WO2007090973A1 - Procede de fabrication de batonnets de renforts concentres , batonnets et dispositif de mise en oeuvre du procede - Google Patents

Procede de fabrication de batonnets de renforts concentres , batonnets et dispositif de mise en oeuvre du procede Download PDF

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WO2007090973A1
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glass
hot
die
composition
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PCT/FR2007/050719
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Christophe Ducret
Bruno Gas
Hervé BOURGEOISAT
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Saint-Gobain Vetrotex France S.A.
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/10—Non-chemical treatment

Definitions

  • PROCESS FOR MANUFACTURING CONCENTRATED REINFORCING STICKS, STICKS AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE PROCESS
  • the present invention relates to a method of manufacturing rods of concentrated reinforcements used in particular for manufacturing composite products by molding (in particular by injection, extrusion compression, comoulage, etc.) and also relates to the products obtained.
  • molding processes in particular by injection or extrusion-compression
  • mixtures of organic material, fibrous reinforcements (such as glass strands) and additive (s) are used (for example to color or bring particular functions).
  • Mixing can be done directly in an extruder or in an injection molding machine from reinforcing threads, which may or may not already be coated with organic material, and which are generally already cut to facilitate dosing and mixing, the other possible components being if necessary added in the extruder or in the press.
  • the inventors have demonstrated the advantage of using in these molding processes products with high levels of reinforcements, in particular in the form of rods (or pellets or "pellets”) concentrated in reinforcements, these products, where appropriate, already integrating additives, the advantages obtained being numerous, especially in terms of cost, preservation of reinforcements (for example the length of the reinforcing son) for better mechanical properties, dispersion during molding, ease of adaptation to function of desired products or ease of implementation, etc.
  • the present invention therefore relates to a method for manufacturing concentrated rods in which a plurality of molten glass threads is stretched, flowing from a multiplicity of orifices arranged at the base of one or more dies, in the form of one or more plies of continuous filaments, at least one hot-melt composition is deposited on the surface of the filaments, the filaments are gathered in the form of at least one bundle which is calibrated and then sheathed with the aid of at least one sheathing composition, before cutting it (in the form of sticks).
  • the deposition of the hot-melt composition combined with the sizing step is particularly important since it prepares the filament bundle for subsequent sheathing; it makes it possible in particular to pre-sheath and stiffen the beam, and to present it in its most appropriate form for depositing the sheath itself under the given operating conditions, in particular considering the small thickness or diameter (generally less than or equal to 3 or 4 mm) of the beam and the high speed (several meters or even tens of meters per second) at which the sheathing is done.
  • These two pre-treatment steps (deposition of the hot-melt composition and calibration) before sheathing can optionally be grouped under a common designation, forming in effect between them a "consolidation step” or a "pre-sheathing step".
  • the glass filaments are drawn at a speed generally of between 10 and 20 m / s. They are gathered in at least one bundle (or wick or large wire) preferably grouping a large number of filaments (such a bundle of filaments under a die being generally called direct roving), for example of the order of 400 to 10,000 filaments, which beam having a linear density (title) which can be in particular up to 7500 tex (g / km) for glass.
  • extrusion is carried out from a spinning head and at the same time filaments of thermoplastic organic material (or the filaments of material organic material from eg windings), the paths followed by the glass filaments and the filaments (or son) of organic material converging towards one another before said filaments are gathered in at least one mechanically driven composite beam.
  • the association is generally by projecting the thermoplastic filaments into the sheet of glass filaments to obtain a co-mingling of the filaments.
  • the projection can be carried out by any means known to fulfill this role, for example a Venturi device.
  • the thermoplastic organic material used may for example be chosen from filamentable materials, in particular by extrusion in a device such as a spinning head, in particular from polyolefins, in particular polyethylene (PE ), polypropylene (PP), polyesters, especially polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), elastomers, in particular an ethylene propylene diene polymer (EPDM), or polyvinyl chloride (PVC) polyamides, especially polyamide-6 or 6-6, polyamide-11 and polyamide-12, or thermoplastic polyurethanes (TPU), etc.
