FR2491827A1 - Procede de production en continu de feuilles pre-impregnees - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE PRODUCTION DE FEUILLES PRE-IMPREGNEES. PLUSIEURS FAISCEAUX 1 DE FIBRES, DISPOSES PARALLELEMENT LES UNS AUX AUTRES ET DANS UNE SEULE DIRECTION, SONT ETALES DANS UN SOLVANT OU A L'ETAT MOUILLE PAR UN SOLVANT, PUIS TIRES EN CONTINU AFIN D'ETRE APPLIQUES SUR DES SURFACES COURBES D'ELEMENTS 3 D'ETALEMENT. LES FAISCEAUX DE FIBRES AINSI ETALES SONT ENSUITE SECHES ET IMPREGNES D'UNE QUANTITE DEFINIE DE RESINE EN FUSION. DOMAINE D'APPLICATION: PRODUCTION DE FEUILLES PRE-IMPREGNEES DE RESINE.
Description
L'invention concerne un procédé de production en continu de feuilles pré-
imprégnées, disposées parallèlement les unes aux autres dans une seule direction (et appelées plus simplement ci-après "feuilles pré-imprégnées") utilisées pour la fabrication d'articles en matière plastique armée de fibres et ayant une épaisseur uniforme, ainsi que peu de défauts d'aspect tels que du boulochage, du duvet, des trous, des yeux de poisson, etc., ce procédé convenant
particulièrement à la production de minces feuilles pré-
imprégnées. L'invention concerne également un procédé de production en continu de feuilles à faisceaux de fibres disposées parallèlement dans une seule direction (désignées
plus simplement ci-après "feuilles à faisceaux de fibres").
L'invention concerne également un procédé de production en
continu de feuilles pré-imprégnées présentant divers avan-
tages en ce qui concerne la qualité des articles fabriqués ainsi obtenus, ces avantages résultant de la non-utilisation d'un solvant lors de l'imprégnation des faisceaux de fibres
avec une résine.
Jusqu'à présent, on a produit des feuilles pré-
imprégnées en mouillant ou en imprégnant des matières fi-
breuses de base telles que des files de faisceaux de fibres, des étoffes tissées, des étoffes non tissées, des nappes, des feuilles de papier, etc. , avec une solution de résine telle qu'une résine époxy, une résine polyester insaturée, une résine phénolique, etc., dissoute dans un solvant volatil tel que de l'acétone, de la méthyléthylcétone, du "Cellosolve" méthylé, du diméthylformamide (DMF), du toluène, du méthanol, etc., et en éliminant par chauffage le solvant
de la matière fibreuse de base imprégnée.
Cependant, étant donné qu'on utilise un solvant
organique volatil pour la production de feuilles pré-
imprégnées, ces feuilles sont chauffées pendant une durée relativement longue pour que le solvant soit éliminé pendant l'opération de séchage. Ceci rend difficile le maintien de la résine à des caractéristiques uniformes de stade B et, par conséquent, les caractéristiques de fluidité de la résine de la feuille pré-imprégnée ne sont pas constantes,
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ce qui rend très difficile la maîtrise du procédé. Un autre problème important est que le solvant n'est pas complètement
éliminé et qu'il subsiste, même à la fin du procédé de pro-
duction. Un chauffage pendant une durée suffisamment longue pour éliminer totalement le solvant entraîne une maturation de la résine, ce qui empêche d'atteindre le stade B. De plus, le séchage à basse température diminue notablement
la productivité.
En outre, l'existence du phénomène dit de solvata-
tion entre la résine et le solvant rend impossible l'élimi-
nation complète du solvant de la feuille pré-imprégnée. Par conséquent, le solvant restant dans la feuille pré-imprégnée doit être considéré comme un défaut important provoqué par le procédé d'imprégnation au solvant. Le solvant restant dans la feuille pré-imprégnée se volatilise lorsqu'il est chauffé au cours du procédé de fabrication en développant un phénomène de moussage faisant apparaître des vides dans la feuille. Ces vides non seulement abaissent les diverses propriétés physiques telles que les propriétés mécaniques, les propriétés électriques, la résistance aux produits
chimiques, etc., mais ils diminuent également de façon con-
sidérable la résistance à la fatigue, ce qui affecte la fiabilité des produits. Comme indiqué précédemment, du fait du solvant restant, le procédé classique d'imprégnation par une solution présente divers défauts affectant la qualité
des produits ainsi fabriqués.
