FR2471268A1 - High duty fibre reinforced plastic fibres - are vibrated, impregnated, conveyed, doctored, heated and cross-fed to laminating processes - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de fabrication d'objets armés à l'aide de fibres en matières plastiques réticulables, en particulier polymérisables, polycondensables ou réticulables par polyaddition en tant que matériau de matrice ou liant en particulier en résines avec une ou plusieurs liaisons doubles, de préférence en résines non saturés tel que polyester, polyuréthane, résine acrylique ou également résine epoxy ou analogue, qui contiennent des fibres de renforcement et/ou des charges et/ou des colorants et/ou des durcisseurs et/ou des accélérateurs et/ou des sensibilisateurs et qui, après l'opération d'enroulement, de centrifugation ou d'extrusion de manière discontinue ou continue, de préférence dans le sens vertical sont transportés jusqu a un poste de transformation et durant ce trajet et/ou dans ce poste sont liés intimement et sont renforcés de préférence en profilés, comme par exemple en profilés creux, pleins ou plats, en particulier pour des articles de sport de compétition, comme par exemple des bâtons de ski, des canots de course, des skiffs, des mâts, des avirons, des skis et analogues, ou pour l'électrotechnique et l'électronique, la construction mécanique ou analogues. The present invention relates to a method and a device for manufacturing reinforced objects using fibers of crosslinkable plastic materials, in particular polymerizable, polycondensable or crosslinkable by polyaddition as matrix material or binder in particular in resins with one or more several double bonds, preferably in unsaturated resins such as polyester, polyurethane, acrylic resin or also epoxy resin or the like, which contain reinforcing fibers and / or fillers and / or dyes and / or hardeners and / or accelerators and / or sensitizers and which, after the winding, centrifugation or extrusion operation in a discontinuous or continuous manner, preferably in the vertical direction, are transported to a processing station and during this journey and / or in this position are closely linked and are preferably reinforced with profiles, such as hollow, solid or flat profiles, in particular for artic those of competitive sports, such as for example ski poles, racing canoes, skiffs, masts, oars, skis and the like, or for electrical engineering and electronics, mechanical engineering or the like.
On connatt des procédés et des dispositifs d'enroulement horizontal et vertical, de centrifugation et d'extrusion, opérant de façon discontinue ou continue, à l'aide desquels des objets armés de fibres en matériaux servant de matrice et en fibres de différents types sont réalisés. There are known methods and devices for horizontal and vertical winding, centrifugation and extrusion, operating in a discontinuous or continuous manner, using which objects armed with fibers of matrix material and fibers of different types are realized.
Les fibres ou les torons de fibres, les bandes de fibres ou analogues sont extraits de réservoirs appropriés, transportés par l'intermédiaire de dispositifs d'imprégnation et delà jusqu'àu poste de transformation et sont liés intimement au cours de ce trajet ou dans ce poste et sont ensuite de préférence façonnés en profilés, comme par exemple en profilés creux, pleins ou plats ou en tubes et ensuite renforcés. The fibers or the strands of fibers, the strips of fibers or the like are extracted from suitable tanks, transported by means of impregnation devices and beyond to the transformation station and are intimately linked during this journey or in this post and are then preferably shaped into profiles, such as hollow, solid or flat profiles or tubes and then reinforced.
Comme fibres de renforcement, on utilise toutes les fibres ou fils connus, sous forme de torons ou de bandes, de tissus ou analogues, par exemple en verre, métal, bore, carbone, aramide, polyamide, amiante ou analogues, également en combinaison. Ces fibres, fils, torons ou analogues sont extraits des réservoirs précités, mis ensuite au contact du matériau de matrice, de préférence par l'in termédiaire de rouleaux et/ou de dispositifs d'imprégnation oscillants et/ou à injection, éventuellement ensuite amenés, en vue de l'amélioration de l'opéra- tion d'imprégnation et de mouillage, sur des dispositifs de foulage se composant de plusieurs tiges ou rouleaux et ainsi imprégnés et mouillés et alors et/ou ensuite changés de direction et/ou réunis. As reinforcing fibers, all known fibers or threads are used, in the form of strands or strips, of fabrics or the like, for example made of glass, metal, boron, carbon, aramid, polyamide, asbestos or the like, also in combination. These fibers, threads, strands or the like are extracted from the abovementioned tanks, then brought into contact with the matrix material, preferably by means of rollers and / or oscillating and / or injection impregnation devices, possibly then brought , with a view to improving the impregnation and wetting operation, on crushing devices consisting of several rods or rollers and thus impregnated and wetted and then and / or then changed direction and / or combined .
Eventuellement, le matériau excédentaire de matrice est alors ou ensuite éliminé et l'objet voulu ou le profilé façonné au moyen de matrices à emboutir ou de filières. Le façonnage de l'objet peut également s'effectuer par mise en place des matériaux de renforcement imprégnés et mouillés sur des mandrins d'enroulement ou dans des moules à centrifugation.Optionally, the excess matrix material is then or then removed and the desired object or the shaped profile by means of stamping dies or dies. The shaping of the object can also be carried out by placing reinforcement materials impregnated and wetted on winding mandrels or in centrifuge molds.
En vue de l'accroissement de la résistance, les matériaux de renforcement peuvent être placés selon différents angles, par exemple radialement et/ou axialement etjou croisés sur les surfaces des mandrins ou dans les moules précités.In order to increase the strength, the reinforcing materials can be placed at different angles, for example radially and / or axially and crossed on the surfaces of the mandrels or in the aforementioned molds.
