FR2547238A1 - Glass fibre mat prodn. without binding agent - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention a pour objet un procédé de fabrica
tion de mats en fibres de verre exempts de liant, dans lequel une couche de fibres de verre est liée en mat à laide d'aiguilles.The subject of the invention is a manufacturing process.
tion of binder-free glass fiber mats, in which a layer of glass fibers is bonded to the mat using needles.
Des éléments de construction plats en matière plastique peuvent, comme il est connu, entre fabriqués de façon particulièrement avantageuse par un formage sous pression de matières thermoplastiques renforcées par des mats en fibres de verre. On utilise à cette fin de minces plaques en matière thermoplastique renforcée par un mat de fibres de verre, qui sont portées à une température, à laquelle la matière thermoplastique se ramollit et devient fluide, puis introduites dans un moule formé d'une moitié male (moule positif) et d'une moitié femelle (matrice), froid ou légèrement chauffé, qui est rapidement fermé et maintenu fermé sous pression, Jusqu'à ce que la matière, qui s'écoule pour remplir toute la cavité du moule, soit refroidie0 Le moule est ensuite ouvert et l'élément de construction formé est démoulé. Flat building elements made of plastic may, as is known, be manufactured in a particularly advantageous manner by the pressure forming of thermoplastic materials reinforced by glass fiber mats. For this purpose, thin plates of thermoplastic material reinforced with a glass fiber mat are used, which are brought to a temperature at which the thermoplastic material softens and becomes fluid, then introduced into a mold formed by a male half ( positive mold) and a female half (matrix), cold or slightly heated, which is quickly closed and kept closed under pressure, until the material, which flows to fill the entire mold cavity, is cooled The mold is then opened and the building element formed is removed from the mold.
Cette technique de moulage , intXressante du point de vue économique, exige l'utilisation de matériaux de renforcement possédant certaines propriétés particulières. This economically advantageous molding technique requires the use of reinforcing materials having certain specific properties.
Les éléments finis doivent posséder une surface très lisse, d'un aspect avantageux, et la répartition des fibres doit autre uniforme pour assurer une solidité élevée et une bonne stabilité dimensionnelle aux tempé- ratures accrues. The finished elements must have a very smooth surface, of an advantageous appearance, and the distribution of the fibers must other uniform to ensure a high solidity and a good dimensional stability at the increased temperatures.
Pour obtenir ces propriétés, il faut que les fibres formant le mat puissent se déplacer les unes par rapport aux autres et se répartir rapidement et uniformément dans la matière thermoplastique fluide, lors de la fermeture du moule. To obtain these properties, the fibers forming the mat must be able to move with respect to one another and to distribute themselves quickly and uniformly in the fluid thermoplastic material, when the mold is closed.
Ceci n'est pas le cas pour les mats en fibres ou filaments de verre, liés par un liant tel qu'une résine synthétique durcissable, par lequel les filaments de verre sont collés les uns aux autres à leurs points de croisement, ce qui en entrave évidemment la mobilité dans le mat. Les mats ainsi fabriqués sont plus faciles à manipuler et la fixation des fibres de verre empoche d'autre part que, pendant le moulage à l'état fluide de demi-produits renforcés par de tels mats, les fibres migrent de manière uniforme dans les parties marginales des éléments à fabriquer. Le liant a fréquemment aussi une influence néfaste sur la matière thermoplastique à renforcer et(ou) empoche l'adhérence du verre à la matière plastique, diminuant ainsi les propriétés mécaniques des éléments finis. This is not the case for glass fiber or filament mats, linked by a binder such as a hardenable synthetic resin, by which the glass filaments are glued to each other at their crossing points, which in turn obviously hinders mobility in the mast. The mats thus produced are easier to handle and the fixing of the glass fibers pockets on the other hand that, during the molding in the fluid state of semi-finished products reinforced by such mats, the fibers migrate uniformly in the parts marginal elements to be manufactured. The binder frequently also has a harmful influence on the thermoplastic material to be reinforced and (or) pockets the adhesion of the glass to the plastic material, thus reducing the mechanical properties of the finished elements.
Il est connu de fabriquer des mats en fibres de verre exempts de liant par un aiguilletage d'une couche de fibres de verre. Un procédé de ce genre est, par exemple, décrit dans le brevet allemand (DOS) 2 113 714. It is known to manufacture glass fiber mats free of binder by needling a layer of glass fibers. A process of this kind is, for example, described in the German patent (DOS) 2,113,714.
Il consiste à traiter des fibres de verre, disposées en couche, avec un grand nombre d'aiguilles munies de crochets, qui provoquent lenchevbtrement des filaments, mais également la cassure de beaucoup de ceux-ci en courts morceaux. Un mat ainsi réalisé possède à sa surface, du côté sortie des aiguilles, une'densité élevée en bouts de fibres saillants. Pour obtenir une proportion élevée en petits bouts de fibres, qui sont nécessaires pour assurer un écoulement uniforme des fibres au moulage des demi-produits, il faut un aiguilletage dense (100 aiguilles ou plus par m2).It consists in treating glass fibers, arranged in a layer, with a large number of needles provided with hooks, which cause the entanglement of the filaments, but also the breaking of many of these in short pieces. A mat thus produced has on its surface, on the outlet side of the needles, a high density at the ends of protruding fibers. To obtain a high proportion of small pieces of fiber, which are necessary to ensure a uniform flow of the fibers in the molding of the semi-finished products, a dense needling (100 needles or more per m2) is required.
Ces mats sont par conséquent très denses et ressemblent à du feutre et possèdent de nombreux bouts de fibres saillants, qui rendent compliquée et onéreuse l'imprégnation subséquente avec la matière thermoplasti- que. Les mats de ce type sont, pour cette raison, soit réalisés avec un poids par unité de surface (m2) rela tivement réduit, soit utilisés en combinaison avec d'autres mats moins compacts. These mats are therefore very dense and resemble felt and have many protruding scraps of fiber, which make the subsequent impregnation with the thermoplastic complicated and expensive. For this reason, masts of this type are either produced with a relatively reduced weight per unit area (m2), or used in combination with other less compact masts.
Les fibres de verre coupées, qui ne sont pas liées par un liant,'ne peuvent entre aiguilletées que dans des dispositifs compliqués et dispendieux, parce que leur couche déposée an vrac ne possède pas de cohésion interne et est relativement compliquée à transporter dans le dispositif dQaiguilletageO Des problèmes analogues se rencontrent lors du transfert de fils sans fin en verre de la courroie, sur laquelle ils sont déposés, dans le dispositif à aiguilles0
La Demanderesse s 6tait donc fixée comme obJec- tif la fabrication, avec un appareillage simple, d'un matériau de renforcement an forme de mat, qui ne possède pas les désavantages des mats en fibres de verre connus et possède une bonne fluidité, donnant une répartition uniforme des fibres dans les éléments finis
Le matériau de renforcement en forme de mat doit de plus cotre aisément imprégnable par la matière thermoplastique fondue et permettre de produire une matière synthétique renforcée par des fibres d'une grande solidit et d'une bonne résistance dans toutes les directions de contrainte.Cut glass fibers, which are not bound by a binder, can only between needles in complicated and expensive devices, because their loose layer does not have internal cohesion and is relatively complicated to transport in the device dQaiguilletageO Similar problems are encountered when transferring endless glass threads from the belt, on which they are deposited, into the needle device0
The Applicant had therefore set itself the objective of manufacturing, with simple apparatus, a reinforcement material in the form of a mat, which does not have the disadvantages of known glass fiber mats and has good fluidity, giving a uniform distribution of fibers in finite elements
The reinforcing material in the form of a mat must moreover easily be impregnated with the molten thermoplastic material and make it possible to produce a synthetic material reinforced with fibers of great strength and good resistance in all directions of stress.
Conformément à l'invention, cet obJet est réalisé en déposant des fibres de verre sur une feuille en matière thermoplastique et en les liant avec la feuille par un aiguilletage. According to the invention, this object is achieved by depositing glass fibers on a sheet of thermoplastic material and by binding them with the sheet by needling.
On emploie des fils ou stratifies (rovings) usuels, qui sont formés d'un certain nombre de filaments individuels, maintenus par un produit d'ensimage usuel, c'est-i-dire une composition contenant en règle générale un agent d'adhérence, par exemple un agent à base d'un silane organiqueun lubrifiant à bas poids moléculaire et une substance filmogène, par exemple un alcool polyvinylique, un poly(acétate de vinyle) ou une résine de polyester. Les produits d'ensimage sont ap pliqués à raison de 0,3 à 5 % du poids des fibres de verre. Usual threads or laminates (rovings) are used, which are formed from a number of individual filaments, held together by a usual sizing product, that is to say a composition containing as a rule an adhesion agent. , for example an agent based on an organic silane, a low molecular weight lubricant and a film-forming substance, for example a polyvinyl alcohol, a poly (vinyl acetate) or a polyester resin. The sizing products are applied at a rate of 0.3 to 5% by weight of the glass fibers.
Les fils en filaments sans fin peuvent entre déposés directement sur la feuille en matière thermoplastique ; dans un mode de réalisation préféré, ils sont déposés en vrac, après avoir été coupés sur des appareils de coupe habituels à des longueurs comprises entre 10 et 250 mm, de préférence entre 25 et 50 mm. The endless filament yarns can be deposited directly on the sheet of thermoplastic material; in a preferred embodiment, they are deposited in bulk, after having been cut on conventional cutting devices to lengths between 10 and 250 mm, preferably between 25 and 50 mm.
Il est cependant aussi possible d'employer de la verranne (fibres coupées) ou des mélanges de divers types de fibres.However, it is also possible to use verranne (cut fibers) or mixtures of various types of fibers.
La feuille en matière thermoplastique possède avantageusement une épaisseur comprise entre 10 et 500 pm, en particulier entre 50 et 100 pm. Elle peut éventuellement avoir été rendue rugueuse, par exemple à l'aide d'aiguilles. La feuille est de préférence dans la mbme matière thermoplastique que le demiprodult à fabriquer. Si une telle feuille n'est pas disponible ou trop conteuse à produire, on choisira celle en une matière thermoplastique aussi compatible que possible avec le matériau à renforcer et n'influençant pas défavorablement les propriétés de la matière thermoplastique renforcée. En règle générale, la feuille support est incorporée au mat de fibres de verre. Si, pour une raison ou une autreRla feuille ne doit pas rester dans le mat, on emploie des aiguilles qui poussent et(ou) rompent les fibres de verre, non dans la direction de piquage, mais dans la direction de sortie, et qui ne lient donc pas la feuille au mat de fibres; celle-ci peut donc entre enlevée sans problème. The sheet of thermoplastic material advantageously has a thickness of between 10 and 500 μm, in particular between 50 and 100 μm. It may possibly have been roughened, for example using needles. The sheet is preferably in the same thermoplastic material as the semi-product to be manufactured. If such a sheet is not available or too content to produce, one will choose that made of a thermoplastic material as compatible as possible with the material to be reinforced and not adversely influencing the properties of the reinforced thermoplastic material. As a rule, the support sheet is incorporated into the glass fiber mat. If, for some reason or other, the sheet should not remain in the mast, use is made of needles which push and / or break the glass fibers, not in the pricking direction, but in the exit direction, and which do not therefore do not bind the sheet to the fiber mat; it can therefore be removed without problem.
On peut, de cette façon, produire des mats de fibres exempts de feuille thermoplastique, qui conviennent pour tous les genres de matières thermoplastiques durcissables. In this way, fiber mats free of thermoplastic sheet can be produced, which are suitable for all kinds of curable thermoplastic materials.
Dans le cas de l'utilisation préférée de verranne, les fibres possèdent des longueurs suffisamment courtes pour assurer une bonne distribution. Dans ce cas, l'aiguilletage sert principalement au liage à l'aide de la feuille support. In the case of the preferred use of verranne, the fibers have sufficiently short lengths to ensure good distribution. In this case, the needling is mainly used for tying using the support sheet.
Dans le cas de fils sans fin, l'aiguilletage sert, à cbté du liage, à provoquer la cassure des fils en des morceaux plus courts, afin d'obtenir une bonne répartition de ceux-ci. Suivant l'intensité de 1'ai guilletage, les stratifils sont désagrégés d'une ma nière plus ou moins prononcée en filaments individuels et le degré de feutrage, qui en découle, détermine à son tour la facilité d'imprégnation avec la matière thermoplastique fondue. In the case of endless yarns, the needling serves, next to the binding, to cause the yarns to break into shorter pieces, in order to obtain a good distribution of these. Depending on the intensity of the guilling, the rovings are disaggregated in a more or less pronounced way into individual filaments and the degree of felting, which results therefrom, in turn determines the ease of impregnation with the molten thermoplastic material. .
La fraction des fils cassés et la longueur de ceux-ci peuvent entre réglées de façon déterminée en faisant varier le nombre des piqAres par cm2. The fraction of the broken threads and the length thereof can be adjusted in a certain way by varying the number of pieces per cm2.
Dans le cas de la verranne, un nombre de pitres de 20 à 35 par cm est généralement suffisant pour assurer une bonne distribution à l'état fluide Un aiguilletage plus dense, par exemple Jusqu'à 100 pitres par cm2, permet cependant encore un transport sans problème de la couche de fibres déposée sur la feuille à travers l'installation d'aiguilletage. Le liage des fibres les unes aux autres, provoqué par l'aiguilletage, est suffisant pour permettre la manipulation du mat et l'utilisation d'un liant indésirable n'est plus nécessaire. In the case of verranne, a number of pitres from 20 to 35 per cm is generally sufficient to ensure good distribution in the fluid state A denser needling, for example Up to 100 pitres per cm2, still allows transport without problem of the layer of fibers deposited on the sheet through the needling installation. The bonding of the fibers to each other, caused by needling, is sufficient to allow handling of the mat and the use of an undesirable binder is no longer necessary.
La résistance à la rupture d'un mat réalisé avec des fils d'une longueur de 50 mm est de l'ordre de 50 N par 100 mm à la température ordinaire. The breaking strength of a mat produced with wires 50 mm long is of the order of 50 N per 100 mm at ordinary temperature.
Le dépôt des fibres pour la formation d'un mat peut entre réalisé sur une surface plane, qui s'étend
Jusqu'au plateau de 1 t alguilleteuse et sur laquelle glisse la feuille en matière thermoplastique. The deposition of the fibers for the formation of a mat can between realized on a flat surface, which extends
Up to the tray of 1 t foil-forming machine and on which the sheet of thermoplastic material slides.
Par un avancement régulier de la feuille à travers l'appareil de coupe ou le dispositif de dépôt du roving et l'installation d'aiguilletage, on obtient un mat d'un poids constant. Les bouts de fibres et la poussière de fibres , produits pendant l'aiguilletage, restent en grande partie dans le mat formé et on évite ainsi les pertes en verre et les pannes dues au bouchage des trous dans le plateau de l'aiguilleteuse. By regularly advancing the sheet through the cutting device or the roving depositing device and the needling installation, a mat of constant weight is obtained. The fiber ends and the fiber dust produced during needling remain largely in the mat formed, thus avoiding glass losses and breakdowns due to plugging of the holes in the needling table.
Le mat de fibres de verre exempt de liant, conforme à l'invention, est de préférence soumis à deux stades d'aiguilletage. The binder-free glass fiber mat according to the invention is preferably subjected to two stages of needling.
Les fibres de verre, déposées en vrac sur une feuille support, passent d'abord dans une installation de pré-aiguilletage avec une barre à aiguilles étroite et une vitesse de piquage réduite. The glass fibers, deposited in bulk on a support sheet, first pass through a pre-needling installation with a narrow needle bar and a reduced stitching speed.
Se sont avérées avantageuses une barre d'une largeur de 50 à 100 mm et une densité des aiguilles de 5 à 15 par cm2, qui empêchent que les fibres ne se mettent à tourbillonner. A bar with a width of 50 to 100 mm and a density of the needles of 5 to 15 per cm 2 have proved to be advantageous, which prevent the fibers from starting to swirl.
La couche partiellement liée traverse ensuite l'installation d'aiguilletage principale avec une large barre à aiguilles (de 100 à 300 mm) et une grande vitesse de piquage. The partially bonded layer then passes through the main needling installation with a large needle bar (100 to 300 mm) and a high stitching speed.
De cette façon, la productivité est considérablement augmentée et on peut réaliser des vitesses de production allant Jusqu'à 20 mètres par minute. In this way, productivity is considerably increased and production speeds of up to 20 meters per minute can be achieved.
Exemple 1
Cet exemple a été réalisé dans l'installation telle qu'illustrée par la figure unique du dessin annexé.Example 1
This example was made in the installation as illustrated by the single figure of the accompanying drawing.
48 rovings de 2400 tex (1) en fils de 40 tex sont amenés, les fils étant régulièrement espacés sur toute la largeur de 120 cm, prévue pour le mat terminé, dans un appareil de coupe large (2) disponible sur le marché (fabriqué par la firme Schmidt-Heinzmann,3ruchsal), dans lequel ils sont coupés aux longueurs de 25 et de 50 mm. Les fibres coupées (3) tombent en continu sur une feuille support (4) en polypropylène, d'une épais- seur de 75 #, qui avance sur une table avec une vitesse de 4 mètres par minute. Les fibres coupées se déposent en vrac pour former une couche de 600 g/m2' , délimitée des deux cas par un bord de guidage. 48 rovings of 2400 tex (1) in 40 tex threads are brought, the threads being regularly spaced over the entire width of 120 cm, provided for the finished mat, in a wide cutting device (2) available on the market (manufactured by the firm Schmidt-Heinzmann, 3ruchsal), in which they are cut to lengths of 25 and 50 mm. The cut fibers (3) fall continuously onto a polypropylene support sheet (4), 75 # thick, which advances on a table with a speed of 4 meters per minute. The cut fibers are deposited in bulk to form a layer of 600 g / m2 ', delimited from the two cases by a guide edge.
Cette couche traverse ensuite une installation de pré-aiguilletage (5), dans laquelle la profondeur du piquage est réglée pour obtenir une pénétration des aiguilles d'environ 4 mm à travers la couche et la feuille, les fils de verre traversant la feuille en formant de l'autre cbtg de petites boucles0 Pour ce pré-aiguilletage, une densité des aiguilles de 6 par cm2 est déJà suffisante-. This layer then passes through a pre-needling installation (5), in which the depth of the stitching is adjusted to obtain a penetration of the needles of approximately 4 mm through the layer and the sheet, the glass strands passing through the sheet forming on the other cbtg small loops0 For this pre-needling, a needle density of 6 per cm2 is already sufficient-.
L'aiguilletage terminal -dans l'installation d'aiguilletage principale (6) est réalisé avec des aiguilles à feutrer classiques, munies de crochets0 La densité des aiguilles est de 20 par cm2 et la profon- deur de piquage de Il mm, y compris la pointe d'une longueur de 6 mm. Terminal needling - in the main needling installation (6) is carried out with conventional felting needles, fitted with hooks0 The density of needles is 20 per cm2 and the depth of stitching of Il mm, including the tip with a length of 6 mm.
Le mat fini(7) possède une résistance à la traction d'environ 50 N/100 mm à la température ordinaire. The finished mat (7) has a tensile strength of about 50 N / 100 mm at ordinary temperature.
Exemple 2
La table de dép#t, sur laquelle avance la feuille en matière thermoplastique, est surmontée d'une installa tion de débit de rovings, comprenant deux rouleaux en caoutchouc pouvant être pressés l'un contre l'autre et dont la vitesse de rotation peut outre réglée de façon continue.Example 2
The deposition table, on which the thermoplastic sheet advances, is surmounted by a rovings flow installation, comprising two rubber rollers which can be pressed against each other and whose rotation speed can additionally continuously adjusted.
Avec un débit d'environ 250 mètres par minute, cette installation amène 6 rovings de 2400 tex avec des fils de 40 tex à six filières, réparties de manière régulière sur une barre mobile d'une longueur de 120 cm (largeur du mat) et à inclinaison réglable pour proJe- ter, à l'aide d'air, les rovings sous un angle déterminé sur une ttle d'arrêt. Par suite des mouvements en deux directions (mouvements de la barre, avancement de la feuille), les rovings sont défaits et les filaments individuels se déposent en formant des cercles superposés et se chevauchant. With a flow rate of around 250 meters per minute, this installation brings 6 rovings of 2400 tex with 40 tex threads with six dies, distributed evenly on a movable bar with a length of 120 cm (width of the mast) and with adjustable inclination to project, using air, the rovings at a determined angle on a stop rod. As a result of movements in two directions (movements of the bar, advancement of the sheet), the rovings are undone and the individual filaments are deposited in forming overlapping and overlapping circles.
Le dépôt des fils sans fin en une couche d'environ 600 g/m? , délimitée latéralement par des bords de guidage, se fait sur une feuille support en polypropylène d'une épaisseur de 75 y, avançant à raison de 4 mètres par minute. The deposit of endless wires in a layer of about 600 g / m? , delimited laterally by guide edges, is made on a polypropylene support sheet with a thickness of 75 y, advancing at a rate of 4 meters per minute.
Le pré-aiguilletage est réalisé comme décrit dans l'exemple 1. L'aiguilletage terminal est effectué avec des aiguilles à feutrer classiques avec une densité de 60 par cm2 et une profondeur de piquage de 16 mm, y compris la pointe d'une longueur de 6 mm
Exemple 3
En combinant les modes opératoires des exemples 1 et 2, sauf que l'aiguilletage principal est effectué avec une densité des aiguilles de 50 par cm2 et une profondeur de piquage de Il mm, on produit un mat com- posé à raison de 50 % de fils sans fin d'environ 300 g par m et de 50 % de fibres de verre coupées de 300 g/m. Pre-needling is carried out as described in Example 1. The end needling is carried out with conventional felting needles with a density of 60 per cm2 and a stitching depth of 16 mm, including the tip of a length 6 mm
Example 3
By combining the procedures of Examples 1 and 2, except that the main needling is carried out with a needle density of 50 per cm2 and a stitching depth of II mm, a mat composed of 50% is produced. endless yarn of around 300 g per m and 50% glass fiber cut to 300 g / m.
Exemple 4
Sur chaque côté d'une bande en polypropylène thermoplastique, on place un mat de fibres de verre préparé selon l'un des exemples 1 à 3 et on comprime ce stratifié en plaques semi-finies d'une épaisseur de 3 mm, contenant 30 ffi en poids de fibres de verre.Example 4
On each side of a strip of thermoplastic polypropylene, a glass fiber mat prepared according to one of examples 1 to 3 is placed and this laminate is compressed into semi-finished plates with a thickness of 3 mm, containing 30 ffi by weight of glass fibers.
Celles-ci possèdent une résistance à la traction dtenviron 55 N/mm2 et un module d'élasticité supérieur à 5000 N/mm2. Leurs surfaces sont lisses et réfléchis santes. La présence des fibres n'est pratiquement pas visible. These have a tensile strength of approximately 55 N / mm2 and a modulus of elasticity greater than 5000 N / mm2. Their surfaces are smooth and healthy. The presence of the fibers is practically not visible.
Les échantillons analysés ont montré que les fibres étaient réparties de façon uniforme, même dans des rainures profondes. The samples analyzed showed that the fibers were distributed evenly, even in deep grooves.
Claims (3)
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Family Applications (1)
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