  • polyolefins in particular polyethylene (PE ), polypropylene (PP), polyesters, especially polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), elastomers, in particular an ethylene propylene diene polymer (EPDM), or polyvinyl chloride (PVC) polyamides, especially polyamide-6 or 6-6, polyamide-11
  • composite bundles in the process according to the invention has many advantages, the intimate structure of these bundles making it possible in particular to form, despite the high rate of reinforcements, a consolidated structure (that is to say having a cohesion and integrity that allows handling without damage) well impregnated and homogeneous.
  • the hot melt composition (for pre-sheathing) may be deposited on glass filaments or composite bundles formed by joining glass filaments and organic filaments.
  • hot melt composition in English is meant a composition, or possibly a mixture, comprising at least one or more thermoplastic polymers, having the property of being liquid (s) hot and to solidify in cooling. Applied hot (at a temperature above its melting point or its solidification temperature), such a composition allows in the present invention to obtain a more or less complete pre-cladding of the filaments.
  • the hot-melt composition may comprise one or more polymers capable of being deposited and of withstanding the thermal degradation under the conditions of the process, these polymers being in particular chosen from polymers with a melting point of greater than 50 ° C. (or solid polymers at less than 50 ° C.) and whose viscosity is between 200 and 600 m Pa ⁇ s, preferably between 300 and 500 mPa.s at the deposition temperature, which is generally of the order of 100 to 200 ° C. (these polymers, in the case of polyolefins, for example, are also generally chosen with a melting point of less than 200 ° C. VS).
  • thermoplastic filaments are made of polyolefin (s), such as polyethylene or polypropylene
  • the hot-melt polymer may be a copolymer of ethylene and / or propylene and acrylic acid or of maleic anhydride
  • thermoplastic polyester such as polyethylene terephthalate (PET) or polybutylene terephthalate (PBT)
  • the hot-melt polymer may be an epoxy, for example a diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA).
  • the amount of hot melt polymer (s) deposited on the glass filaments generally represents from 0.5 to 15%, advantageously from 1 to 10% by weight relative to the weight of the bundle.
  • At least one coupling agent is added, capable of catching on the glass and to promote the adhesion of the hot-melt polymer, for example in the hot-melt composition deposited preferentially. on the glass, or, more advantageously, in a separate composition preferentially deposited on the glass filaments prior to the deposition of this hot-melt composition.
  • the coupling agent must have an affinity for the glass and the matrix to be reinforced, and possibly for the other filaments when the beams are composite.
  • This variant consisting in depositing a composition containing a coupling agent before the deposition of the hot-melt composition has several advantages: it makes it possible to improve the adhesion of the coupling agent on the glass by allowing it to react with the glass prior to come into contact with the hot melt polymer; the coupling agent being deposited separately, its amount on the wire can be precisely adjusted, which has an economic advantage and achieves uniform quality; it offers greater freedom in the choice of the coupling agent and the hot melt polymer, etc.
  • the coupling agent may be chosen for example from organofunctional silanes, in particular containing one or more hydrolysable groups, such as gamma-aminopropyltriethoxysilane, gamma-glycidoxypropyltrimethoxysilane, gamma-methacryloxypropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, titanates and zirconates. .
  • the coupling agent may be used with a medium or diluent helping to dissolve it, such as water in a small amount (it is generally deposited in hydrolysed form).
  • the amount of coupling agent deposited (via the abovementioned hot-melt composition and / or via another prior composition) is generally of the order of 0 to 2% by weight relative to the weight of the glass in the beam.
  • the deposited compositions may further comprise one or more components (or additives) conferring particular properties. These components may be provided by one and / or the other of the compositions, preferably by the hot melt composition.
  • additives mention may be made of lubricating agents, preferably nonionic agents, anti-static agents, antioxidants, anti-UV agents, nucleating agents, pigments, etc.
  • the hot-melt composition may comprise at least one diluent for adapting the viscosity to the deposition conditions (this diluent may also be optionally a hot-melt or similar polymer, preferably not reactive with the coupling agent, by for example a wax, in particular of polyolefin), and optionally at least one agent such as a film-forming agent for coating the fibers.
  • this diluent may also be optionally a hot-melt or similar polymer, preferably not reactive with the coupling agent, by for example a wax, in particular of polyolefin), and optionally at least one agent such as a film-forming agent for coating the fibers.
  • Deposition of the coupling agent is for example using a sizing roller, a lip device (s) or a sprayer.
  • a sizing roller is used.