Il est en outre connu, pour la fabrication des objets précités, d'utiliser différentes fibres ou types de fibres, appelés éléments laminés mixtes et de les appliquer selon des angles différents sur les surfaces précitées. Le renforcement est ensuite effectué. Ceci s'effectue par adjonction de durcisseurs et d'accélérateurs au matériau de matrice (durcissement à froid), par apport de chaleur (durcissement à chaud) ou par adjonction de sensibilisateurs au matériau de matrice avec irradiation ultérieure de l'objet façonné ou du profilé par des ondes électromagnétiques de longueur d'onde déterminée, c'est-à-dire dans le spectre visible et ici en particulier dans la plag#e des ultraviolets et des infrarouges. It is also known, for the manufacture of the aforementioned objects, to use different fibers or types of fibers, called mixed laminated elements and to apply them at different angles to the aforementioned surfaces. Reinforcement is then carried out. This is done by adding hardeners and accelerators to the matrix material (cold hardening), by adding heat (hot hardening) or by adding sensitizers to the matrix material with subsequent irradiation of the shaped object or profiled by electromagnetic waves of determined wavelength, that is to say in the visible spectrum and here in particular in the range of ultraviolet and infrared.
L'utilisation d'éléments laminés mixtes s'est avérée avantageuse en vue de l'accroissement de la résistance. The use of mixed laminated elements has proven to be advantageous for increasing the strength.
Au cas où des fibres à surface sensible, en particulier des fibres de carbone, seules ou sous forme d'éléments laminés mixtes, doivent être transformés selon les procédés précités et avec les dispositifs précités, en particulier avec les systèmes de guidage de fibres et d'imprégnation classiques, ceci n'est possible qu'au prix de détériorations importantes des fibres ou est en somme impossible. Ces détériorations de fibres apparaissent déjà lors du transport sur des rouleaux ou des-rouleaux de rappel ou lors du contact direct avec des surfaces de tiges ou de rouleaux de dispositifs de foulage, de matrices à emboutir, de mandrins d'enroulement ou analogues et peuvent conduire à la destruction des fibres isolées ou élémentaires, qui peut être la cause du rejet de l'objet tout entier. In the case where fibers with sensitive surface, in particular carbon fibers, alone or in the form of mixed laminated elements, must be transformed according to the aforementioned processes and with the aforementioned devices, in particular with the fiber guidance systems and d 'conventional impregnation, this is only possible at the cost of significant deterioration of the fibers or is ultimately impossible. These deteriorations of fibers already appear during transport on rollers or return rollers or during direct contact with the surfaces of rods or rollers of crushing devices, stamping dies, winding mandrels or the like and may lead to the destruction of the isolated or elementary fibers, which can be the cause of the rejection of the whole object.
Une transformation de ces fibres de carbone en soi chères, présentant cependant une résistance et une stabilité thermique de plusieurs puissances de dix supérieures à toutes les autres fibres, est pour ces raisons précitées ni significatives ni efficace et par conséquent non justifiable techniquement et économiquement. A transformation of these carbon fibers per se which are expensive, however having a resistance and a thermal stability of several powers of ten greater than all the other fibers, is for these abovementioned reasons neither significant nor efficient and therefore not technically and economically justifiable.
A cela s'ajoute que par suite de la détérioration précités, l'objet fabriqué présente au plus des valeurs de résistance identiques, mais la plupart du temps plus faibles que lorsqu'au lieu des fibres de carbone chères précitées, sont utilisées des fibres de verre bon marché. Les considérations qui précèdent sont valables, que les objets soient fabriqués seulement à partir ou avec des fibres de carbone, si bien que dans le cas d'éléments mixtes avec utilisation de fibres de carbone, le ou les autres tges de oefrres#voque(nt) des détériorations superficielles supplémentaires à la fibre de carbone. Added to this is that as a result of the aforementioned deterioration, the manufactured object has at most identical resistance values, but most of the time lower than when, instead of the above-mentioned expensive carbon fibers, fibers of cheap glass. The above considerations are valid, whether the objects are made only from or with carbon fibers, so that in the case of mixed elements with the use of carbon fibers, the other tge (s) of oefrres # voque (nt ) additional surface damage to carbon fiber.
Pour cette raison, la transformation de fibres mixtes avec des fibres de carbone selon les procédés et les dispositifs précités est totalement inopérante et à déconseIller.For this reason, the transformation of mixed fibers with carbon fibers according to the abovementioned methods and devices is completely ineffective and should not be recommended.
A cela s'ajoute encore un autre inconvénient, parce que dans le cas de la transformation d'autres fibres précitées, en particulier de fibres de verre ou de polyamide, avec les dispositifs décrits, en particulier à l'aide de dispositifs d'extrusion ou d'enroulement, apparaissent des esters dtensimage qui, dans le cas de fibres mixtes se composant de deux types de fibres (fibres de carbone et les autres fibres) se répercutent encore une fois de façon nuisible sur les fibres de carbone. A ces inconvénients s'ajoute encore, lors de l'amenée des fibres, des torons ou analogues sous différents angles d'amenée, un autre inconvénient.Celui-ci réside dans le fait qu'en vue de la réalisation des différents angles d'amenée ou d'enroulement, des fibres sont soumises à des changements de direction supplémentaires et ainsi à des détériorations et à différentes contraintes de traction qui créent dans la fibre, en particulier dans la fibre mixte, différentes tensions, abaissant la qualité du mouillage, des bulles supplémentaires étant emprisonnées dans la fibre mixte, les valeurs de résistance étant réduites et des phénomènes de délamination apparaissant dans le cas d'une surcharge, qui peuvent également conduire à la destruction de l'objet. To this is added yet another drawback, because in the case of the processing of the above-mentioned fibers, in particular glass or polyamide fibers, with the devices described, in particular using extrusion devices or coiling, tensile esters appear which, in the case of mixed fibers consisting of two types of fibers (carbon fibers and the other fibers) once again have a harmful effect on the carbon fibers. In addition to these drawbacks, when feeding fibers, strands or the like under different feed angles, another drawback resides in the fact that with a view to achieving the different angles of fed or wound, fibers are subjected to additional changes of direction and thus to deterioration and to different tensile stresses which create in the fiber, in particular in the mixed fiber, different tensions, lowering the quality of wetting, additional bubbles being trapped in the mixed fiber, the resistance values being reduced and delamination phenomena appearing in the event of an overload, which can also lead to the destruction of the object.