Par ailleurs, en opposition au procédé d'imprégna-
tion par solution décrit ci-dessus, on a proposé des procédés à sec pour la production de feuilles pré-imprégnées, parmi lesquels un procédé dans lequel une quantité de poudre ou de pâte d'une composition de résine est pulvérisée ou couchée sur une matière fibreuse de base et est chauffée pour fondre et s'imprégner dans la matière de baseces procédés comprennent également un procédé dans lequel une quantité prédéterminée de résine fondue, appliquée sur un papier anti-adhérent, ou une résine fondue ayant été mise précédemment sous la forme d'une pellicule d'épaisseur prédéterminée, est imprégnée à chaud dans une matière fibreuse de base, etc. Dans un tel procédé par voie sèche, étant donné qu'aucun solvant n'est utilisé, les problèmes posés par les solvants, par exemple dans le procédé d'imprégnation par solution, sont presque éliminés. Cependant, étant donné que la résine imprégnée dans la matière fibreuse de base n'est constituée que de la résine proprement dite, sans solvant, elle présente
l'aspect d'un liquide très-visqueux, bien qu'ayant un cer-
tain degré de fluidité à la température d'imprégnation. Par conséquent, on rencontre diverses difficultés pour imprégner uniformément et totalement la résine dans la matière fibreuse de base. Autrement dit, même dans le cas o il est possible d'appliquer la résine uniformément en largeur sur plusieurs files de faisceaux de fibres, disposées parallèlement, côte à côte et contiguës les unes aux autres, il n'est pas aisé d'appliquer la résine uniformément sur tous les éléments
de faisceaux de fibres. De plus, on ne parvient pas à impré-
gner avec succès les faisceaux de fibres uniformément et
complètement, avec la résine appliquée, ce qui a pour résul-
tat un manque d'uniformité de la répartition de la résine et une insuffisance d'imprégnation en raison d'une viscosité excessivement élevée de la résine par rapport à celle obtenue dans le cas du procédé d'imprégnation par solution, même
si la viscosité est abaissée à un certain degré par chauf-
fage. On peut songer à un procédé dans lequel plusieurs files de faisceaux de fibres passent dans un bain de résine en fusion, ou bien dans lequel une quantité prédéterminée d'une résine est appliquée sur les faisceaux de fibres par un
rouleau, par exemple, qui contient ladite quantité de résine.
Cependant, lorsque les faisceaux de fibres passent sur un rouleau ou un élément de guidage destiné à appliquer la résine visqueuse pour l'imprégner dans les faisceaux, les filaments des fibres tendent à s'enrouler sur le rouleau ou l'élément de guidage. Il en résulte l'apparition de défauts d'aspect tels que du duvet, du boulochage, etc., ainsi que
des inconvénients tels que, par exemple, un arrêt de l'opé-
ration de production. De plus, le procédé d'imprégnation par solution présente des inconvénients analogues, bien
qu'à des niveaux différents.
Par conséquent, dans les procédés de production de feuilles préimprégnées par voie sèche, pour répartir uniformément la résine et ne pas provoquer une imprégnation insuffisante, ou bien pour atténuer les défauts d'aspect tels que le duvet, le boulochage, les trous, les yeux de poisson, etc., il est nécessaire d'étaler suffisamment les faisceaux de fibres avant l'imprégnation et d'appliquer une
quantité prédéterminée de résine en fusion pour l'imprégna-
tion. En particulier, dans le cas de la production de minces feuilles préimprégnées, il est indispensable d'étaler au
préalable les faisceaux de fibres suffisamment.
Cependant, dans les procédés classiques par voie sèche utilisés pour éviter les effets nuisibles des solvants, la résine en fusion est imprégnée dans les faisceaux de fibres après que ces derniers ont été étalés à un certain degré par passage entre plusieurs barres parallèles ou plusieurs rouleaux rotatifs parallèles contre lesquels les faisceaux de fibres portent. Cependant, dans un tel procédé,
une grande résistance de frottement apparaft entre les fais-
ceaux de fibres et les barres, les rouleaux, etc. et, par
conséquent, pour étaler ces faisceaux sur la largeur souhai-
tée, il est nécessaire de les faire passer sur et entre un grand nombre de barres et de rouleaux, ce qui exige une traction importante. Ceci détériore considérablement les faisceaux de fibres et fait apparaître sur les feuilles pré-imprégnées des défauts tels que le duvet, le boulochage, les yeux de poisson, etc. De plus, dans certains cas, il est impossible d'obtenir la largeur d'étalement nécessaire
à la production de minces feuilles pré-imprégnées.
Par conséquent, dans les divers procédés par voie sèche qui ont été proposés jusqu'à présent, on a surtout donné de l'importance à l'application de la résine; ainsi, l'imprégnation par de la résine en fusion s'effectue alors que les faisceaux de fibres non imprégnés n'ont pas été suffisamment étalés et, en même temps ou après l'étape d'imprégnation, les faisceaux de fibres sont étalés jusqu'à
la largeur finale de la feuille pré-imprégnée. Pour impré-
gner une résine visqueuse dans les faisceaux de fibres, il
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est préférable d'abaisser par chauffage la viscosité de
la résine. L'imprégnation avec une solution à haute vis-
cosité est susceptible de provoquer des insuffisances ou des inégalités d'imprégnation. Par ailleurs, pour étaler les faisceaux de fibres imprégnés de résine, il est néces- saire d'utiliser une solution de résine dont la viscosité est élevée à un certain degré car, lorsqu'on n'utilise pas une telle solution de résine, seule la résine traverse la feuille pré-imprégnée et en est expulsée, et il devient
impossible d'obtenir une feuille pré-imprégnée dans la-
quelle la résine est répartie uniformément.