  • the deposition of the composition containing the hot-melt polymer may be carried out using the same devices as those used for the composition comprising the coupling agent, with the difference that they must also be provided with means making it possible to maintain the polymer. hot melt in the molten state.
  • the deposition of the hot-melt composition is made using a spray nozzle (with preferentially depositing the coupling agent). previously by roll).
  • the application temperature of the hot-melt composition is less than or equal to 200 ° C. and is greater than 100 ° C.
  • the temperature is advantageously chosen so that the viscosity of the hot-melt composition is sufficiently low for the deposition is carried out correctly and that traces of residual water can be eliminated (the compositions advantageously involving little or no water, it is not necessary to provide additional drying). These requirements are satisfied with a deposit viscosity of the order of 100 to 1500 mPa.s, preferably of the order of 300 to 800 mPa.s. Deposition of the compositions, in particular of the composition containing the coupling agent, is moreover generally carried out on the filaments when the temperature of the latter does not exceed 90 ° C., preferably 75 ° C.
  • the calibration step (or conformation) is advantageously carried out by at least one mechanical means, in particular preferably takes place by passing through at least one calibration die, which makes it possible to obtain the desired section.
  • This step (also allowing a better distribution of the previously deposited hot-melt composition and better pre-cladding) promotes the production of a consolidated bundle (or impregnated or integral, that is to say in which the filaments are bonded between them).
  • this step may be preceded by and / or combined with an additional step and / or complementary gathering before calibration, for example using a roulette (particularly immobile) assembly and / or a system for example funnel type (or conical) before and / or input of the calibration die, the latter system further having the advantage if necessary to be able to recover any fallout or projections of hot melt composition (in the case of the spraying in particular) and to better distribute said composition on the beam, the deposition of the aforementioned composition (s) being possible in particular before or during this gathering and / or at entry (for example, if appropriate at the level of the funnel coupled to the die) of calibration die (preferred case of spraying).
  • an additional step and / or complementary gathering before calibration for example using a roulette (particularly immobile) assembly and / or a system for example funnel type (or conical) before and / or input of the calibration die, the latter system further having the advantage if necessary to be able to recover any fallout or projections of hot melt composition (in the case of the spraying in
  • the beam about to be sheathed has a section forming a circle of diameter generally less than that of the internal cavity of the cladding die, this circle being furthermore advantageously concentric (at one tenth of a millimeter close) with said cavity, with perimeter variations of the beam not exceeding preferably one tenth of a millimeter from the perimeter of the circle. Obtaining such a section is made possible in particular by the pre-sheathing step according to the invention.
  • the beam undergoes at least one cladding step (deposition of a composition, or even multiple cladding with several compositions) by passing through at least one die fed by at least one organic material in the molten state.
  • the calibration and sheathing can be done consecutively within the same die or can be done in two separate sectors.
  • the cladding material may be formed of one or more materials, in particular at least one organic additive (or additive) material (or binder or matrix) (for example, an additive improving the resistance to ultraviolet radiation, a coupling agent to increase mechanical performance, a thermal or chemical stabilizer, a dye or pigment, a flame retardant, etc.) and / or filler (s) (talc, glass fibers, short or long , etc.), the organic matrix possibly being identical to the one or one of the organic materials optionally present in the bundle and / or subsequently used during the manufacture of a composite, and preferably being compatible with this or these materials.
  • the level of additives (and / or fillers) can be quite high, for example of the order of 90% by weight of the deposited sheath.
  • the cladding material comprises at least one thermoplastic organic material (organic matrix), for example a polyolefin (especially polyethylene or polypropylene) or polyvinyl chloride, or an elastomer, for example a modified polypropylene SEBS (styrene ethylene). butadiene styrene), etc.
  • organic material for example a polyolefin (especially polyethylene or polypropylene) or polyvinyl chloride, or an elastomer, for example a modified polypropylene SEBS (styrene ethylene). butadiene styrene), etc.
  • this material is advantageously chosen to be identical or similar or chemically compatible with the organic material of the yarns (so that there is a good adhesion or even continuity between the two materials), this material possibly be loaded with additives as mentioned above.
