CH647977A5

CH647977A5 - Ensemble stratifie comprenant une feuille thermoplastique renforcee par des fibres de verre.

Info

Publication number: CH647977A5
Application number: CH1629/81A
Authority: CH
Inventors: John Alfred Baumann
Original assignee: Ppg Industries Inc
Priority date: 1980-11-24
Filing date: 1981-03-10
Publication date: 1985-02-28
Also published as: NL188099C; FR2494632B1; FR2494632A1; JPS6038266B2; NL188099B; IT1135372B; NL8100400A; IT8119603A0; JPS5787947A; CA1174579A; GB2088282A; US4335176A; BE887584A; GB2088282B; DE3112496C2; DE3112496A1

Description

Cette invention concerne des feuilles composites de résines thermoplastiques renforcées par des fibres de verre. Les matériaux composites de ce type ont joui d'un grand succès dans la préparation de pièces estampées comme des coquilles' de sièges d'automobile, des boîtiers de moteurs, des coffrets pour instruments de musique ou d'autres articles similaires. Dans la fabrication de pièces estampées faites à partir de matériaux composites en résines thermoplastiques renforcées par des fibres de verre, on chauffe habituellement ce matériau pour rendre liquide la résine et on place ce matériau chaud dans une presse et on l'emboutit avec une matrice froide. Le procédé permettant de mettre en forme ces matériaux composites est décrit dans les brevets US Nos 3621092 et 3626053.

Les matériaux composites en résine et fibres de verre que l'on utilise sont ceux qui ont un renforcement de fibres de verre sous la forme d'une nappe de fibres de verre continues qui ont été aiguilletées. De manière typique, ces nappes sont fabriquées en enfilant plusieurs aiguilles dans une nappe de fil continu de fibres de verre pour entremêler les fils et casser une partie de ceux-ci en de petits fragments. Cette opération d'aiguilletage donne des nappes qui ont une surface recouverte d'une forte densité de pointes émergeant de la nappe alors que l'autre face ne contient que peu de pointes.

Autrefois, lorsque ces nappes ont été utilisées pour produire des laminés thermoplastiques, ces composés laminés ont été formés en mettant la nappe de renforcement dans le laminé de façon que les surfaces présentant la haute densité de pointes soient en contact l'une avec l'autre. Ces composés laminés ont donné de bons résultats lorsque les nappes utilisées contiennent des fils composés de 50 filaments au moins. On a découvert cependant que si l'on utilise des nappes faites à partir de fils contenant plus de 50 filaments, on s obtient en général de moins bons résultats, cela dépendant de la pièce emboutie. De manière plus précise, on a trouvé que les composés laminés fabriqués avec de telles nappes gonflent de manière exagérée pendant le chauffage et que ces feuilles ne remplissent pas complètement le moule lors de l'étampage à des pressions habituel-io les.

Selon l'invention présentée ici, on fournit des composés laminés renforcés par des fibres de verre, qui sont produits avec des nappes de fils continus contenant 50 filaments ou plus par fil et qui surmontent les problèmes de gonflement des fibres et qui peuvent être em-15 boutis sans difficultés dans des presses.

Les produits laminés de cette invention sont caractérisés par la présence d'au moins deux nappes de fibres de verre, chacune de ces nappes ayant une face recouverte d'une forte densité de pointes de fibres de verre émergeant vers l'extérieur. Ces nappes sont placées de 20 façon que les surfaces présentant la forte densité de pointes soient tournées l'une opposée à l'autre puis on les imprègne avec une résine thermoplastique, ce qui donne un composé laminé dont les surfaces des nappes de renfort qui contiennent la forte densité de pointes sont situées juste en dessous de la surface extérieure du produit laminé. 25 Alors que les traits nouveaux des composés laminés de cette invention sont présentés spécifiquement dans les revendications jointes, on peut avoir une meilleure compréhension de cette invention en se référant à la description détaillée qui suit ainsi qu'aux figures complémentaires, où 30 la fig. 1 est une illustration schématique d'une nappe aiguilletée faite à partir de fils continus et qui est utilisée pour renforcer le produit laminé,

la fig. 2 est une illustration schématique d'un arrangement en couches de deux nappes de renfort réalisé selon cette invention, 35 la fig. 3 est une illustration de l'arrangement en couches de deux nappes de renfort réalisé selon la pratique habituelle,

la fig. 4 est une illustration du procédé de fabrication pour réaliser l'arrangement en couches de la fig. 2 et produire ainsi les composés laminés de cette invention.

io Les nappes aiguilletées de fils de verre continus utilisées dans les produits laminés de cette invention sont obtenues par l'aiguilletage de nappes de fils continus qui sont formées à partir de fils contenant cinquante filaments de verre ou plus par fil. En général, les fils utilisés contiennent entre 75 et 125 filaments et de préférence 100 fila-45 ments.

