binder, usually a resin.
In the curing process, the entire covered fibrous body must be brought to a minimum temperature exceeding the lowest temperature at which the binder can be cured and care must be taken that no part of the body reaches a temperature of. which the binder burns.
The heat of curing of the binder in an open-low density body can be obtained easily, simply by exposing the body to a high temperature atmosphere or by passing hot gases through the body. With denser castings, the hot gas treatment cannot be provided so easily due to the resistance offered to the gas flow through the body. Further, when the mold surfaces have a gas release opening and the body is under compression, the fibers enter the holes in the molding surfaces, producing small bumps in the molded surfaces that correspond to these holes.
These small bumps are disadvantageous, particularly when the molded surfaces are to be covered with a surface element.
To avoid the formation of these surface imperfections, most molded products are heat cured by a conduction curing process in which the coated fibrous body is compressed between the heated molding surfaces and the binder is cured by the heat transmitted from these. heated surfaces.
Since most fibrous bodies naturally exhibit good thermal insulating properties, the conduction curing process is relatively slow.
It has been proposed to treat covered fibrous bodies with dielectric heating, but in practice it has been found that it is difficult to retain the heat produced in the superficial regions of the fibrous body and while the interior of the body can be successfully treated. and rapidly by dielectric heating, the hardening of the surface regions requires a long heating cycle so that this method has not been commercialized to date.
The method according to the invention is characterized in that a fibrous body covered with a binder is subjected to surface heating to a temperature at least equal to the lowest temperature at which the binder can be cured, and the body is subjected simultaneously with internal heating to a temperature higher than that of the surface heating.
The coated fibrous body can be placed between heated electrodes maintained at a temperature at least equal to the lowest temperature at which the binder can be cured, so that the body is subjected to surface heating, currents of up to dielectric heating between the electrodes to create a temperature in the fibrous body above the lowest temperature at which the binder can be cured, and the surface heating and dielectric heating can be maintained until the binder is cured.
It is known to use surface elements to bind fibrous bodies, paper, sheet plastics, natural and synthetic fabrics or metal foils are often applied to the body to give the body a pleasing or decorative finish or to achieve more practical purposes such as preventing moisture from entering the body.
Heretofore, these surface elements have been fixed to the fibrous body by adhesives and it was necessary in the past to apply some of these elements to the bonded bodies in a separate operation followed by curing of the binder to avoid damage. interference with gas streams during hot gas curing or to prevent damage to surface elements which may be adversely affected by the combination of temperatures and curing time encountered in conduction curing.
The method can be applied to the manufacture of a bonded fibrous body to which a surface member is applied. In this case, a binder capable of being hardened or softened by heat is applied between the surface element and the surface of the body covered with the binder to which the element is to be fixed, the surface element is applied to the body, the fibrous body carrying this element is introduced between heated electrodes and dielectric heating currents are passed through the covered fibrous body and the surface element, the part of at least one electrode adjacent to the surface element being maintained at a temperature at least equal to the lowest temperature at which the adhesive can be activated to fix the surface element and the fibrous body together,
the dielectric heating currents creating in the coated fibrous body a temperature above the lowest temperature at which the binder can be cured.
The electrodes advantageously serve as molding surfaces which compress the coated fibrous body to the desired shape. When the surface elements are to be applied to the coated fibrous body, simultaneously with the curing of the binder in the body, at least one electrode may be in contact with the entire surface element.
The subject of the invention is also an apparatus for implementing the method, characterized in that it comprises two electrodes placed face to face and which can be moved with respect to each other between a first open position in which a fibrous body covered with a binder can be introduced between the electrodes and a second position in which the electrodes compress the body to the desired shape, heating means for heating each electrode to a given temperature, and an electrical power source producing dielectric heating currents through the fibrous body.
This process can be used to advantage in the preparation of flat bonded fibrous bodies, but it is particularly suited to the production of somewhat more complicated moldings, for example in the manufacture of regular or irregular shaped products. By regular formed products is meant products having a substantially uniform thickness but a shape other than flat, and by irregular formed products products having variations in thickness as well as a shape other than flat. The process can therefore be used to form castings as well as flat boards.
Experience has shown that it is possible to harden the fibrous bodies successively covered by this process with variations in thickness of up to 6.35 mm, a value given simply by way of example, so that the process can be used in the manufacture of products such as automobile hoods and trim blanks for motor vehicles. The method and apparatus according to the invention enable bonded fibrous bodies and such bodies coated with a surface member to be manufactured in a more sophisticated manner than before.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus for implementing the method according to the invention:
Fig. 1 is a plan view of this embodiment of the apparatus.
Fig. 2 is a section along the line II-II of FIG. 1.
Fig. 3 is an exploded perspective view of members included in this embodiment.
Fig. 4 is a partial section on a larger scale along the line II-II of FIG. 1, and
fig. 5 is a perspective view of an embodiment of a product which can be obtained by this method.
The apparatus shown comprises four parallel and vertical frame pieces 11, 12, 13 and 14 attached to a base 15 in order to slidably support two parallel horizontal frames 16 and 17.