  • the cladding material may advantageously make it possible to confer additional properties on the rods obtained and the composites molded from these rods (anti-UV properties, improvement of the mechanical performances, etc.), the fact of having already functionalized products also making it possible during the molding to use only inexpensive standard dilution materials, which simplifies and reduces the cost of molding. Cladding also prevents the formation of fibrils or fines (fibers detached from the stick) during cutting into sticks, these fibrils may cause problems conveying or congestion of the injection members during molding and may adversely affect the mechanical properties products obtained.
  • the sheathed sticks are also perfectly manipulable, dosable and transportable in the supply pipes because smoothed by the sheath, the sheath also acting as a protection, and do not lose their integrity until use to form composites by molding.
  • the sheathing finally makes it possible to adjust the reinforcement ratio to the control by varying the quantity of cladding material delivered during the manufacture (during manufacture) and thus makes it possible to obtain rods with various concentrations of reinforcements.
  • the cladding material introduced into the die can come for example from an extrusion device.
  • the beam may also be coated with several identical or different materials supplying the die (or if necessary several dies in series or in parallel), this mode further widening the range of products obtained.
  • the thickness of the sheath may be variable; as an example for a rod of the order of 3 mm thick, the sheath may be of the order of 0.1 mm or one tenth of the thickness of the stick, or more.
  • the sheath is of the order of 3 to 10% by weight of the rod (or sheathed beam).
  • the sheathed bundle or bundles obtained (generally having a linear density, or titer, between 5000 and 15000 tex or g / km) can be cooled (for example by passage in a water bath) and then optionally dried (for example by blowing or suction), and are cut (advantageously using a member or cutter also used for stretching in the process) in rods, generally of length between 1 and 100 mm, preferably between 5 and 5 mm. and 30 mm.
  • These sticks have a rate of reinforcement material (here glass) advantageously greater than 65% and preferably greater than 70% (or even at least 80 or 90%, in particular when the filaments of the bundles are solely glass filaments) by weight (compared to the sticks).
  • the rods according to the invention therefore have a high level of reinforcement, while being intact and if necessary well impregnated, and have a sheath.
  • these rods have a fibril level of less than 60, preferably 30, and particularly preferably 20 mg per kg of rods (this rate being measured by vibrating rods on a carpet and aspirating the fibrils using a vacuum cleaner equipped with a filter). They are easy to handle and dose and disperse well in an organic matrix during molding despite the high rate of reinforcements.
  • the rods according to the invention most often have a length of reinforcement yarns of between 1 and 40 mm, preferably between 5 and 30 mm, for example of the order of 12 mm, and make it possible to obtain composite pieces to both resistant, light and economical.
  • the present invention relates to rods obtained in particular by the method according to the invention when the beams are composite beams, these rods being formed of glass filaments and filaments of organic material (s). ) thermoplastic (s), where appropriate bound together by one or more components or organic materials (in particular coupling agent and / or hot melt according to the invention), the filaments being coated (or surrounded) by at least one sheath ( surrounding all the filaments), generally formed of at least one organic material (in particular cladding material as indicated by the method).
  • these rods are advantageously rods with high rate of reinforcements.
  • the process according to the invention which is easy and fast to implement and economical, thus makes it possible to obtain products that are easily dosable, manipulable, ready to dilute, easy to disperse, to adapt, etc.
  • the present invention also relates to a device for implementing an advantageous embodiment of the aforementioned method.
  • This device comprises at least one die for supplying glass filaments, at least one device for depositing a hot-melt composition, at least one calibration member and at least one cladding device (which may include the calibration member as seen above) and at least one cutting device.
  • the device may also comprise (in combination or in addition to the preceding means) one or more of the following means, in particular:
  • thermoplastic organic material one or more means for providing filaments of thermoplastic organic material
  • thermoplastic filaments one or more means for projecting the thermoplastic filaments into the sheet or plies of glass filaments; one or several gathering devices, such as roulette (s) (in particular immobile) or equivalent device (s) in particular; throat or funnel (s), etc,
  • one or more deposition devices of other composition such as a coupling agent; etc.
  • the calibration device (s) and / or cladding used are preferably open dies; they also advantageously have a "star" profile, that is to say with several supply channels uniformly distributed at the periphery of the internal cavity (or conformation cavity) of the die for better pressure control exerted on the beam and its position.
  • the cladding material can come into contact with the beam by different channels in the die.
  • the sheath melt generally comes from at least one extruder or melter.
  • the various elements of the device according to the invention are generally fixed.