Le but et l'objet de l'invention sont de supprimer les inconvénients des procédés et dispositifs précités et de réaliser un procédé et un dispositif qui confèrent à l'objet fabriqué les valeurs de résistance élevées des fibres de carbone, non seulement dans le cas de la fabrication d'objets en fibres pures à surface sensible, mais en particulier dans le cas de la fabrication d'objets en fibres mixtes avec des fibres à surface sensible précitées, mais qui, également dans le cas de fibres mixtes, en plus des valeurs élevées de résistance des fibres de carbone, présentent en outre les propriétés favorables des fibres mixtes utilisées jusqu'ici, c'està-dire présentent ainsi non seulement une addition de valeurs caractéristiques positives, mais une multiplication de ces valeurs à l'avantage des propriétés des objets. The object and object of the invention is to eliminate the drawbacks of the aforementioned methods and devices and to provide a method and a device which give the manufactured object the high resistance values of carbon fibers, not only in the case the manufacture of objects made of pure fibers with a sensitive surface, but in particular in the case of the manufacture of objects made of mixed fibers with fibers with a sensitive surface mentioned above, but which, also in the case of mixed fibers, in addition to the high resistance values of carbon fibers, moreover exhibit the favorable properties of the mixed fibers used until now, that is to say thus present not only an addition of positive characteristic values, but a multiplication of these values to the advantage of properties of objects.
Un autre but de l'invention est d'accroître la qualité du mouillage et d'éviter des bulles lors de l'imprégnation et du mouillage, en particulier à l'interface matériau de matrice/fibre de renforcement, de créer ainsi une meilleure liaison et d'abaisser sensiblement la friction en particulier entre les fibres à surface sensible ou entre leurs surfaces et les surfaces des rouleaux et/ou tiges précités, en particulier lors de l'enroulement. Another object of the invention is to increase the quality of wetting and to avoid bubbles during impregnation and wetting, in particular at the matrix material / reinforcing fiber interface, thereby creating a better bond. and to substantially reduce the friction in particular between the fibers with sensitive surface or between their surfaces and the surfaces of the rollers and / or rods mentioned above, in particular during winding.
On doit également obtenir que les effets précités soient produits par modification minimale de dispositifs classiques, de telle sorte qu a résistance égale, non seulement jusqu'à environ 50 96 de matière (matériau de matrice et matériau de renfort) soient économisés, mais qu'également des objets avec des propriétés techniques non obtenues jusqu'ici (par exemple résistance accrue au flambage ou au cisaillement et à la flexion, charge de compression et/ou de traction (charge alternante) accrue, résistance à la température accrue, coefficient d'élasticité sensiblement plus élevé, poids et épaisseur de paroi extrêmement faibles dans le cas de profilés creux et analogues) peuvent être fabriqués en des temps sensiblement plus courts. It must also be obtained that the aforementioned effects are produced by minimal modification of conventional devices, so that with equal resistance, not only up to about 50% of material (matrix material and reinforcement material) are saved, but that also objects with technical properties not obtained hitherto (for example increased resistance to buckling or to shearing and bending, increased compression and / or tensile load (alternating load), increased temperature resistance, coefficient of appreciably higher elasticity, extremely low weight and wall thickness in the case of hollow profiles and the like) can be produced in substantially shorter times.
Il est également avantageux que grâce au nouveau procédé, alors que ceci n'était pas possible jusqu'ici avec aucun autre procédé, des profilés pleins et creux en fibres de verre et en fibres mixtes peuvent être fabriqués sur une seule et même installation et que de nouveaux domaines d'application pour des objets réalisés selon les combinaisons de matériaux précitées peuvent être rendus accessibles, par exemple, dans le domaine du sport de compétition, de la technique de la commande et de la régulation, de la construction mécanique, de l'électrotechnique et de l'électronique, dans l'industrie aéronautique et spatiale, où des propriétés physiques (mécaniques et thermiques)-ou également chimiques et analogues très élevées sont nécessaires. It is also advantageous that thanks to the new process, which has not been possible hitherto with any other process, solid and hollow sections of glass fibers and mixed fibers can be produced on a single installation and that new fields of application for objects produced according to the aforementioned combinations of materials can be made accessible, for example, in the field of competitive sport, control and regulation technique, mechanical engineering, electrical engineering and electronics, in the aeronautical and space industry, where very high physical (mechanical and thermal) -or chemical and similar properties are required.
Le problème précité est, dans le cas du procédé selon l'invention, résolu par le fait que des fibres de renforcement à surface sensible, en particulier des fibres de carbone, en vue de l'imprégnation et du mouillage, en vue de la régulation de contrainte de traction et de la réduction de friction et analogues, sont tout d'abord amenées en oscillation mécanique sans contact grâce à des impulsions d'air ou de gaz et ensuite sont transportées par l'intermédiaire de rouleaux de dispositifs d'imprégnation et/ou de tiges de préférence rotatives de dispositifs de foulage, qui sont de diamètre plus grand, de préférence plusieurs fois plus grand que les rouleaux et/ou les tiges des dispositifs d'imprégnation et/ou de foulage servant également au mouillage et à la régulation de contraintes de traction, à la réduction de la friction et analogues pour au moins un autre type de fibre, par exemple pour des fibres de verre, par -le fait que l'enroulement des fibres superficiellement sensibles est effectué sous un angle qui est de préférence plus petit que celui fixé pour l'autre type de fibre , en particulier plus petit que 900, et de préférence compris