Pour produire une feuille pré-imprégnée plus mince, il est nécessaire d'étaler les faisceaux de fibres sur une largeur égale à plusieurs fois la largeur des faisceaux initiaux. Cependant, ceci ne constitue pas la seule difficulté, car il apparaît également des désordres dans la disposition parallèle des faisceaux de fibres, ce qui fait apparaître des trous, des fils mal alignés, etc. Comme indiqué précédemment, dans les procédés par voie sèche qui ne sont pas affectés des défauts dus aux solvants, la résine en fusion elle-même, avant l'étape d'imprégnation, présente une viscosité élevée, de sorte que, lors de l'imprégnation et de l'étape suivante d'étalement, il se produit une inégalité de la répartition de la résine et il apparaît également des défauts d'aspect (trous,
désordres de fils) de la feuille pré-imprégnée produite.
Compte tenu des indications précédentes, on a fait porter les efforts sur les procédés par voie sèche,
exempts des défauts dus aux solvants, pour obtenir un pro-
cédé de production en continu de feuilles pré-imprégnées ayant une épaisseur constante et exemptes de défauts tels que le duvet, le boulochage, les trous, les désordres de
fils, etc., sans cependant provoquer une insuffisance d'im-
prégnation de la résine ni une inégalité de la répartition de la résine dans les fibres. Ces recherches ont conduit
au procédé selon l'invention.
L'invention concerne donc un procédé de production en continu de feuilles de faisceaux de fibres, qui consiste
à étaler plusieurs faisceaux de fibres disposés parallèle-
ment les uns aux autres, dans une seule direction, dans un solvant ou à l'état mouillé avec un solvant, par débit continu desdits faisceaux de fibres en même temps qu'ils sont tendus, en contact sur des surfaces courbes d'éléments d'étalement comprenant au moins une partie de la surface courbe d'une colonne ou d'un cylindre, et à faire sécher les faisceaux de fibres ainsi étalés. L'invention concerne également un procédé de production en continu de feuilles pré-imprégnées, disposées parallèlement et dans une seule direction, qui consiste à imprégner les feuilles de faisceaux
de fibres séchés, ainsi obtenues en continu, avec une quan-
tité prédéterminée de résine fondue.
Par comparaison avec la méthode d'étalement utilisée dans les procédés classiques par voie sèche, l'étalement des faisceaux de fibres dans un solvant ou à l'état mouillé par un solvant, effectué en même temps qu'une traction est appliquée, dans le procédé de l'invention, provoque un
étalement continu des faisceaux de fibres qui sont appli-
qués à force, sous la traction des fils, sur les surfaces courbes des éléments d'étalement et, simultanément, dissout l'agent d'encollage appliqué sur les faisceaux de fibres et
relâche la force de liaison. De plus, l'étalement des fais-
ceaux de fibres dans un solvant ou à l'état mouillé par un solvant rend extrêmement faible la résistance de frottement apparaissant entre les faisceaux de fibres et les surfaces arrondies des éléments d'étalement. Ceci rend non seulement possible d'étalement des faisceaux de fibres jusqu'à la largeur souhaitée, sous seulement une faible traction et un
léger contact avec seulement quelques surfaces courbes pré-
sentées par les éléments d'étalement, mais réduit également
à un faible niveau la détérioration des faisceaux de fibres.
La largeur d'étalement des faisceaux de fibres varie suivant la teneur des faisceaux de fibres en agent d'encollage, le diamètre, le nombre, le type de combinaison, la disposition spatiale, le fini de surface, la matière, les conditions de contact des faisceaux de fibres (les éléments: d'étalement pouvant être du type fixe ou du type tournant librement),
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la traction de déroulage, la vitesse de déroulage etc., des éléments d'étalement qui présentent au moins en partie
la surface courbe d'une colonne ou d'un cylindre. Par consé-
quent, il est impossible de spécifier de façon définie la largeur d'étalement, mais il est nécessaire de la choisir en tenant compte de l'équilibre entre cette largeur et la détérioration des faisceaux de fibres. Par conséquent, la
largeur d'étalement par faisceau de fibres n'est pas parti-
culièrement spécifiée, mais dans le cas d'une production en continu de feuilles pré-imprégnées, il est préférable d'étaler un faisceau de fibres unitaire sur plus de 50 %,
et si possible sur plus de 100 %, sur la base de la quan-
tité de distribution de fibres correspondant à la largeur
et à l'épaisseur finales de la feuille pré-imprégnée souhai-
tée. Un nouvel étalement à un taux élevé, par faisceau de fibres unitaire, après imprégnation avec une résine en fusion, est susceptible de faire apparaître des défauts tels que des trous, des désordres de fils, etc. dans la feuille pré-imprégnée produite, ainsi que des inégalités dans la
répartition de la résine et des fibres. Il est donc souhai-
table d'étaler les faisceaux de fibres avant l'imprégnation
avec la résine en fusion.