  • the rods according to the invention can be used in particular in extrusion-injection molding processes (in particular generally by single-screw extruder in the case of granules obtained from composite bundles and by twin-screw extruder in the case in the case of granules obtained from the bundles of glass filaments) and make it possible to obtain, at high rates, complex parts (possibly including ribs, bosses, etc.) having a satisfactory distribution of the reinforcing material, the composites obtained from these rods also having good mechanical properties.
  • the composites obtained from the rods according to the invention can for example, structural parts for automobiles such as front panels, dashboards, door modules, under-engine screens, tailgate linings, etc., or else may be drums of washing machines, pallets for the transport of goods etc.

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication de bâtonnets concentrés dans lequel on étire une multiplicité de filets de verre fondu, s'écoulant d'une multiplicité d'orifices disposés à la base d'une ou plusieurs filières, sous la forme d'une ou plusieurs nappes de filaments continus, on dépose au moins une composition thermofusible à la surface des filaments, on rassemble les filaments sous forme d'au moins un faisceau que l'on calibre puis que l'on gaine à l'aide d'au moins une composition de gainage, avant de le couper. L'invention concerne également un dispositif de mise en œuvre du procédé et les produits obtenus.

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE BATONNETS DE RENFORTS CONCENTRES , BATONNETS ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DU PROCEDE
La présente invention concerne un procédé de fabrication de bâtonnets de renforts concentrés utilisés notamment pour fabriquer des produits composites par moulage (en particulier par injection, extrusion compression, comoulage, etc.) et concerne également les produits obtenus. Dans les procédés de moulage précités (notamment par injection ou extrusion-compression), on utilise généralement des mélanges de matière organique, de renforts fibreux (tels que des fils de verre) et d'additif(s) (par exemple pour colorer ou apporter des fonctions particulières). Le mélange peut se faire directement en extrudeuse ou en presse à injecter à partir de fils de renfort, qui peuvent être ou non déjà revêtus de matière organique, et qui sont généralement déjà coupés pour faciliter le dosage et le mélange, les autres composants éventuels étant le cas échéant ajoutés dans l'extrudeuse ou dans la presse.
Les inventeurs ont mis en évidence l'intérêt d'utiliser dans ces procédés de moulage des produits à haut taux de renforts, en particulier sous forme de bâtonnets (ou granulés ou "pellets") concentrés en renforts, ces produits, le cas échéant, intégrant déjà des additifs, les avantages obtenus étant nombreux, notamment en termes de coût, de préservation des renforts (par exemple de la longueur des fils de renforts) pour de meilleures propriétés mécaniques, de dispersion lors du moulage, de facilité d'adaptation en fonction des produits désirés ou de facilité de mise en oeuvre, etc.
Cependant, en raison notamment du haut taux de renforts recherché et de la difficulté liée à l'ajout contrôlé d'une faible quantité de matière sur ces produits de faibles dimensions, il n'a pas été possible jusqu'à présent de fabriquer de tels produits autrement qu'à des vitesses faibles (inférieures à 100 m/min) dans des procédés indirects utilisant comme produits de départ des renforts sous forme de fils continus issus d'enroulements. Les inventeurs ont ainsi cherché un procédé permettant de fabriquer ces produits facilement et de façon plus directe que les procédés existants.
La présente invention concerne donc un procédé de fabrication de bâtonnets concentrés dans lequel on étire une multiplicité de filets de verre fondu, s'écoulant d'une multiplicité d'orifices disposés à la base d'une ou plusieurs filières, sous la forme d'une ou plusieurs nappes de filaments continus, on dépose au moins une composition thermofusible à la surface des filaments, on rassemble les filaments sous forme d'au moins un faisceau que l'on calibre puis que l'on gaine à l'aide d'au moins une composition de gainage, avant de le couper (sous forme de bâtonnets).