entre 450 et 0 (tangente), et par le fait qu'ensuite les fibres ou analogues imprégnées et mouillées passent à travers des cylindres ou des buses d'essorage et/ou de guidage, réalisés de préférence de façon extensible ou élastique, en particulier profilés, en vue du profilage préalable, du rangement de sens et de l'essorage du matériau de matrice excédentaire, et ensuite au moins un type de fibre est d'une part transféré dans au moins une, de préférence dans deux ou plusieurs directions croisées, et d'autre part au moins un autre type de fibre est déplacé dans au moins une, de préférence dans deux ou plusieurs directions croisées, cependant avec des angles s'écartant du premier type de fibre vers un poste de transformation pour l'objet à fabriquer et/ou le long de celui-ci une ou plusieurs fois en plusieurs couches et créent de cette façon au moins une liaison fibre/matricetresse tridimensionnelle, de préférence quatridimensionnelle, de préférence avec chauffage simultané discontinu-, en particulier continu par des dispositifs de chauffage et/ou d'irradiation par des dispositifs rayonnants au moyen a'ondes électromagnétiques appropriées, en particulier dans le spectre des ondes lumineuses et ici par exemple dans la plage des rayons ultraviolets à courte et longue longueur d'onde. The aforementioned problem is, in the case of the method according to the invention, resolved by the fact that reinforcing fibers with a sensitive surface, in particular carbon fibers, for the purpose of impregnation and wetting, for the purpose of regulation tensile stress and friction reduction and the like, are first brought into mechanical oscillation without contact by means of air or gas pulses and then are transported via rollers of impregnation devices and / or preferably rotary rods of crushing devices, which are of larger diameter, preferably several times larger than the rollers and / or the rods of the impregnation and / or crushing devices also used for wetting and regulation of tensile stresses, reduction of friction and the like for at least one other type of fiber, for example for glass fibers, by the fact that the winding of surface sensitive fibers is effective carried out at an angle which is preferably smaller than that fixed for the other type of fiber, in particular less than 900, and preferably between 450 and 0 (tangent), and by the fact that thereafter the fibers or impregnated and wet analogs pass through cylinders or wiping and / or guiding nozzles, preferably made in an extensible or elastic manner, in particular profiled, for the purpose of prior profiling, direction storage and wiping of the excess matrix material, and then at least one type of fiber is firstly transferred in at least one, preferably in two or more crossed directions, and secondly at least one other type of fiber is displaced in at least one, preferably in two or more crossed directions, however with angles deviating from the first type of fiber towards a processing station for the object to be manufactured and / or along it one or more times in several layers and create from it at least one three-dimensional, preferably four-dimensional, fiber / matrix connection, preferably with simultaneous discontinuous heating, in particular continuous heating by radiant heating and / or irradiation devices by means of appropriate electromagnetic waves, particularly in the spectrum of light waves and here for example in the range of short and long wavelength ultraviolet rays.
Le problème précité est, dans le cas du dispositif selon l'invention, résolu par le fait que le diamètre des rouleaux et/ou des tiges des dispositifs d'imprégnation à rouleaux et/ou de foulage pour les fibres à surface sensible est au moins 50 mm et le diamètre pour au moins un autre type de fibre inférieur à 50 mm, en particulier s'élève à seulement une partie de cette valeur, par le fait que l'angle d'enroulement sur les rouleaux et/ou les tiges pour les fibres à surface sensible est de préférence inférieur à celui pour l'autre type de fibre, en particulier inférieur à 900 et de préférence compris entre 450 et 0 (tangente), par le fait que l'angle d'amenée des fibres au poste de transformation pour l'autre type de fibre est compris entre 2 et 15, de préférence entre 3 et 70, par le fait que l'angle d'amenée au poste de transformation pour l'autre type de fibre s'écarte du premier type de fibre et est comrpis entre
O et 20 ou 15 à 90 , de préférence 0 ou 900, par le fait qu'entre les réservoirs et les dispositifs d'imprégnation sont disposés plusieurs oscillateurs mécaniques et/ou pneumatiques pour les matériau de renfort, en nombre adapté aux réservoirs, et par le fait qu'à proximité du poste de transformation est disposé au moins un dispositif de chauffage et/ou d'irradiation associé en particulier aux différents types de fibres et/ou dispositifs d'amenée en vue de l'émission de chaleur et/ou d'ondes électromagnétiques de longueur d'onde et de puissance appropriées.The aforementioned problem is, in the case of the device according to the invention, resolved by the fact that the diameter of the rollers and / or of the rods of the roller impregnation and / or fulling devices for fibers with sensitive surface is at least 50 mm and the diameter for at least one other type of fiber less than 50 mm, in particular only amounts to part of this value, by the fact that the angle of winding on the rollers and / or the rods for the fibers with a sensitive surface is preferably less than that for the other type of fiber, in particular less than 900 and preferably between 450 and 0 (tangent), by the fact that the angle of supply of the fibers to the station processing for the other type of fiber is between 2 and 15, preferably between 3 and 70, by the fact that the angle of supply to the processing station for the other type of fiber deviates from the first type of fiber and is included between
0 and 20 or 15 to 90, preferably 0 or 900, by the fact that between the reservoirs and the impregnation devices are arranged several mechanical and / or pneumatic oscillators for the reinforcing material, in a number adapted to the reservoirs, and by the fact that near the transformer station is arranged at least one heating and / or irradiation device associated in particular with the different types of fibers and / or feed devices for the emission of heat and / or electromagnetic waves of appropriate wavelength and power.