The upper frame 16 is rectangular and has four holes 18, one at each corner, for slidingly receiving the parts 11 to 14. The frame 16 also has threaded holes 19 opening laterally in each hole 18 and in which the bolts of clamp 20 are engaged. The frame 16 can thus be adjusted to slide along the parts 1 1 to 14 in the desired position, then tightened in this position by tightening the bolts 20 on the parts 11 to 14.
The lower frame 17 is slidably supported by the parts 1 1 to 14 between limits formed by two clamping sleeves 21 fixed to each of the parts 11 to 14. Each sleeve 21 is constituted by a tubular body having a threaded hole 21a radial by relative to the central hole of the body and a set screw 22 screwed into the threaded hole 21a and which allows each sleeve 21 to be adjusted to slide along the parts 11 to 14 and tightened in any required position thereon. The movement of the frame 17 between the limits formed by the sleeves 21 is effected and controlled by a jack 23 carried by the base 15.
The frame 17 has a horizontal upper surface which itself carries a heated platen 24, and a sheet 25 of a heat insulating material, for example asbestos, between the platen 24 and the frame 17 serves to restrict the heat. heat transfer between these elements. The plate 24 is fixed to the frame 17 by bolts 26 which pass through the frame 17 and the insulating sheet 25 and are screwed into holes not shown threaded in the underside of the plate.
The plate 24 has ten parallel recesses 27 formed in its upper face and each recess 27 accommodates an electric heating element 28. The elements 28 extend between a positive electrical connector 29 (FIG. 3) and a negative electrical connector 30, these elements. connectors being embedded in the upper surface of the plate. The positive and negative connectors extend to a terminal box 31 and terminate at this box which is disposed in the side and the upper surface of the plate 24. The box 31 comprises a connector 32 with two branches intended for engage with a corresponding connector 33 which brings an electric cable 34 to the plate.
Electric current passes from cable 34 through mated connectors 32, 33, positive connector 29, heating elements 28, and negative connector 30 and returns through connectors 32, 33 to a negative conductor in cable 34.
A lower flat electrode 35, in aluminum (fig.
3) forms a cover for the upper surface of the heated plate 24 and carries five fixing bolts 36 welded to its lower surface 36 and passing through holes 24a in the heated plate 24. Washers 37 and nuts 38 are engaged on the bolts 36 in countersinks in the holes 24a, so that the electrode 35 is clamped firmly on the stage. The electrode 35 has an extension 35a at an angle at which a copper strip 39 is soldered.
A second heated plate 40, identical to the plate 24, is supported by the frame 16 in an inverted position relative to the plate 24 so that the recesses 27 containing the heating elements 28 are located in the underside of the plate 40. A flat upper aluminum electrode 41 is attached to this recessed lower face of the stage 40, like electrode 35 on the stage 24. The stage 40 is supported by four bolts 42 welded to the upper surface of the stage and extending. upwards through a rectangular opening 16a in frame 16.
In order to electrically insulate the plate 40 from the frame 16, rectangular-shaped insulation blocks 43 and 44 have been placed respectively below and above the frame 16. The insulating blocks 43, 44 have rectangular central openings, concentric with each other. opening 16a of frame 16, to receive bolts 42. Two of these pass upwardly through holes in metal strips 45 and 46 and strips 45 and 46 rest on the upper surfaces of insulating block 44 in order to step over the rectangular opening of it. Nuts 42a are mounted on the bolts 42 above the bands 45 and 46 to retain the assembly comprising the plate 40, the electrode 41, the insulating blocks 43, the frame 16 and the block 44. A sheet of asbestos 47 is disposed between the plate 40 and the insulation block 43 to constitute a thermal barrier.
The electrical connections for the heating elements 28 are made in the plate 40 by a cable 48 in the same way as for the elements 28 in the plate 24, and the aluminum electrode 41 has an extension 41a to which a copper strip 49 is brazed.
The copper strip 49 constitutes an electrical conductor for supplying dielectric heating currents to the electrode 41 from an electrical circuit 50 which includes a power source, a tuning capacitor and an oscillating unit; the copper strip 39, which includes a number of bends (Fig. 2) constitutes a negative conductor between the electrode 35 and the negative terminal of the power source. The curvatures of the strip 39 allow it to flex in order to maintain the electrical connection between the electrode 35 and the power source in all positions of the frame 17.
The electric current sent to the heating elements 28 heats the latter and the heat is transmitted to the plates 24 and 40, so that all of these plates are subjected to heating by the elements 28. The heat is transmitted from the elements 28 and from the plates 24 and 40 to the electrodes 35 and 41, so that the latter are maintained at high temperatures.
The device operates as follows.
The frame 16 is arranged at the desired height above the base 15 and fixed in a horizontal position by the clamping bolts 20. The frame 17 is put in place by adjusting the clamping sleeves 21 on their respective frame pieces 1 1 to 14, so that when the frame 17 is moved upwards by the cylinder 23, the upper sleeves 21 limit this movement of the frame 17 in a position where the electrodes 35 and 41 are arranged parallel to one another and spaced apart a distance equal to the thickness required for the finished product.