Le dépôt de la composition thermofusible combiné à l'étape de calibrage est particulièrement important car il prépare le faisceau de filaments au gainage qui suit ; il permet notamment de pré-gainer et rigidifier le faisceau, et de le présenter sous sa forme la plus appropriée pour le dépôt de la gaine proprement dite dans les conditions opératoires données, en particulier considérant la faible épaisseur ou diamètre (généralement inférieur ou égal à 3 ou 4 mm) du faisceau et la vitesse élevée (plusieurs mètres voire dizaines de mètres par seconde) à laquelle se fait le gainage. Ces deux étapes de pré-traitement (dépôt de la composition thermofusible et calibrage) avant gainage peuvent éventuellement être regroupées sous une désignation commune, formant en effet à elles deux une « étape de consolidation » ou une « étape de pré-gainage ». Dans le procédé selon l'invention, les filaments de verre sont étirés à une vitesse généralement comprise entre 10 et 20 m/s. Ils sont rassemblés en au moins un faisceau (ou mèche ou gros fil) regroupant préférentiellement un grand nombre de filaments (un tel regroupement de filaments sous filière étant généralement appelé roving direct), par exemple de l'ordre de 400 à 10000 filaments, ce faisceau présentant une masse linéique (titre) pouvant aller en particulier jusqu'à 7500 tex (g/km) pour le verre.
De préférence, pendant l'étirage des filaments de verre, on extrude à partir d'une tête de filage et on entraîne simultanément des filaments de matière organique thermoplastique (ou on amène simultanément les fils de matière organique issus par exemple d'enroulements), les trajets suivis par les filaments de verre et les filaments (ou fils) de matière organique convergeant l'un vers l'autre avant que lesdits filaments soient rassemblés en au moins un faisceau composite entraîné mécaniquement. L'association se fait généralement en projetant les filaments thermoplastiques dans la nappe de filaments de verre pour obtenir un co-mêlage des filaments. La projection peut être réalisée par tout moyen connu pour remplir ce rôle, par exemple un dispositif Venturi.
Dans ce mode de réalisation, la matière organique thermoplastique utilisée peut être par exemple choisie parmi les matières aptes à donner des filaments, notamment par extrusion dans un dispositif tel qu'une tête de filage, en particulier parmi les polyoléfines, notamment le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), les polyesters, notamment le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polytéréphtalate de butylène (PBT), les élastomères, notamment un polymère éthylène propylène diène (EPDM), ou le chlorure de polyvinyle (PVC), les polyamides, notamment le polyamide-6 ou 6-6, le polyamide-11 et le polyamide-12, ou les polyuréthanes thermoplastiques (TPU), etc.
La formation de faisceaux composites dans le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages, la structure intime de ces faisceaux permettant notamment de former, malgré le haut taux de renforts, une structure consolidée (c'est-à-dire présentant une cohésion et une intégrité qui permettent de la manipuler sans endommagement) bien imprégnée et homogène.
Dans ce mode de réalisation, la composition thermofusible (pour le pré- gainage) peut être déposée sur les filaments de verre ou sur les faisceaux composites formés par rassemblement des filaments de verre et des filaments de matière organique.
Par composition thermofusible (« hot melt » en anglais), on entend une composition, ou le cas échéant un mélange, comprenant au moins un ou plusieurs polymères thermoplastiques, ayant la propriété d'être liquide(s) à chaud et de se solidifier en refroidissant. Appliqué à chaud (à une température supérieure à son point de fusion ou sa température de solidification), une telle composition permet dans la présente invention d'obtenir un pré-gainage plus ou moins complet des filaments.
La composition thermofusible peut comprendre un ou plusieurs polymères aptes à être déposés et à résister à la dégradation thermique dans les conditions du procédé, ces polymères étant en particulier choisis parmi les polymères de point de fusion supérieur à 500C (ou polymères solides à moins de 500C) et dont la viscosité est comprise entre 200 et 600 m Pa. s, de préférence entre 300 et 500 mPa.s, à la température du dépôt qui est généralement de l'ordre de 100 à 2000C (ces polymères, dans le cas des polyoléfines par exemple, étant également généralement choisis avec un point de fusion inférieur à 2000C). Ce ou ces polymères sont en outre généralement choisis de façon à être compatible(s) avec la ou les matières devant être renforcées ultérieurement par le produit selon l'invention et/ou, le cas échéant, de façon à être compatible avec les filaments thermoplastiques lorsque le faisceau est composite. A titre d'exemple, lorsque les filaments thermoplastiques sont constitués de polyoléfine(s), telle(s) que le polyéthylène ou le polypropylène, le polymère thermofusible peut être un copolymère d'éthylène et/ou de propylène et d'acide acrylique ou d'anhydride maléique, et lorsque ces filaments sont constitués de polyester(s) thermoplastique(s) tel(s) que le polytéréphtalate d'éthylène (PET) ou le polytéréphtalate de butylène (PBT), le polymère thermofusible peut être un époxy, par exemple un diglycidyl éther du bisphénol A ( DGEBA).