Le fonctionnement du dispositif pour la fabrication de profilés pleins est le suivant
Les matériaux de renforcement de fibres extraits simultanément et/ou en succe#ssion des réservoirs sont imprégnés de matériaux de matrice ou de liant et transportés, par l'intermédiaire de rouleaux de changement de sens et/ou de cylindres et/ou de buses d'essorage et/ou de guidage, dans la direction voulue, par exemple verticalement, et sont profilés au cours de ce déplacement et ensuite durcis. Selon les exigences, sur ce profilé constitué de fibres ou de torons de fibres ou de matériaux de renfort verticaux, sont enroulés successivement, par exemple radialement, et/ou obliquement d'un ou des deux côtés (diagonalement) plusieurs fibres ou torons de fibres ou matériaux de renforcement analogues imprégnés et mouillés de matériau de matrice. Après la mise en place d'un enroulement précité, le profilage et le durcissement sont effectués. Après la mise en place du dernier enroulement, l'objet à fabriquer est de préférence bandé grâce à une feuille transparente, ensuite de préférence lissé superficiellement à l'aide d'un oscillateur de lissage, ensuite trempé et selon un processus continu, le profilé fabriqué est coupé à la longueur voulue. Le fonctionnement du dispositif pour la fabrication de profilés creux est le même que celui pour la fabrication de profilés pleins, à la différence cependant que les mandrins ou axes d'enroulement, revêtus d'agent de séparation en vue de la réalisation de la cavité du profilé, sont amenés de préférence en succession dans- le poste de transformation des fibres ou torons de fibres ou analogues transportés par les cylindres et/ou les buses de guidage et/ou des dispositifs de profilage.De cette façon, les fibres et/ou les torons et analogues se déposent sur les mandrins ou les noyaux. Ensuite, soit le durcissement est effectué, soit d'autres couches sont disposées sur la première couche avec durcissement ultérieur et analogues. Enfin, le mandrin ou le noyau d'enroulement est retiré avant le tronçonnage du profilé.The operation of the device for the manufacture of solid profiles is as follows
The fiber reinforcement materials extracted simultaneously and / or in suction from the reservoirs are impregnated with matrix or binder materials and transported, by means of change of direction rollers and / or cylinders and / or nozzles. 'wringing and / or guiding, in the desired direction, for example vertically, and are profiled during this movement and then hardened. Depending on the requirements, successively wound, for example radially, and / or obliquely on one or both sides (diagonally) of several fibers or strands of fiber on this profile made up of fibers or strands of fibers or vertical reinforcing materials or like reinforcing materials impregnated and wetted with matrix material. After the above winding has been put in place, the profiling and hardening are carried out. After the installation of the last winding, the object to be manufactured is preferably bandaged with a transparent sheet, then preferably smoothed superficially using a smoothing oscillator, then hardened and according to a continuous process, the profile fabricated is cut to the desired length. The operation of the device for the manufacture of hollow sections is the same as that for the manufacture of solid sections, with the difference however that the mandrels or winding shafts, coated with separating agent for the realization of the cavity of the profiled, are preferably brought in succession into the processing station for fibers or strands of fibers or the like transported by the cylinders and / or the guide nozzles and / or profiling devices. In this way, the fibers and / or the strands and the like are deposited on the mandrels or cores. Then, either the curing is carried out, or other layers are arranged on the first layer with subsequent curing and the like. Finally, the mandrel or the winding core is removed before cutting the profile.
L'avantage de l'invention réside, en résumé, dans le fait que non seulement des fibres à surface sensible, en particulier des fibres de carbone, en tant que matériau de renforcement, mais également des fibres mixtes avec des fibres superficiellement sensibles peuvent être transformées sans dommage et les propriétés précitées de ces fibres et des fibres mixtes avec ces fibres peuvent être utilisées de façon optimale, ce qui n'était pas possible jusqu'ici. En outre, grâce à l'invention, de nouveaux domaines d'application pour ces fibres et fibres mixtes sont rendus accessibles, les temps de fabrication avec économie importante simultanée de matière sont con sidérablement abaissés et le produit fabriqué ou l'objet précité peuvent, malgré les fibres de carbone très chères, être fabriqués sensiblement meilleur marché. The advantage of the invention resides, in summary, in the fact that not only fibers with a sensitive surface, in particular carbon fibers, as reinforcing material, but also fibers mixed with surface-sensitive fibers can be processed without damage and the aforementioned properties of these fibers and fibers mixed with these fibers can be used optimally, which was not possible until now. In addition, thanks to the invention, new fields of application for these fibers and mixed fibers are made accessible, manufacturing times with simultaneous significant saving of material are considerably reduced and the product produced or the abovementioned object can, despite the very expensive carbon fibers, to be made significantly cheaper.
Ces avantages sont déterminants pour une large application des fibres et fibres mixtes précitées pour des réalisations soumises à des contraintes élevées, par exemple pour des bâton de ski, perches de saut, pales de rotor pour hélicoptères, aubes de turbines et même dans la technique des fusées. These advantages are decisive for a wide application of the aforementioned fibers and mixed fibers for constructions subject to high stresses, for example for ski poles, jumping poles, rotor blades for helicopters, turbine blades and even in the technique of rockets.
L'invention est expliquée ci-après en détail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur le dessin annexé. The invention is explained below in detail using an embodiment shown in the accompanying drawing.
La figure représente une installation d'étirage et/ou d'enroulement combinés disposés verticalement, en principe, en vue de la réalisation discontinue et continue d'objets armés de fibres selon un et/ou plusieurs axes, en particulier de profilés pleins, de préférence pour la transformation de fibres superficiellement sensibles, en particulier de fibres de carbone, et également de fibres mixtes se composant des fibres précitées avec au moins un autre type de fibre, par exemple des fibres de verre ou des fibres de polyamides aromatiques. The figure shows a combined drawing and / or winding installation arranged vertically, in principle, for the discontinuous and continuous production of objects armed with fibers along one and / or more axes, in particular solid sections, preferably for the processing of surface sensitive fibers, in particular carbon fibers, and also mixed fibers consisting of the abovementioned fibers with at least one other type of fiber, for example glass fibers or aromatic polyamide fibers.
Selon la figure, le dispositif selon l'invention se compose d'un bati fixe 6 et de trois autres bâtis 20a, 20b et 20c rotatifs superposés autour d'un poste de transformation 10. According to the figure, the device according to the invention consists of a fixed frame 6 and three other rotary frames 20a, 20b and 20c superimposed around a transformer station 10.
Dans les bâtis 6, 20a, 20b et 20c se trouvent dans la partie supérieure un certain nombre de réservoirs 7 (non représentés en 20a, 20b et 20c sur la figure) pour le matériau de renforcement 1, 2a, 2b et 2c ; des oscillateurs ou vibreurs mécaniques ou pneumatiques 8 associés à une partie médiane avec les différents réservoirs 7 et transmettant au matériau de renforcement 1, 2a, 2b et 2c des oscillions 3gissant directement ou indirectement et mécaniques et à une partie inférieure avec au moins un, de préférence sous forme de couronne, ou avec plusieurs dispositifs d'imprégnation 4, 4a, 4b et 4c en forme de cuve. In the frames 6, 20a, 20b and 20c are located in the upper part a number of tanks 7 (not shown in 20a, 20b and 20c in the figure) for the reinforcing material 1, 2a, 2b and 2c; mechanical or pneumatic oscillators or vibrators 8 associated with a middle part with the various reservoirs 7 and transmitting to the reinforcement material 1, 2a, 2b and 2c oscillations 3 acting directly or indirectly and mechanically and to a lower part with at least one, of preferably in the form of a crown, or with several impregnation devices 4, 4a, 4b and 4c in the form of a tank.