Par ailleurs, dans le cas de la production en
continu de feuilles de faisceaux de fibres et de la produc-
tion en continu de feuilles pré-imprégnées, l'étalement d'un faisceau de fibres unitaire sur plus de 100 %, basé sur la quantité de fibres réparties, correspondant à la largeur et à l'épaisseur finales de la feuille de faisceaux de fibres souhaitée et de la feuille pré-imprégnée souhaitée, permet de produire efficacement des feuilles de faisceaux de fibres et des feuilles pré-imprégnées ne présentant pas de trous et dont la force de liaison entre les faisceaux de fibres est augmentée, par superposition d'une partie du faisceau
de fibres unitaire étalé sur une autre et obtention, finale-
ment, de la largeur et de l'épaisseur souhaitées. Après détermination de la position de plusieurs files de faisceaux de fibres disposées en une seule direction, continues et parallèles les unes aux autres, un faisceau unitaire de
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fibres sur deux est séparé et chaque file de fibres, dans un solvant ou à l'état mouillé par un solvant, est entrainée en continu tout en étant appliquée, sous traction, en contact avec des surfaces courbes d'éléments d'étalement, au moins une partie de ces surfaces courbes appartenant à une colonne ou à un cylindre, de manière que le faisceau unitaire de
fibres soit étalé sur plus de 100 %, sur la base de la quan-
tité de fibres distribuées correspondant à la largeur et à l'épaisseur finales de la feuille souhaitée de faisceaux de
fibres et de la feuille pré-imprégnée (mais il est néces-
saire que la largeur soit inférieure à 200 % afin que les faisceaux unitaires de fibres ne se touchent pas). Ensuite, en superposant un faisceau de fibres à un autre, on peut produire une feuille de faisceaux de fibres sans trou. En pratique, pour superposer efficacement des faisceaux de fibres, on peut étaler plusieurs faisceaux de fibres en
contact avec les surfaces courbes des mêmes éléments d'étale-
ment, jusqu'à moins de 100 %, puis on sépare un faisceau unitaire de fibres sur deux et on l'étale sur plus de 100 %,
en contact avec la surface courbe d'un autre élément d'étale-
ment ou le long des côtés avant et arrière des surfaces courbes des mêmes éléments d'étalement, puis on superpose
les files de faisceaux de fibres les unes aux autres.
Les opérations suivantes font également partie du procédé selon l'invention et donnent des résultats très satisfaisants. Après que l'agent d'encollage appliqué sur les faisceaux de fibres initiaux a été éliminé, tandis que ces faisceaux sont plongés dans un solvant ou sont mouillés par un solvant, les faisceaux de fibres sont de nouveau immergés dans une solution d'agent d'encollage ou revêtus par pulvérisation d'une telle solution afin qu'ils restent à l'état étalé. Ils sont ensuite suffisamment chauffés et séchés pour que le solvant soit éliminé et que la feuille de faisceaux de fibres soit fixée. Un autre moyen efficace et pratique consiste à utiliser une solution d'un agent d'encollage dissous dans le solvant utilisé dans l'étape d'étalement. La quantité d'agent d'encollage dissoute n'est
pas particulièrement critique, mais une solution à générale-
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ment moins de 20 % en poids est préférable.
Les faisceaux de fibres utilisés dans le procédé de l'invention sont des faisceaux composés d'un grand nombre de monofilaments et ils comprennent généralement des fils ou des câbles composés de faisceaux de longs filaments con- tinus. Par exemple, ils comprennent des fibres organiques
telles que des fibres de polyamide, de polyester, de poly-
acrylonitrile, d'alcool polyvinylique, etc.; des fibres organiques résistant à la chaleur telles que des fibres de polyamide aromatique (par exemple "Kevler", de la firme Dupont, Etats-Unis d'Amérique), de polyfluorocarbone, de
résine phénolique ("Kynol" de la firme Carbonrandam, Etats-
Unis d'Amérique), de polyamide-imide, de polyimide, etc.; des fibres de rayonne et des fibres naturelles; des fibres inorganiques telles que des fibres de verre, de nitrure de bore, de carbone (y compris des fibres carbonées, graphitées et résistant au feu), de nitrure de silicium, de carbure de silicium, d'alumine, d'oxyde de zirconium, d'amiante, etc.; des fibres métalliques telles que des fibres de cuivre,
d'alliage de tungstène, de fer, d'aluminium, d'acier inoxy-
dable, etc.; des fibres composites telles que des fibres de bore à âme de tungstène, des fibres de carbure de bore à âme de tungstène, des fibres de carbure de silicium à âme de tungstène, de bore, etc., ainsi que toutes les autres
matières pouvant prendre la forme d'une fibre. Il est égale-
ment possible d'utiliser des faisceaux de fibres composés d'une association d'au moins deux des fibres mentionnées ci-dessus. Les solvants utilisés dans la présente invention
comprennent des cétones telles que l'acétone, la méthyléthyl-
cétone; des alcools tels que l'alcool méthylique, l'alcool éthylique, l'alcool isopropylique, etc.; des éthers tels
que l'éther d'éthyle, l'éther de méthylisopropyle, le tétra-
hydrofuranne, etc.; des hydrocarbures halogénés tels que
le chlorure de méthylène, le chloroforme, etc.; des hydro-
carbures tels que le toluène, le xylène, l'hexane, l'heptane, etc.; le diméthylformamide, le diméthylacétamide, le diméthylsulfoxyde, etc., et on peut utiliser l'une, choisie de ces matières, ou bien un mélange d'au moins deux desdites matières. Comme agents d'encollage principalement utilisés, on peut mentionner des résines thermodurcissables telles que des résines époxy, des résines polyester insaturé, des résines vinyliques, des résines phénoliques et diverses résines phénoliques modifiées, des résines mélamnine et