Les nappes dont les fils contiennent un plus grand nombre de filaments par exemple entre 125 et 250 filaments, tombent dans le domaine de cette invention. Les fils utilisés dans la fabrication des nappes peuvent être recouverts de produits d'ensimage compatibles 50 avec la résine thermoplastique utilisée. Les produits d'ensimage habituels utilisés sur les fils qui seront transformés en nappe qui sera elle-même incluse dans un composé laminé de polypropylène, sont décrits dans le brevet US N° 3849148. Si l'on emploie d'autres résines que du polypropylène, le produit d'ensimage peut avoir une 55 autre composition chimique de façon à rendre compatibles les fils avec le système de résine. Dans la fabrication de fils de verre utilisés pour les nappes on peut avoir recours à des fils contenant des filaments de divers diamètres. Habituellement, on utilise pour la fabrication des fils des filaments dont le diamètre varie entre les gran-60 deurs G et T.

Les résines thermoplastiques généralement utilisées dans ce but sont des homopolymères ou des copolymères de résines telles que: 1) les résines vinyliques formées par la polymérisation d'halogénures de vinyle ou par la copolymérisation d'halogénures de vinyle avec 65 des composés insaturés polymérisables, par exemple des esters vinyliques, des acides a ou ß insaturées, des esters a ou ß insaturés, des cétones a ou ß insaturés, des aldéhydes a ou ß insaturés, ou des hydrocarbures insaturés comme le butadiène ou le styrène;

2) les poly-a-oléfines comme le polyéthylène, le polypropylène, le po-lybutylène, le polyisoprène et d'autres corps similaires, y compris les copolymères de poly-a-oléfines;

3) les résines phénoxyles;

4) les polyamides comme l'adipamide de polyhexaméthylène;

5) les polysulfones;

6) les polycarbonates;

7) les polyacétyles;

8) l'oxyde de polyéthylème;

9) le polystyrène, y compris les copolymères du styrène avec des monomères comme l'acrylonitrile et le butadiène;

10) les résines acryliques comme les polymères d'acrylate de méthyle, d'acrylamide, de méthylacrylamide, d'acrylonitrile ainsi que les copolymères de ceux-ci avec le styrène, les vinylpyridines, etc.;

11) le néoprène;

12) les résines d'oxyde de polyphénylène;

13) les polymères comme le polybutylènetéréphtalate et le polyéthylènetéréphtalate, et

14) les esters de la cellulose y compris le nitrate, l'acétate, le propio-nate, etc.

Cette liste n'est pas limitative ni exhaustive, mais elle illustre simplement la large gamme des matériaux polymères qui peuvent être utilisés dans l'invention présentée ici.

On comprend aussi dans le domaine que des charges peuvent être utilisées dans la résine thermoplastique si on le désire. Ces charges peuvent être n'importe quel produit connu dans le domaine comme du talc, du carbonate de calcium, des argiles, des terres diatomées, ceux-ci représentant quelques produits typiques.

La nappe aiguilletée de fils continus de verre que l'on utilise dans les composés laminés de cette invention est fabriquée en faisant passer une nappe continue de fil de verre dans un métier à feutrer muni d'aiguilles. Pendant le passage dans le métier la nappe est perforée par une série de ces aiguilles qui entremêlent les fils de verre et qui les cassent, ce qui donne une nappe liée mécaniquement qui contient de petits fragments de fils et des filaments. Cet aiguilletage fournit aussi, lorsque les crochets sur les aiguilles sont orientés dans la même direction, une nappe dont une des faces présente une forte densité de fibres émergeant de la surface et dont l'autre contient moins de ces fibres.

Ces fibres qui émergent de la surface de la nappe sont appelées pointes dans la description.

Un procédé de fabrication de nappes aiguilletées à partir de fils continus provenant soit de bobines, soit directement de la filière formant les fibres de verre, est décrit dans le brevet US N° 4158557 attribué à ce titulaire.

La machine à aiguilleter peut être n'importe laquelle des machines disponibles actuellement dans le commerce qui est d'une dimension suffisante pour accepter la largeur de la nappe de fils de verre continus à aiguilleter. Les titulaires ont utilisé avec succès un Model 44-Fiber Locker de la maison J. Hunter Machine Co., North Adams, Massachusetts, pour préparer des nappes utilisables dans les produits laminés de cette invention.

De manière générale, les aiguilles utilisées sont de forme triangulaire, elles sont en acier et elles sont munies de neuf barbes arrangées de manière à prendre les fils lorsque l'aiguille pénètre dans la nappe et à les relâcher lorsque l'aiguille ressort de la nappe. Les diamètres de ces aiguilles sont compris entre 0,6 et 1,2 mm habituellement et les nappes sont perforées pour donner une densité de perforation de

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16 à 62 pénétrations par centimètre carré (100-400 pénétrations/inch2) ou plus.

Les nappes de fils de verre continues qui sont aiguilletées de cette manière ressortent de la machine avec une intégrité mécanique suffisante pour les manipuler, sans qu'on risque de les déformer. Elles sont caractérisées par deux grandes surfaces, deux bords latéraux et un bord conducteur. Le bord terminal de la nappe est produit lorsqu'on coupe la nappe à la longueur désirée. Dans un procédé de fabrication usuel, on forme continuellement une nappe continue et celle-ci est introduite continuellement dans la machine à aiguilleter. Elle est ensuite pliée dans des boîtes pour être utilisée ultérieurement dans la fabrication des produits laminés où on l'enroule sur de grands rouleaux dans le même but.

Les nappes continues de fils de verre après qu'elles ont été aiguilletées, ont l'apparence donnée dans la fig. 1. Typiquement, comme on le montre dans la fig. 1, la nappe 1 a une forte densité de pointes 2 sur l'une de ses deux grandes surfaces. La deuxième grande surface contient aussi des pointes mais en nombre réduit. Le nombre de pointes 3 sur la surface la moins dense tend à être de 25 à 50% inférieur à celui de la face dense. Comme on les utilise ici, le terme surface recouverte de pointes correspond à la surface dense de la nappe et le terme surface non recouverte de pointes correspond à la surface la moins dense de la nappe.

La fig. 2 montre un arrangement de deux nappes du type de la fig. 1 correspondant à leur position lorsqu'elles sont utilisées pour renforcer des produits laminés en résine thermoplastique. Comme on le montre dans la fig. 4, les nappes 1 sont introduites dans la zone de laminage au moyen de deux courroies 9 et 10 qui sont entraînées par les rouleaux 12 et 11 respectivement. Deux couches superficielles de résine 4 et 5 sont introduites avec les deux nappes 1 entre les courroies 9 et 10. Les nappes 1 sont recouvertes de résine 7 avant qu'elles soient comprimées entre les courroies 9 et 10. Cette couche de résine est répandue sur toute la largeur de la nappe 1 et elle est délivrée en continu par l'injecteur 6 et son piston associé 8.

Comme on peut le voir clairement dans la fig. 4, les nappes 1 ont leur face recouverte de pointes qui sont opposées l'une à l'autre et elles sont en contact avec les couches superficielles 4 et 5 situées entre les nappes 1 et les courroies respectives 10 et 9. Les surfaces non recouvertes de pointes se font face et elles sont mises en contact avec la couche de résine 7 lorsqu'elles passent dans le laminoir (non représenté) dans lequel passent les courroies 9 et 10 avec la résine et les nappes.

Les couches superficielles 4 et 5, les nappes 1 et la couche de résine 7 sont laminées par application d'une pression à travers les courroies 9 et 10. La température est maintenue suffisamment haute pour assurer la fusion des couches superficielles 4 et 5. Le temps de passage n'est pas critique mais il doit être suffisamment long pour que la résine puisse pénétrer en profondeur dans les nappes 1. Ce matériau composite de nappes de verre imprégnées de résine est alors refroidi en maintenant la pression jusqu'à ce que la résine se solidifie. Le produit résultant est une feuille de résine ayant sous chacune de ses grandes surfaces une nappe composée de fils de verre continus dont une des faces est recouverte de pointes.

Ce produit laminé est présenté dans la fig. 4 avec des couches superficielles 4 et 5, ce qui représente le mode préféré d'exécution, mais on peut préparer des matériaux composites qui n'utilisent que la couche de résine 7. On peut aussi utiliser un injecteur avec plusieurs buses qui fourniront trois couches de résine, une de chaque côté des nappes 1 et une au centre des nappes 1.

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1 feuille dessins

Claims

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1. Ensemble stratifié comprenant une feuille de résine thermoplastique renforcée par des fibres de verre contenant de la résine thermoplastique et au moins deux nappes de fils de fibres de verre continues aiguilletées, chacune de ces dites nappes ayant une face recouverte de pointes et l'autre en contenant relativement moins, ces dites nappes étant imprégnées de résine thermoplastique et la face de la nappe portant les pointes étant en contact avec ladite feuille de résine thermoplastique.

2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé par la présence d'une première feuille thermoplastique, d'une nappe de fibres de verre recouverte de pointes situées sous la feuille thermoplastique, la surface recouverte de pointes faisant partie d'une nappe de fibres de verre dont la face opposée n'est pas recouverte de pointes, d'une seconde nappe dont la face non recouverte de pointes est en contact avec la face non recouverte de pointes de ladite première nappe et dont la face recouverte de pointes est opposée à la surface de la première feuille thermoplastique.

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REVENDICATIONS

3. Ensemble stratifié selon la revendication 1, composé de deux nappes de fibres de verre de fils continus aiguilletées possédant une face recouverte de pointes et une face qui n'en possède pas, ces dites nappes étant orientées dans l'ensemble stratifié de telle sorte que la surface recouverte de pointes de chaque nappe soit dirigée vers l'extérieur, ces nappes étant imprégnées de résine thermoplastique, sur leurs surfaces extérieures.

4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la résine thermoplastique est un membre du groupe composé du Nylon, du polypropylène, du polybutylènetéréphtalate, du polyéthylènetéréphtalate et du polyéthylène.

5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la feuille de résine thermoplastique est en fait une feuille de Nylon.

6. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la résine thermoplastique est du polypropylène.

7. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la résine thermoplastique est du polybutylènetéréphtalate.

8. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la résine thermoplastique est du polyéthylènetéréphtalate.