Aux fibres superficiellement sensibles, en particulier aux fibres de carbone 1, sont associés, en vue de la transmission d'oscillations, sans contact, plusieurs oscillateurs ou vibreurs pneumatiques 8 avec des raccords d'aIr ou de gaz 9 et aux autres types de fibres 2a, 2b, 2c sont associés soit des oscillateurs 8, également pneumatiques, soit des oscillateurs mécaniques directement couplés aux m#té- rlaux de renfort. Les oscillateurs pneumatiques 8 sont alimentés par des bulles et/ou de l'air d'aspiration ou des jets de gaz intermittents, qui sont dirigés sur les fibres de carbone 1 et font osciller celles-ci mécaniquement, de préférence dans des chambres. To the surface sensitive fibers, in particular to the carbon fibers 1, are associated, for the transmission of oscillations, without contact, several pneumatic oscillators or vibrators 8 with air or gas fittings 9 and with the other types of fibers 2a, 2b, 2c are associated either with oscillators 8, also pneumatic, or with mechanical oscillators directly coupled to the reinforcing metals. The pneumatic oscillators 8 are supplied by bubbles and / or suction air or intermittent gas jets, which are directed on the carbon fibers 1 and cause them to oscillate mechanically, preferably in chambers.
Les oscillateurs mécaniques couplés directement aux fibres des autres types 2a, 2b et 2c se composent soit de rouleaux ou de paires de rouleaux vibrants ou de vibreurs, au-dessus desquels ou entre lesquels les fibres sont transportées et amenées à osciller mécaniquement, de façon à réaliser une régulation de contraintes de traction, une imprégnation et un mouillage entièrement sans bulles des fibres de renforcement et une diminution de la friction entre les rouleaux précités 3, 3a, 3b et 3c et les fibres 1, 2a, 2b et 2c déjà mouillés par le matériau de matrice 11. Mechanical oscillators directly coupled to fibers of other types 2a, 2b and 2c consist of either rollers or pairs of vibrating rollers or vibrators, above or between which the fibers are transported and caused to oscillate mechanically, so as to achieve tensile stress regulation, completely bubble-free impregnation and wetting of the reinforcing fibers and a reduction in friction between the aforementioned rollers 3, 3a, 3b and 3c and the fibers 1, 2a, 2b and 2c already wetted by the matrix material 11.
Les rouleaux 3, 3a, 3b et 3c sont montés dans des étriers, réunis mécaniquement et éventuellement, reliés par exemple par des traverses au bâti associé 6, 20a, 20b et 20c. The rollers 3, 3a, 3b and 3c are mounted in stirrups, joined mechanically and possibly, connected for example by crosspieces to the associated frame 6, 20a, 20b and 20c.
Le premier rouleau 3 > 3a, 3b et 3c disposé dans le sens de transport des fibres 1, 2a, 2b et 2c dans chaque dispositif dtimprégnation 4, 4a, 4b et 4c peut titre réalisé sous la forme d'un vibreur, de façon à favoriser l'opération de mouillage. The first roller 3> 3a, 3b and 3c arranged in the direction of transport of the fibers 1, 2a, 2b and 2c in each impregnation device 4, 4a, 4b and 4c may, in fact, be produced in the form of a vibrator, so as to favor the wetting operation.
Les dispositifs d'imprégnations 4, 4a, 4b et 4c sont remplis en permanence ou par intermittences de matériau de matrice ou de liant 11. The impregnation devices 4, 4a, 4b and 4c are filled permanently or intermittently with matrix material or binder 11.
Sur les dispositifs d'imprégnation 4, 4a, 4b et 4c à proximité du poste de transformation sont placés de préférence au moyen d'articulations, des cylindres ou des buses 5 d'essorage et/ou de guidage, pivotants et réalisés élastiquement, en particulier profilés, au-dessus desquels ou entre lesquels les fibres de renfort et/ou les fibres 2a, 2b et 2c sont transportées au poste de transformation 10. On the impregnation devices 4, 4a, 4b and 4c near the transformer station are preferably placed by means of articulations, cylinders or nozzles 5 of wiping and / or guiding, pivoting and produced elastically, in particular sections, above which or between which the reinforcing fibers and / or the fibers 2a, 2b and 2c are transported to the transformer station 10.
En outre, des dispositifs de profilage 12 pouvant être rapprochés et éloignés du poste de transformation et des dispositifs de chauffage et/ou d'irradiation 13 sont disposés en aval des dispositifs d'imprégnation 4, 4a, 4b et 4c dans le sens du déplacement. In addition, profiling devices 12 which can be moved towards and away from the transformer station and heating and / or irradiation devices 13 are arranged downstream of the impregnation devices 4, 4a, 4b and 4c in the direction of movement. .
Les dispositifs de profilage 12 sont réalisés sur la Figure sous la forme de rouleaux profilés pour la fabrication d'un profilé circulaire, mais ils peuvent égalements être profilés différemment, selon les exigences pour le profilé à réaliser. The profiling devices 12 are produced in the Figure in the form of profiled rollers for the manufacture of a circular profile, but they can also be profiled differently, depending on the requirements for the profile to be produced.
Les dispositifs de chauffage 13 peuvent être des dispositifs de chauffage classiques et les dispositifs d'irradiation 13 sont en particulier des dispositifs de rayonnement qui émettent des ondes électromagnétiques, de préférence dans le spectre des ondes lumineuses et en particulier dans la plage des ultraviolets de courte et de longue longueur d'onde. Dans le cas de l'utilisation de dispositifs de chauffage, le liant 11 doit contenir un durcisseur ou un accélérateur. The heating devices 13 can be conventional heating devices and the irradiation devices 13 are in particular radiation devices which emit electromagnetic waves, preferably in the spectrum of light waves and in particular in the short ultraviolet range. and long wavelength. In the case of the use of heating devices, the binder 11 must contain a hardener or an accelerator.