diverses résines mélamine modifiée, des résines polyuréthan-
ne, de l'alcool polyvinylique et des résines polyvinyl-
butyral, des résines polyamide-imide, des résines polyimide, des résines siliconées (comprenant divers agents de couplage
du type silane), du phtalate de diallyle, etc., et les rési-
nes brutes ou les produits de faible poids moléculaire des résines précitées.Il est également possible d'utiliser des résines thermoplastiques telles que du polystyrène, un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle, de l'acide
poly(méth)acrylique, des esters de l'acide poly(méth)-
acrylique, un polyamide, un polycarbonate, un polyester,
une polyéthersulfone, de l'oxyde de polyphénylène, du sul-
fure de polyphénylène, etc., et des produits de faible poids moléculaire de ces résines, seuls ou en mélange de
deux ou plus des résines thermodurcissables précitées.
Comme résines fondues utilisées dans le procédé de l'invention, il est possible d'utiliser des résines thermodurcissables telles que des résines époxy, des résines
mélamine, des résines polyuréthanne, de l'alcool polyvinyli-
que et des résines polyvinyl-butyral, des résines polyamide-
imide, des résines polyimide, des résines siliconées, des résines phtalate de diallyle, etc., ou bien des résines thermoplastiques telles que du polyéthylène, du polypropylène, du polystyrène, des copolymères d'éthylène et d'acétate de
vinyle, du chlorure de polyvinyle, de l'acide poly(méth)-
acrylique, des esters de l'acide poly(méth)acrylique, du
polyamide, du polycarbonate, du polyester, une polyéther-
sulfone, de l'oxyde de polyphénylène, du sulfure de poly-
phénylène,etc., seuls ou en mélange de deux ou plusieurs
d'entre eux.
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De plus, il est souhaitable que les faisceaux de fibres disposés dans une seule direction et parallèlement
les uns aux autres occupent des positions déterminées obte-
nues par passage de ces faisceaux dans un élément en forme de peigne disposé de manière à placer les faisceaux de fibres sur une largeur correspondant à la largeur finale
de la feuille.
Les éléments d'étalement présentant au moins une partie de la surface courbe d'une colonne ou d'un cylindre sont des colonnes ou des cylindres pleins ou creux et il est également possible d'utiliser une partie de surface courbe découpée dans une colonne ou un cylindre de grand diamètre. La matière n'est pas particulièrement critique, mais il est préférable de choisir une matière ayant un faible coefficient de frottement et qui ne se déforme ni ne s'érode pas trop sous le frottement des faisceaux de fibres. On utilise habituellement de l'acide inoxydable, mais un élément d'étalement réalisé en métal revêtu d'une résine synthétique telle que du "Teflon", etc., de fer, de cuivre, etc.,et des substances inorganiques telles que le verre, l'alumine, etc., peuvent être mentionnés. Le
diamètre, le nombre, le type de combinaison et la disposi-
tion spatiale sont choisis en tenant compte de l'équilibre
entre la largeur d'étalement et la détérioration des fais-
ceaux de fibres et ils ne peuvent donc être déterminés de façon définie mais, pour des faisceaux de fibres ayant un
module d'élasticité élevé, on utilise des éléments d'étale-
ment de grand diamètre et il est souhaitable que le nombre,
le type de combinaison et la disposition spatiale des élé-
ments d'étalement soient choisis en tenant compte de la longueur du contact entre les faisceaux de fibres et les surfaces courbes et en tenant également compte de la force sous laquelle les faisceaux de fibres sont appliqués contre les éléments d'étalement sous l'effet de la traction de déroulage. Le type d'éléments d'étalement utilisés (qu'ils soient du type fixe ou du type tournant librement, ou bien
qu'ils soient du type menant, donnant une vitesse périphé-
rique différentielle dans la direction du défilement des
faisceaux de fibres, ou bien du type vibrant dans la direc-
tion du défilement des faisceaux de fibres ou perpendiculai-
rement à cette direction) exerce une grande influence sur les effets d'étalement (la largeur de l'étalement et la détérioration des faisceaux de fibres). En particulier, dans le cas du type fixe, la largeur d'étalement devient
importante, mais la détérioration devient-également relati-
vement grande; dans le cas du type tournant librement, la
détérioration est faible, mais la largeur d'étalement l'est --
aussi. D'autres types donnent des résultats en conformité avec les types mentionnés ci-dessus. Par conséquent, lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, il est souhaitable, en tenant compte des effets précités, d'utiliser le type fixe, le type tournant librement, le type menant et/ou le type vibrant, seul ou en combinaison avec un ou plusieurs autres types. En outre, la traction de déroulage et la vitesse de déroulage des faisceaux de fibres doivent évidemment être uniformes afin d'éviter l'apparition de tout désordre de ces faisceaux de fibres, et ces traction et vitesse sont choisies en relation avec les effets de l'étalement. L'étape de séchage des faisceaux de fibres étalés est très importante. Le procédé de l'invention est basé sur le procédé de production de feuilles pré-imprégnées par voie sèche qui est exempt des inconvénients dus aux solvants, mentionnés précédemment. Il est donc essentiel d'éliminer en totalité le solvant de la feuille pré-imprégnée produite
en faisant sécher totalement les faisceaux de fibres étalés.