The lower sleeves 21 on the parts 1 1 to 14 are then adjusted to define the lowest position of the frame 17 and in this latter position the electrodes 35 and 41 are spaced a sufficient distance apart to allow easy introduction of the covered fibrous body. treat.
To start the device, the frame 17 is brought into its low position and the electric power is supplied by the cables 34 and 48 to heat the heating elements 28 in the plates 24 and 40 in order to raise the temperature of that here and associated electrodes 35, 41. The power sent to elements 28 is controlled so that the plates 24, 40, and the corresponding electrodes 35, 41 reach and maintain stable high temperatures.
When the electrodes 35 and 41 are stable at the desired temperature, the apparatus is ready for use and, with the frame 17 in its lower position, a covered fibrous body is placed on the lower electrode 35. The cylinder 23 is placed. actuated to move frame 17 upward to its highest allowable position in which the covered body is compressed between electrodes 35 and 41 to achieve the desired density. The dielectric power is then switched on. The dielectric circuit is established as previously described through the connector 49, the electrode 41, the treated covered fibrous body, the electrode 35 and the copper conductor 39 back to the source in the circuit 50.
The coated fibrous body is thus disposed between the heated electrodes 35 and 41 and the flow of electric currents through the body causes heating thereof by dielectric loss, the temperature in the body being increased above that at which the hardening of the binder is started. The heated electrodes 35 and 41 prevent heat loss from major body surfaces and also raise the temperature of adjacent fibrous body parts to aid in hardening of surface regions of the body.
The choice of the temperatures of the plates and the electrodes and the level of the high frequency dielectric power depends on the material being processed. The following results have been obtained by treating bodies comprising glass fibers coated with essentially phenolic resins.
Aluminum electrodes 35, 41 are squares 35.5 cm square and 6.35 mm thick, mounted on mild steel plates 24, 40, each plate being heated by ten heating elements 28 consuming 3 kW per hour for each of the boards. Stable temperatures for the plates between 93 and 2040 C are obtained and easily maintained with this apparatus, simply by controlling the supply of electrical power to the heating elements 28 by an on and off switch.
The device uses a dielectric power of 6 kW at 39 Mcls.
Example I
A mass of glass fibers covered with a phenolic resin is placed between the electrodes 35, 41 and compressed to give a product 25.4 mm thick and with a density of 0.048 g / cm3. The electrodes 35, 41 are maintained at the uniform temperature of 2040 C and, with the dielectric heating, the compressed mass is completely hardened in two minutes.
Example 2
An aluminum foil with a polythene coating on one of its faces is placed on the lower electrode, the polythene coating facing up, and a mass of glass fibers covered with a phenolic resin as a binder is. placed on the aluminum foil. The electrodes 35 and 41 are brought together to compress the product to a thickness of 25.4 mm and a density of 0.048 g / cm0. The temperature of the upper stage is maintained at 2040 C, but due to the low temperature limit of the polythene coating on the aluminum foil, the lower stage 35 is maintained at a uniform temperature of 1540 C.
It has been found that under these conditions a curing time of two minutes, with the dielectric heating currents, ensures complete curing of the binder and complete adhesion of the aluminum foil to the body.
Example 3
Boards 25.4mm thick and of varying density are treated by the method described, the press conditions being as follows. Size of the boards: 1.83 X 1.22 cm, space between the boards: 22.2 to 28.6 mm, temperature of the boards: upper 2250 C, lower 1800 C, type of fibers: CROWN glass wool (registered trademark ), amount of binder: 15% of the weight of the fibrous body covered.
The following results were obtained:
Hardening time
Board density (g / cm3) Dielectric strength (A) Curing time (s) under pressure (s)
0.048 3.5 60 360
0.096 4.0 120 780
0.144 4.5 180 steps taken
In this operation a large standard ship's board press was used with aluminum electrodes, the surface heating being produced by electrically heated single zone elements and the dielectric heating being provided by a high frequency generator. In their close position, the surfaces of the platens were not parallel and all of the pressed products exhibited a thickness variation of 6.35 mm, with the thickness of the products increasing from the center to the edges.
The process described allows the preparation of a fibrous body covered with a binder such as that shown in FIG.
5 which shows a bonded fibrous body 52 with a surface member 53 bonded to its upper surface and a surface member 52 bonded to its lower surface. The elements 53 and 54 may be the same or different and each may be a single element or a laminate of different elements, the lamination of the latter being carried out simultaneously with the treatment of the coated fibrous body.
Lamination can be done with heat-curable or heat-softening binder materials.
In another alternative embodiment of the process, more than one coated fibrous body can be cured during each curing cycle. The covered fibrous bodies can be distributed over the electrode, but when it is desired to obtain separate bodies, care must be taken that during the hardening the bodies are spaced from each other and not in contact, which would lead to binding them together.
The described process can be a continuous process, for example by passing the fibrous bodies covered between endless conveyor belts of a non-ferrous material which act as electrodes: the conveyor belts can also pass between fixed electrodes.