Si l'on opère avec des ondes électromagnétiques dans le spectre des ondes lumineuses, le liant Il doit contenir des sensibilisateurs. If one operates with electromagnetic waves in the spectrum of light waves, the binder It must contain sensitizers.
Comme les fibres de carbone 1 et également d'autres types de fibres ne peuvent pas être traversées ou ne le sont que partiellement par les ondes électromagnétiques dans la plage précitée, il faut placer une combinaison de dispositifs de chauffage et de radiateurs. As carbon fibers 1 and also other types of fibers cannot or only partially pass through electromagnetic waves in the above range, a combination of heaters and radiators must be placed.
Entre le dispositif d'imprégnation 4c et le dispositif de chauffage et/ou d'irradiation 13 le plus bas ou le dernier dans le sens du transport, est placé un dispositif d'application de bandage équipé de bobines de réserve 14 en vue de la délivrance bilatérale du bandage 15, qui est également placé dans un bâti rotatif non représenté sur la
Figure. En aval de ce dispositif d'application de bandage 14 est placé un oscillateur de lissage 16 constitué de plusieurs parties, qui est adapté à la surface du profilé à fabriquer et entoure celui-ci complètement ou par recouvrement et/ou dont les parties, dans le cas du recouvrement, sont décalées verticalement entre elles.Between the impregnation device 4c and the lowest or last heating and / or irradiation device 13 in the direction of transport, is placed a bandage application device equipped with reserve coils 14 for the purpose of bilateral delivery of the bandage 15, which is also placed in a rotary frame not shown in the
Figure. Downstream of this bandage application device 14 is placed a smoothing oscillator 16 made up of several parts, which is adapted to the surface of the profile to be manufactured and surrounds it completely or by covering and / or whose parts, in the case of overlap, are vertically offset between them.
Il va sans dire que les parties d'oscillateur peuvent également être réalisées sous la forme d'un oscillateur autonome 16. Cet oscillateur 16 oscille de préférence à une fréquence supérieure à 16 KHz, de préférence dans la plage ultrasonore à faible amplitude, de manière à obtenir une qualité superficielle et une densité (couche fine) élevées. It goes without saying that the oscillator parts can also be produced in the form of a stand-alone oscillator 16. This oscillator 16 preferably oscillates at a frequency greater than 16 KHz, preferably in the ultrasonic range at low amplitude, so to obtain a high surface quality and density (thin layer).
En aval du dispositif de chauffage et/ou d'irradiation 13 le plus bas ou le dernier sont de préférence placés un dispositif d'extraction à chaîne 17 à vitesse réglable et un dispositif de tronçonnage 18 en vue de tronçonner les profilés ou les objets profilés 19 fabriqués en continu et armés à l'aide de fibres, dispositifs qui sont également fixés dans des batiks non représentés sur la Figure
Pour la fabrication d'un objet 19 armé à l'aide de fibres sous la forme d'un profilé plein, les fibres de renforcement appropriées 1, 2a, 2b et 2c tirées des réservoirs 7, sont transportées entre ou sur les oscillateurs ou vibreurs pneumatiques et/ou mécaniques 8 et ensuite transportées dans le dispositif d'imprégnation 4, 4a, 4b et 4c, sont guidées sur les rouleaux ou les tiges correspondants 3, 3a, 3b et 3c, les cylindres ou buses 5 et à travers les dispositifs de profilage 12 (qui peuvent être réalisés sous la forme de buses élastiques) et y sont profilées et ensuite durcies par le dispositif de chauffage et/ou d'irradiation 13 associé.Downstream of the lowest or last heating and / or irradiation device 13, a chain extraction device 17 with adjustable speed and a cutting device 18 are preferably placed in order to cut the profiles or profiled objects 19 continuously fabricated and reinforced with fibers, devices which are also fixed in batiks not shown in the Figure
For the manufacture of an object 19 reinforced with fibers in the form of a full profile, the appropriate reinforcing fibers 1, 2a, 2b and 2c drawn from the tanks 7, are transported between or on the oscillators or vibrators pneumatic and / or mechanical 8 and then transported in the impregnation device 4, 4a, 4b and 4c, are guided on the corresponding rollers or rods 3, 3a, 3b and 3c, the cylinders or nozzles 5 and through the devices profiling 12 (which can be made in the form of elastic nozzles) and are profiled there and then hardened by the associated heating and / or irradiation device 13.
Le dispositif d'extraction à chaîne 17 assure le transport continu, qui est également adaptable à la vitesse de transport ou de fabrication. The chain extraction device 17 provides continuous transport, which is also adaptable to the speed of transport or production.
Durant la fabrication, le dispositif d'imprégnation 4 est stationnaire. Le dispositif d'imprégnation 4a délivre par exemple des fibres de verre perpendiculairement au dispositif de transport et tourne vers la droite autour du poste de transformation 18. During manufacture, the impregnation device 4 is stationary. The impregnation device 4a delivers, for example, glass fibers perpendicular to the transport device and rotates to the right around the processing station 18.
Le dispositif d'imprégnation 4b délivre par exemple des fibres de polyamide aromatique obli-quement à gauche et tourne vers la gauche autour du poste de transformation. The impregnation device 4b for example delivers aromatic polyamide fibers obliquely to the left and turns to the left around the transformer station.
Le dispositif d'imprégnation#4c délivre par exemple à nouveau des fibres de verre ou des fibres de bore ou un autre type de fibres 2a, 2b ou 2c obliquement vers la droite et tourne vers la droite autour du poste de transformation 10. The impregnation device # 4c for example again delivers glass fibers or boron fibers or another type of fibers 2a, 2b or 2c obliquely to the right and turns to the right around the transformer station 10.
Le type de fibre 1, 2as 2b et 2c et sa direction ainsi que l'ordre de succession des fibres en direction de ou le long du ou dans le poste de transformation, sont déterminés par les propriétés de l'objet 19 à fabriquer et doivent être adaptés à ces propriétés. The type of fiber 1, 2as 2b and 2c and its direction as well as the order of the fibers in the direction of or along or in the transformer station, are determined by the properties of the object 19 to be manufactured and must be adapted to these properties.