La méthode de séchage n'est pas particulièrement critique, mais, pour réduire le désordre des faisceaux de fibres étalés et l'apparition de duvet, et pour empêcher le regroupement des faisceaux de fibres étalés sous l'effet de la force de cohésion du solvant, il est préférable de faire sécher les faisceaux en les plaçant en contact avec des tambours sécheurs
chauffés plutôt que d'utiliser un séchage du type à ventila-
tion. L'application d'une résine fondue et l'immersion dans la résine fondue peuvent être effectuées aisément par
l'adaptation de procédés classiques.
249 1827
Par exemple, on peut mentionner un procédé dans lequel la résine est appliquée au préalable par couchage par lame d'air, par couchage à la lame, par couchage à la
barre, par couchage au couteau, par couchage sous compres-
sion, par couchage par imprégnation, etc., un tel procédé pouvant être utilisé dans divers appareils d'enduction et divers appareils deproduction de films, et la résine est dosée en quantité définie avant et après l'imprégnation; et un procédé dans lequel une quantité définie de résine est appliquée par couchage par extrusion, couchage par calandrage, revêtement par pulvérisation, revêtement par projection, revêtement par rouleau de transfert, couchage par gravure, couchage par rouleau de report, revêtement
par rouleau inverse, etc., de manière à provoquer l'impré-
gnation de la résine. La résine peut être appliquée direc-
tement sur les faisceaux de fibres étalés, ou bien elle peut être appliquée indirectement, au préalable, sur une feuille de papier antiadhérent, puis reportée sur les faisceaux de fibres étalés, ou encore la résine peut être mise au préalable sous la forme d'une pellicule qui peut être appliquée sur les faisceaux de fibres étalés en même
temps qu'elle est amenée à l'état de fusion par chauffage.
Toutes ces opérations donnent de bons résultats.
La méthode d'imprégnation n'est pas particulière-
ment critique et l'imprégnation peut être aisément obtenue par l'utilisation combinée d'un rouleau chauffé et d'une
presse chauffée.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés àtitre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une élévation schématique d'une installation mettant en pratique le procédé de production en continu d'une feuille pré-imprégnée et unidirectionnelle
selon l'invention; et-
les figures 2A, 2B, 3A, 3B, 3C et 3D sont des vues schématiques de faisceaux de fibres et d'éléments d'étalement présentant au moins une partie de la surface
courbe d'une colonne-ou d'un cylindre placé dans l'air.
La figure 1 montre schématiquement une installation mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Plusieurs
faisceaux 1 de fibres sont déroulés en continu, sous trac-
tion régulée, de plusieurs porte-bobines 2 de manière à passer dans un dispositif 3 d'étalement et à être suffisam- ment séchés dans un sécheur 4. Une quantité prédéterminée
de résine fondue est appliquée par un dispositif 5 d'ali-
mentation en résine sur du papier anti-adhérent qui est
déroulé sous traction, et les faisceaux de fibres sont en-
traînés entre des rouleaux chauffés 7 vers une bobineuse 8. Les figures 2A et 2B montrent le passage des faisceaux de fibres dans un solvant ou leur humidification par un solvant. La figure 2A montre un exemple d'immersion des faisceaux dans un solvant et la figure 2B montre un exemple de mouillage uniforme des filesde faisceaux de fibres au moyen d'un dispositif 9 d'application de solvant
goutte à goutte.
Les figures 3A à 3D montrent des exemples de pro-
cédés d'application des faisceaux de fibres en contact avec des éléments d'étalement présentant au moins une partie de la surface courbe d'une colonne ou d'un cylindre. Les cercles ne portant pas de flèches représentent des barres fixes et les cercles portant des flèches représentent des rouleaux
du type tournant librement.ou du type menant.