La quantité de polymère(s) thermofusible(s) déposé(s) sur les filaments de verre représente généralement de 0,5 à 15 %, avantageusement de 1 à 10% en poids par rapport au poids du faisceau.
Dans un mode de réalisation préféré, notamment dans le cas des faisceaux composites, on ajoute au moins un agent de couplage, apte à s'accrocher sur le verre et à favoriser l'accrochage du polymère thermofusible, par exemple dans la composition thermofusible déposée préférentiellement sur le verre, ou, de façon plus avantageuse, dans une composition séparée préférentiellement déposée sur les filaments de verre préalablement au dépôt de cette composition thermofusible. L'agent de couplage doit avoir une affinité pour le verre et la matrice à renforcer, et éventuellement pour les autres filaments lorsque les faisceaux sont composites. Cette variante consistant à déposer une composition renfermant un agent de couplage avant le dépôt de la composition thermofusible présente plusieurs avantages : elle permet d'améliorer l'accrochage de l'agent de couplage sur le verre en lui permettant de réagir avec le verre avant d'entrer en contact avec le polymère thermofusible ; l'agent de couplage étant déposé séparément, sa quantité sur le fil peut être ajustée précisément, ce qui présente un avantage économique et permet d'obtenir une qualité uniforme ; elle offre une plus grande liberté dans le choix de l'agent de couplage et du polymère thermofusible, etc.
L'agent de couplage peut être choisi par exemple parmi les silanes organofonctionnels, notamment renfermant un ou des groupes hydrolysables, tels que le gamma-aminopropyltriéthoxysilane, le gamma-glycidoxypropyltriméthoxy- silane, le gamma-métacryloxypropyltriméthoxysilane, le vinyltriméthoxysilane, les titanates et les zirconates. L'agent de couplage peut être utilisé avec un médium ou diluant aidant à sa mise en solution, tel que de l'eau en faible quantité (il est généralement déposé sous forme hydrolysée). Le taux d'agent de couplage déposé (par l'intermédiaire de la composition thermofusible précitée et/ou par l'intermédiaire d'une autre composition préalable) est généralement de l'ordre de 0 à 2% en poids par rapport au poids du verre dans le faisceau.
Les compositions déposées peuvent en outre comprendre un ou plusieurs composants (ou additifs) conférant des propriétés particulières. Ces composants peuvent être apportés par l'une et/ou l'autre des compositions, de préférence par la composition thermofusible. Notamment, à titre d'additifs on peut citer les agents lubrifiants, de préférence non ioniques, les agents anti-statiques, les antioxydants, les agents anti-UV, les agents de nucléation, les pigments, etc. En particulier, la composition thermofusible peut comprendre au moins un diluant pour adapter la viscosité aux conditions du dépôt (ce diluant pouvant être aussi le cas échéant un polymère thermofusible ou de nature similaire, de préférence ne réagissant pas avec l'agent de couplage, par exemple une cire, notamment de polyoléfine), et éventuellement au moins un agent tel qu'un agent filmogène pour enrober les fibres.
Le dépôt de l'agent de couplage se fait par exemple à l'aide d'un rouleau ensimeur, d'un dispositif à lèvre(s) ou d'un pulvérisateur. De préférence, on utilise un rouleau ensimeur.
Le dépôt de la composition renfermant le polymère thermofusible peut être réalisé à l'aide des mêmes dispositifs que ceux utilisés pour la composition comprenant l'agent de couplage, à la différence qu'ils doivent être en outre pourvus de moyens permettant de maintenir le polymère thermofusible à l'état fondu. De préférence, le dépôt de la composition thermofusible est fait à l'aide d'une buse de pulvérisation (avec préférentiellement dépôt de l'agent de couplage auparavant par rouleau). De manière générale, la température d'application de la composition thermofusible est inférieure ou égale à 2000C et est supérieure à 1000C. La température est avantageusement choisie de manière que la viscosité de la composition thermofusible soit suffisamment basse pour que le dépôt s'effectue correctement et que les traces d'eau résiduelles puissent être éliminées (les compositions faisant avantageusement intervenir peu ou pas d'eau, il n'est pas nécessaire de prévoir de séchage supplémentaire). Ces exigences sont satisfaites avec une viscosité au dépôt de l'ordre de 100 à 1500 mPa.s, de préférence de l'ordre de 300 à 800 mPa.s. Le dépôt des compositions, en particulier de la composition renfermant l'agent de couplage, est par ailleurs généralement effectué sur les filaments lorsque la température de ces derniers n'excède pas 900C, de préférence 75°C.