Il va sans dire qu'également des objets constitués seulement d'un autre type de fibre 1 ou du type de fibres 1 et 2c ou analogues peuvent être fabriqués. D'autres combinaisons sont également possibles. En outre, les fibres 2a peuvent être amenées simultanément dans une seconde direction (représentée en pointillés sur la Figure). It goes without saying that also articles made up only of another type of fiber 1 or of the type of fibers 1 and 2c or the like can be produced. Other combinations are also possible. In addition, the fibers 2a can be brought simultaneously in a second direction (shown in dotted lines in the Figure).
Egalement, en cas de besoin, des dispositifs de foulage peuvent être placés entre les dispositifs d'imprégnation 4, 4a, 4b et 4c et les cylindres ou les buses 5. Une telle exigence n'existe pas dans le cas d'application des oscillateurs 8 ou des rouleaux vibrants 3, 3a, 3b et 3c. Also, if necessary, crushing devices can be placed between the impregnation devices 4, 4a, 4b and 4c and the cylinders or the nozzles 5. Such a requirement does not exist in the case of the application of oscillators 8 or vibrating rollers 3, 3a, 3b and 3c.
Au cas où des objets 19 armés à l'aide de fibres sont fabriqués sous la forme de profilés creux, des mandrins ou des noyaux d'enroulement revêtus d'un agent de séparation doivent être disposés en succession dans le poste de transformation 10, en particulier entre les fibres 1 et les rouleaux 5, qui sont transportés par le dispositif tout entier, et sont à nouveau retirés ou extraits avant le tronçonnage des objets 19 profilés creux. Ces mandrins ou ces noyaux doivent également présenter la surface du profilé à fabriquer. If objects 19 reinforced with fibers are produced in the form of hollow profiles, mandrels or winding cores coated with a separating agent must be arranged in succession in the transformer station 10, in in particular between the fibers 1 and the rollers 5, which are transported by the entire device, and are again removed or extracted before cutting the hollow profiled objects 19. These mandrels or cores must also present the surface of the profile to be manufactured.
Il va sans dire que la vitesse de traction et les vitesses de rotation des dispositifs d'imprégnation 4a, 4b et 4c et du dispositif d'application de bande doivent être réglées les une sur les autres et adaptées à la température appropriée et/ou à la puissance du rayonnement. It goes without saying that the traction speed and the rotation speed of the impregnation devices 4a, 4b and 4c and of the tape application device must be adjusted one after the other and adapted to the appropriate temperature and / or the power of the radiation.
Comme l'angle d'amenée ou d'enroulement sont influencés ou déterminés par la vitesse de traction ou de transport ou la fabrication, la vitesse de rotation doit être réglée sur celle-ci et en par ticulier être maximale dans le cas de l'amenée perpendiculairement à la direction de transport. As the angle of supply or winding are influenced or determined by the speed of traction or transport or manufacturing, the speed of rotation must be adjusted on this and in particular be maximum in the case of brought perpendicular to the direction of transport.
Il s'est avéré qu'il est particulièrement avantageux et que-les propriétés les plus favorables des objets 19 sont obtenues, lorsque les rouleaux 3 pour les fibres superficiellement sensibles sont sensiblement plus grands que les rouleaux 3a, 3b et 3c pour les autres fibres et lorsque les rouleaux 3 ont un diamètre s'élevant à au moins 50 mm et lorsque simultanément l'angle d'enroulement sur les rouleaux 3 pour les fibres sensibles superficiellement est plus petit que celui pour l'autre type de fibre et que celui-ci est avantageusement compris entre 450 et 00. It turned out that it is particularly advantageous and that the most favorable properties of the articles 19 are obtained, when the rollers 3 for the surface sensitive fibers are significantly larger than the rollers 3a, 3b and 3c for the other fibers. and when the rollers 3 have a diameter of at least 50 mm and when simultaneously the winding angle on the rollers 3 for the surface sensitive fibers is smaller than that for the other type of fiber and that this this is advantageously between 450 and 00.
Lorsqu'en outre, l'angle d'amenée des fibres superficiellement sensibles est compris entre 3 et 70 et que l'angle d'amenée au poste de transformation 10 pour l'autre type de fibre s'en écarte et s'élève de préférence à 0 ou à 900, les propriétés particulières précitées de l'objet 19 sont réalisables. When, in addition, the angle of supply of surface sensitive fibers is between 3 and 70 and the angle of supply to the processing station 10 for the other type of fiber deviates from it and rises by preferably at 0 or 900, the aforementioned particular properties of object 19 are achievable.
Avec le dispositif selon l'invention, il est ainsi possible, non seulement de fabriquer des profilés pleins ou creux étirés ou enroulés, mais également en fibres de carbone et en particulier en éléments laminés mixtes avec des fibres de carbone, le type et la manière de fabrication étant adaptables à priori à la charge de l'objet. With the device according to the invention, it is thus possible, not only to manufacture full or hollow sections drawn or rolled, but also from carbon fibers and in particular from laminated elements mixed with carbon fibers, the type and the manner of manufacturing being adaptable a priori to the load of the object.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR7930211A FR2471268A1 (en) | 1979-12-10 | 1979-12-10 | High duty fibre reinforced plastic fibres - are vibrated, impregnated, conveyed, doctored, heated and cross-fed to laminating processes |
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FR7930211A FR2471268A1 (en) | 1979-12-10 | 1979-12-10 | High duty fibre reinforced plastic fibres - are vibrated, impregnated, conveyed, doctored, heated and cross-fed to laminating processes |
Publications (2)
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FR2471268A1 true FR2471268A1 (en) | 1981-06-19 |
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Family
ID=9232574
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FR7930211A Granted FR2471268A1 (en) | 1979-12-10 | 1979-12-10 | High duty fibre reinforced plastic fibres - are vibrated, impregnated, conveyed, doctored, heated and cross-fed to laminating processes |
Country Status (1)
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FR (1) | FR2471268A1 (en) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |