FR2555097A1 - Procede pour la fabrication d'objets composites - Google Patents
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Abstract
PROCEDE POUR LA FABRICATION D'OBJETS COMPOSITES COMPRENANT DES FIBRES AGGLOMEREES PAR UNE RESINE SYNTHETIQUE, CARACTERISE EN CE QUE LA RESINE ETANT DU TYPE THERMOPLASTIQUE ON APPLIQUE D'ABORD CETTE RESINE AUX FIBRES INDIVIDUELLES 2, ON ASSEMBLE ENSUITE CES FIBRES EN FAISCEAU PAR FUSION DE LA RESINE, ET ON ENROULE CE FAISCEAU DANS LE MOULE 9, EN LAISSANT LA MATIERE COMPOSITE SE REFROIDIR AU FUR ET A MESURE DANS LE MOULE ET ON EXTRAIT L'OBJET OBTENU.
Description
La présente invention concerne la réalisation d'articles composites constitués par des fibres ou filaments agglomérés par une résine synthétique. Un exemple de tels articles est donné par les volants pour véhicules.
De tels volants sont décrits par exemple dans les brevets français 1.561.120 et 79 05 080, et présentent l'intérêt d'assurer au conducteur une grande sécurité en cas de choc. Ainsi, dans le volant dont la réalisation est décrite au brevet 79 05080, les bras reliant le moyeu au cercle sont formés par des fibres agglomérées parallèles entre elles, qui absorvent l'énergie du choc par leur déformation progressive, de sorte que sont fortement réduites les blessures dont peut être victime le conducteur.
Toutefois, dans le volant ainsi décrit dans ce dernier brevet, le liant noyant les fibres pour assurer leur agglomération est une résine du type thermo-durcissable, de manière telle que les fibres doivent être intégrees au liant au cours d'un traitement de polymérisation sous pression a haute température destiné à durcir la résine dans laquelle lesdites fibres ont été préalablement imprégnées par trempage.
Un tel procédé présente dans la pratique de nombreux inconvénients :
- la résine liquide coule tres facilement des fils, a moins de stocker les fils préalablement imprégnés dans une chambre froide, artifice malcommode et coûteux,
- cela dégrade matériel et machines, ce qui en complique l'entretien,
- la résine coule dans tous les joints des moules et nécessite au démoulage un ébarbage très coûteux des pièces
- un grand nombre de moules est nécessaire a ce procédé, dans sa mise en oeuvre pour des séries industrielles,
- il est nécessaire à chaque opération d'enduire les moules d'agent de démoulage, ou bien de déposer dans les moules des feuilles thermoformées.
- la résine liquide coule tres facilement des fils, a moins de stocker les fils préalablement imprégnés dans une chambre froide, artifice malcommode et coûteux,
- cela dégrade matériel et machines, ce qui en complique l'entretien,
- la résine coule dans tous les joints des moules et nécessite au démoulage un ébarbage très coûteux des pièces
- un grand nombre de moules est nécessaire a ce procédé, dans sa mise en oeuvre pour des séries industrielles,
- il est nécessaire à chaque opération d'enduire les moules d'agent de démoulage, ou bien de déposer dans les moules des feuilles thermoformées.
- il est nécessaire de nettoyer soigneusement les moules entre chaque moulage car il reste de nombreuses bavures dans tous les plans de joint
- les pièces produites sont irrégulières et de géométrie douteuse
- le cycle de fabrication est long et onéreux
- le temps de polymérisation limite les cadences
- les investissements nécessaires sont très importants pour obtenir des cadences industrielles compatibles avec les besoins de l'industrie automobile.
- les pièces produites sont irrégulières et de géométrie douteuse
- le cycle de fabrication est long et onéreux
- le temps de polymérisation limite les cadences
- les investissements nécessaires sont très importants pour obtenir des cadences industrielles compatibles avec les besoins de l'industrie automobile.
La présente invention permet de remédier à tous ces inconvénients
Elle consiste essentiellement à réaliser les dits articles en utilisant pour agglomérer les fibres une résine du type thermoplastique, appliquée par des moyens appropriés sur les fibres individuelles, qui sont ensuite assemblées à chaud et enfin enroulées directement dans un moule où elles s'agglomèrent en se refroidissant au fur et à mesure , en conduisant ainsi directement à l'objet fini.
Elle consiste essentiellement à réaliser les dits articles en utilisant pour agglomérer les fibres une résine du type thermoplastique, appliquée par des moyens appropriés sur les fibres individuelles, qui sont ensuite assemblées à chaud et enfin enroulées directement dans un moule où elles s'agglomèrent en se refroidissant au fur et à mesure , en conduisant ainsi directement à l'objet fini.