Les exemples principaux de dispositifs de mise en
oeuvre du procédé de l'invention ont été décrits précédem-
ment. Il est cependant évident que l'invention peut être
mise en oeuvre par une combinaison de ces processus.
Le procédé selon l'invention dans lequel des fais-
ceaux de fibres sont étalés pour former une feuille préala-
blement séchée, puis suffisamment séchée, et ensuite impré-
gnés de résine en fusion, est non seulement utile pour la production en continu de. feuilles pré-imprégnées disposées parallèlement dans une seule direction, mais il convient
également à la production de feuilles convenant à des com-
posés de moulage de feuilles qui portent, sur une première face, une feuille pré-imprégnée disposée dans une seule
2 491827
direction, ainsi qu'à une application à la production en
continu, par extrusion par étirage, de barres rondes, car-
rées ou profilées, obtenues en suivant le même principe que celui de la stratification d'un grand nombre de feuilles pré-imprégnées unidirectionnelles. Le procédé peut égale- ment être aisément appliqué à la production de feuilles
stratifiées obtenues par stratification de feuilles pré-
imprégnées unidirectionnelles sous des angles convenables, afin d'éliminer l'anisotropie des feuilles pré-imprégnées unidirectionnelles, ainsi qu'à la production de ces feuilles pré-imprégnées stratifiées. Le procédé selon l'invention peut également être appliqué de façon très efficace à la production de feuilles pré-imprégnées composées d'étoffes de matières fibreuses, car le procédé permet d'uniformiser l'imprégnation de la résine fondue, éliminant les effets nuisibles précités des agents d'encollage afin de réduire
la détérioration des fibres.
La description qui suit porte sur des exemples
concrets du procédé de l'invention, donnés à titre non
limitatif.
Exemple 1
Douze faisceaux de fils de filaments de fibres
de carbone (chaque fil composé de 6000 filaments; résis-
tance à la traction du faisceau: 197 N/fil; quantité
d'agent d'encollage: 0,4 % en poids) sont disposés paral-
lèlement les uns aux autres à l'aide d'un peigne. Les fils
ainsi disposés sont introduits dans une cuve remplie de tétra-
hydrofuranne et ils passent alternativement entre des barres fixes qui sont perpendiculaires à la direction des fibres et disposées parallèlement les unes aux autres, à 20 cm les unes des autres, dans la cuve, afin que les fils puissent s'étaler. Les files de fils étalés sont amenées en contact avec les deux tiers de la surface périphérique d'un tambour sécheur (diamètre: 300 mm; chauffé à 1400C) et elles sont séchées, puis elles sont reçues en continu à une vitesse
de 1 ou 8 mm/min.
1 6 Vitesse Différence Largeur Résistance du de ré- Nombre de entre les d'étale- faisceau à la ception barres tractions ment par traction par (m/min) fixes de réception fil fil (T2 - T1) (mm/fil) (N/fil) (N/fil)
1 5 1,96 7,6 196
1 5 14,7 11,4 187
8 5 1,96 6,7 194
8 5 9,81 9,6 189
Différence entre les tractions de réception (T2 - T1) T1: traction avant l'arrivée à la première barre fixe T2: traction après passage sur la dernière barre Résistance du faisceau à la traction par fil Valeur moyenne des résistances à la traction de 10 fils reçus (longueur de portée: 30 cm) Exemple comparatif 1 On fait passer, sans utiliser le bac rempli de tétrahydrofuranne, le même fil de filaments de fibres de
carbone que celui utilisé dans l'exemple 1, alternative-
ment entre des barres fixes (diamètre: 12 mm; acier inoxydable) placées dans l'air, perpendiculairement à la direction des fibres et parallèlement les unes aux autres, à intervalles de 20 cm, de manière que le fil puisse
s'étaler. Les fils étalés sont ensuite reçus en continu.
* Vitesse Différence Largeur Résistance du de récep- Nombre de entre les d'étale- faisceau à la tion barres tractions ment par traction par (m/min) fixes de réception fil fil (T2 - T 1) (mm/fil) (N/fil) (N/fil)
1 5 9,81 4,5 168
1 9 44,15 6,3 165
8 5 9,81 4,4 177
8 9 44,15 6,5 173
Différence entre les tractions de réception (T2 - T1): T: traction avant l'arrivée à la première barre fixe T: traction après passage sur la dernière 2 barre
249 1827
Résistance du faisceau à la traction par fil Valeur moyenne des résistances à la traction
de 10 fils reçus (longueur de portée: 30 cm).
Exemple 2
De même que dans l'exemple 1, douze faisceaux de fils de filaments de fibres de carbone (chaque fil composé de 6000 filaments; résistance des faisceaux à la traction: 197 N/fil; quantité d'agent d'encollage: 0,4 % en poids) sont disposés parallèlement les uns aux autres à l'aide d'un peigne d'un pas de 8,2 mm. Les fils ainsi
disposés sont introduits dans une cuve remplie de tétrahydro-
furanne dans laquelleon a dissous 5 % en poids d'une résine époxy (commercialisée sous la marque "Sumiepoxy ESA-011" par la firme Sumitomo Chemical Company, Limited) composée
d'un produit de condensation de bisphénol A et d'épichlo-
rhydrine. On fait passer alternativement les-fils entre cinq barres fixes (diamètre: 12 mm; acier inoxydable) qui sont perpendiculaires à la direction des fibres et qui
sont placées parallèlement les unes aux autres, à inter-
valles de 20 cm, dans la cuve, afin que les fibres puissent
s'étaler. Les files formées par les fils s'étalent de ma-
nière à ne pas former de trou, s'appliquent contre les deux tiers de la périphérie d'un tambour sécheur (diamètre 300 mm; chauffé à 140'C) et sèchent, et la feuille disposée de façon unidirectionnelle, dont la largeur est de 100 mm, est reçue à une vitesse de 8 mm/min, de façon que l'on obtienne une feuille continue unidirectionnelle. Dans ce cas, les files formées par les fils séchés sont entraînées à 8 m/min sur six rouleaux tournants librement (diamètre 40 mm; acier inoxydable) placés à intervalles de 50 cm; on ne trouve cependant aucun désordre important de ces
files, ce qui démontre l'action suffisante de l'agent d'en-
collage.
Exemple 3
De même que dans l'exemple 1, douze faisceaux-de fils de filaments de fibres de carbone (chaque fil composé de 6000 filaments; résistance des faisceaux à la traction 197 N/fil; quantité d'agent d'encollage: 0,4 % en poids) sont disposés parallèlement les uns aux autres au moyen d'un
249 1827
peigne ayant un pas de 8,2 mm. Les fils ainsi disposés sont introduits dans une cuve remplie de tétrahydrofuranne. Dans cette cuve, on fait passer alternativement les files formées par les fils entre cinq barres fixes (diamètre: 12 mm; acier inoxydable) qui sont disposées perpendiculairement à la direction des fibres et orientées parallèlement les unes aux autres, à intervalles de 20 cm, afin que les files puissent s'étaler. Les files formées par les fils s'étalent sans former de trous, s'appliquent contre les deux tiers de la périphérie d'un tambour sécheur (diamètre 300 mm;
chauffé à 140'C) et sont séchées, et la feuille d disposi-
tion unidirectionnelle, d'une largeur de 100 mm, est reçue sous une différence, entre les tractions de réception, de 118N et à une vitesse de 8 m/min. Sur cette feuille, on applique une quantité définie de résine époxy (100 parties de "Sumiepoxy ELA-128, BF3.MEA 3 PHe'), tandis que la feuille est chauffée à 80C, puis la feuille est comprimée entre des rouleaux chauffés à 1000C afin qu'elle s'imprègne de
résine. De cette manière, une feuille pré-imprégnée à dis-
position unidirectionnelle, d'une épaisseur de 50 micromètres
(épaisseur à Vf = 60 % de maturation) est produite en con-
tinu. En stratifiant unidirectionnellement les feuilles pré-
imprégnées ainsi produites, on forme un échantillon ayant pour dimension 120 mm x 6 mm et une épaisseur de 2 mm. Sa résistance à la flexion, dans la direction des fibres, est de 1687.106 Pa; le module de flexion élastique est de 112,8.109 Pa et la résistance au cisaillement entre couches est de 89,3.106 Pa. La teneur volumique des fibres à ce
moment est de 60 %.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté
sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (3)
1. Procédé de production en continu de feuilles pré-imprégnées, disposées parallèlement les unes aux autres, dans une seule direction, caractérisé en ce qu'il consiste à étaler plusieurs faisceaux (1) de fibres disposés paral- lèlement les uns aux autres, dans une direction unique, dans un solvant ou à l'état mouillé par un solvant, à recevoir en continu les faisceaux de fibres tout en les tirant en contact sur des surfaces courbes d'éléments (3) d'étalement présentant au moins une partie de la surface courbe d'une colonne ou d'un cylindre, et à faire sécher les faisceaux
de fibres ainsi étalés.
2. Procédé de production en continu de feuilles pré-imprégnées disposées parallèlement les unes aux autres
et dans une direction unique, caractérisé en ce qu'il con-
siste à étaler plusieurs faisceaux (1) de fibres disposés
parallèlement les uns aux autres et dans une seule direc-
tion, dans un solvant ou à l'état mouillé par un solvant, en recevant en continu lesdits faisceaux de fibres tout en les tirant en contact sur des surfaces courbes d'éléments
(3) d'étalement présentant au moins une partie de la sur-
face courbe d'une colonne ou d'un cylindre, le procédé con-
sistant également à faire sécher les faisceaux de fibres ainsi étalés et à imprégner avec une quantité définie de résine en fusion les files formées par les faisceaux de
fibres séchés.
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