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.