L'application de la résine sur les fibres individuelles peut s'opérer suivant plusieurs variantes.
Dans une première variante des fibres continues sont d'abord chauffées et sont ensuite revêtues de résine, par exemple par passage dans un bain fluidisé de la résine en poudre, ou par enrobage par extrusion de la résine fondue, ou encore par dépôt électrostatique de poudre de résine.
Dans cette variante, les fibres peuvent être directement assemblées à chaud, en faisceaux que l'on enroule ensuite dans le moule, où ils s'agglomèrent les uns aux autres en se refroidissant.
Dans une seconde variante, les fibres continues sont enduites de résine à froid, par exemple par passage dans une solution ou dispersion aqueuse de la résine ou par emploi d'un adhésif, leur chauffage permettant ensuite a la fois d'éliminer le solvant ou de réactiver l'adhésif avant ou pendant l'assemblage des fibres.
Dans les deux variantes, bien que le produit soit obtenu directement dès refroidissement du moule, et puisse être employé tel quel, on peut, si lton désire un compactage supérieur des fibres sur elles-mêmes, et sur le moyeu dans le cas d'un volant, placer l'armature obtenue précédemment dans un moule.de compression à chaud, conduisant alors à un produit fini de cotes très précises et sans aucune déformation. Dans une telle opération, il est alors encore possible de placer dans le produit des inserts métalliques ou plastiques si cela semble nécessaire par exemple pour renforcer les bras par rapport à la jante ou pour inclure des pièces nécessaires aux dispositifs électriques ou autres.
Comme fibres, on pourra utiliser des fibres naturelles ou artificielles, minéérales ou organiques, telles que les fibres de polyamides, de polyéthylène, de polypropylène, de résines poîyacryliques, ou des fibres de coton, de bore, de carbone, de verre ou de métal tel que d'aluminium et l'acier, ou encore des mélanges de fibres de nature différente. Il est également intéressant d'utiliser des fibres comportant d'une part un revêtement d'une première résine résultant du dépôt électrostatique de poudre de celle-ci sur les fibres, et d'autre part une gaine d'une seconde résine thermoplastique identique ou différente, résultant dé l'extrusion de celleci, conformément au brevet français nO 83.10632 du 28 Juin 1983.
Comme résine thermoplastique, on pourra utiliser les polyamides, le polyéthylène, le polypropylène, les polystyrènes, modifiés et analogues.
L'intérêt du procédé selon l'invention par rapport aux procédés antérieurs, et notamment celui décrit au brevet français 79 05080 est de permettre une fabrication ne nécessitant qu'un seul moule d'enroulement filamentaire et éventuellement, un moule de compression pour obtenir un meilleur état de surface ou donner à la pièce une forme particulière, les deux moules pouvant d'ailleurs être confondus, la compression résultant de la fermeture du moule. Au surplus, les pièces sortent des moules sans bavure, il n'est pas nécessaire d'employer d'agent de démoulage, et toutes les pièces produites sont bonnes sans aucune opération de reprise.
Les exemples suivants illustrent la mise en oeuvre du procédé dans son application a la fabrication de volants d'automobiles, avec référence au dessin annexe deux modes de réalisation dont les deux figures illustrent schématiquement les phases successives de ce procédé.
Exemple 1.
Sur la figure 1 on a indiqué schématiquement par 1 les bobines d'ou sont déroulées les fibres individuelles 2 destinées a être agglomérées pour constituer l'armature de 1'article. Ces fibres peuvent éventuellement être préchauffées par un enroulement liT 3, puis immergées sans tension dans un bain 4 contenant la résine pulvérulente amenée a l'état fluidisé par soufflage d'air par 5. Les particules adhèrent aux fibres 2 cheminant a travers l-e volume 4, par attraction électrostatique.A la sortie, les fibres traversent une autre zone de chauffage 5, ou lesdites particules, sous l'effet de la chaleur, fondent et constituent un liant assurant l'agglomération des fibres en un faisceau unitaire souple 6, qui après passage dans une filière d'égalisation 7 est déposé par un robot 8 dans un moule 9, où il se refroidit en prenant sa forme définitive
Dans la mise en pratique de cet exemple, les fibres 1 sont des fibres de verre identifiées par la désignatîn
"Roving R 28 de 320 tex". Elles ont environ 10t de diamètre, et défilent dans le bain à une vitesse pouvant atteindre 1oD m/min.', la résine étant du type polyamide, la teitipérature des enroulements 3 et 5 est de 220 C.
Dans la mise en pratique de cet exemple, les fibres 1 sont des fibres de verre identifiées par la désignatîn
"Roving R 28 de 320 tex". Elles ont environ 10t de diamètre, et défilent dans le bain à une vitesse pouvant atteindre 1oD m/min.', la résine étant du type polyamide, la teitipérature des enroulements 3 et 5 est de 220 C.
Exemple 2.
En se référant maintenant à la figure 2, on voit que, dans la seconde variante de l'invention, le faisceau quittant le bain 4 est envoyé dans une extrudeuse 10 d'où il ressort gainé d'une couche d'une résine thermoplastique, qui peut être la même que celle du bain 4, ou différente. De l , le fil gainé est tiré par un dispositif 11 a travers une zone de refrcidisse- ment 12, et finalement stocké en bobine en 13. Ce stockage intermédiaire est nécessaire du fait que le fil traité en 4-1D provient d'une bobine de roving 1' et traverse l'ensemble du système à environ 1000 m/min..On part ensuite de plusieurs bobines l-3a, 13b, 13c... de fil ainsi gainé que l'on assemble en faisceau an 14, et que l'on réchauffe en 15, de manière que, par réchauffaga, les particules de resines recouvertes par la gaine fondent et forment avec la gaine l-e liant agglomérant les fibres.
Ce faisceau est déposé et réparti par une tête robot 8' dans le moule 9', où il se refroidit en prenant sa forme définitive comme a l'Exemple 1. Par fermeture ultérieure sous pression du moule 9 (ou 9'), on améliore l'état de surface de l'article, ou on en modifie la forme ; par exemple Dn crée à la périphérie d'un volant de légères ondulations qui en améliorent la prise. L'assemblage dans le moule peut également se faire sans chauffage, le moule étant chauffé ultérieurement. Le chauffage peut être réalisé par rayonnement infra-rouge, par flamme non-oxydante, par laser ou par tout autre moyen.
Le moule utilisé dans cet exemple est prévu pour l'obtention de volants de véhicules, dont les propriétés sont particulièrement précieuses, comme exposé au début, mais la technique selon l'invention s'applique de manière très générale à la réalisation de tous les articles composites à enroulement filamentaires actuellement obtenus a partir de résines thermodurcissables, notamment ceux qui ne peuvent pas être réalisé par enroulage sur un mandrin. A titre d'exemple, on peut citer, dans l'industrie automobile, les barres de torsion, les arbres de transmission, les suspenssions, ainsi que dans d'autres industries les armatures telles que celles des sièges, de cadres de portières, les armatures de valises, les raquettes de tennis, les bâtons de skis et analogues, cette énumération n'étant évidemment pas limitative.
Claims (7)
1. Procédé pour la fabrication d'objets composites comprenant des fibres agglomérées par une résine synthétique, caractérisé en ce que, la résine étant du type thermoplastique, on applique d'abord cette résine aux fibres individuelles, on assemble ensuite ces fibres en faisceau par fusion de la résine, et on enroule ce faisceau dans le moule, en laissant la matière composite se refroidir au fur et a mesure dans le moule et on extrait ltobjet obtenu.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine est appliquée aux fibres par passage des fibres dans un volume contenant la résine sous forme de particules a l'état fluidisé, qui se fixent sur les fibres en défilement continu par action électrostatique.
3. Procédé selon 1 et 2, caractérisé en ce que les fibres sont chauffées préalablement è leur passage dans le volume de particules de résine fluidisées, de sorte que ces particules fondent au contact des fibres qui s'agglomèrent des la sortie dudit volume.
4. Procédé selon 1 et 2, caractérisé en ce que les fibres traversent froides le volume de particules de résine fluidisées, puis traversent une extrudeuse d'où elles sortent gainées d'une résine identique ou différente, leur réchauffage provoquant ensuite la fusion des deux résines superposées, soit avant dépôt dans le moule, soit après, par chauffage du moule.
5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'objet obtenu est soumis à la sortie du moule a une compression supplémentaire a chaud, assurant un compactage plus poussé des fibres sur ellesmêmes, en vue d'un meilleur état de surface ou de la modification de la forme de l'objet obrenu.
6. Procédé selon 5, caractérisé en ce que, a l'occasion de cette compression supplémentaire, on place dans l'objet des inserts métalliques ou plastiques pour- son renforcement ou la fixation de connections électriques.
7. Application du procédé selon l'une quelconque des reven dications 1 6, a la réalisation d'articles composites à enrou- lement filamentaire, et notamment de ceux ne pouvant pas être obtenus par enroulage sur un mandrin, et notamment les pièces rotatives telles que volants, barres de torsion, arbes de transmission, ainsi que toutes les armatures telles que celles de portières, de valises, de sièges, et les articles tels que raquettes de tennis, bâtons de ski et analogues.
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