L'étape de calibrage (ou conformation) s'opère avantageusement par au moins un moyen mécanique, en particulier s'opère préférentiellement par passage dans au moins une filière de calibrage, laquelle permet l'obtention de la section désirée. Cette étape (permettant également une meilleure répartition de la composition thermofusible déposée préalablement et un meilleur pré-gainage) favorise l'obtention d'un faisceau consolidé (ou imprégné ou intègre, c'est-à-dire dans lequel les filaments sont liés entre eux). Eventuellement cette étape peut être précédée par et/ou combinée avec une étape supplémentaire et/ou complémentaire de rassemblement avant calibrage, par exemple à l'aide d'une roulette (en particulier immobile) de rassemblement et/ou d'un système par exemple de type entonnoir (ou conique) avant et/ou en entrée de la filière de calibrage, ce dernier système présentant en outre l'avantage le cas échéant de pouvoir récupérer les éventuelles retombées ou projections de composition hot- melt (dans le cas de la pulvérisation notamment) et de mieux répartir ladite composition sur le faisceau, le dépôt de la ou des compositions précitées pouvant se faire notamment avant ou pendant ce rassemblement et/ou en entrée (par exemple le cas échéant au niveau de l'entonnoir couplé à la filière) de filière de calibrage (cas préféré de la pulvérisation).
De préférence, le faisceau sur le point d'être gainé présente une section s'inscrivant dans un cercle de diamètre généralement inférieur à celui de la cavité interne de la filière de gainage, ce cercle étant en outre avantageusement concentrique (à un dixième de millimètre près) avec ladite cavité, avec des variations de périmètre du faisceau n'excédant pas préférentiellement un dixième de millimètre par rapport au périmètre dudit cercle. L'obtention d'une telle section est rendue en particulier possible par l'étape de pré-gainage selon l'invention.
Suite au calibrage, le faisceau subit au moins une étape de gainage (dépôt d'une composition, voire gainage multiple avec plusieurs compositions) par passage dans au moins une filière alimentée par au moins une matière organique à l'état fondu. A noter que le calibrage et le gainage peuvent se faire consécutivement au sein de la même filière ou peuvent se faire dans deux filières séparées. De façon particulièrement préférée, il s'agit pour chacune de ces filières (filière de calibrage, filière de gainage ou filière double de calibrage et gainage) d'une filière dite ouverte ou semi-ouverte (c'est-à-dire dans laquelle on peut introduire latéralement le faisceau de filaments lors de la mise en route ou relance du procédé, ladite filière étant généralement refermée pendant la marche du procédé), cette filière étant le cas échéant refermée lorsque le procédé est enclenché ou la vitesse de fabrication recherchée est atteinte.
La matière de gainage peut être formée d'une ou plusieurs matières, en particulier d'au moins une matière (ou liant ou matrice) organique et d'ajout(s) ou additif(s) (par exemple un additif améliorant la résistance aux rayonnements ultraviolet, un agent de couplage pour augmenter les performances mécaniques, un stabilisant thermique ou chimique, un colorant ou pigment, un retardateur de flamme, etc.) et/ou de charge(s) (talc, fibres de verre, courtes ou longues, etc.), la matrice organique pouvant être ou non identique à la ou l'une des matières organiques présentes le cas échéant dans le faisceau et/ou utilisée ultérieurement lors de la fabrication d'un composite, et étant de préférence compatible avec cette ou ces matières. Le taux d'additifs (et/ou de charges) peut être assez élevé, par exemple de l'ordre de 90% en poids de la gaine déposée.
De préférence, la matière de gainage comprend au moins une matière organique thermoplastique (matrice organique), par exemple une polyoléfine (notamment du polyéthylène ou du polypropylène) ou du polychlorure de vinyle, ou un élastomère, par exemple un polypropylène modifié SEBS (styrène éthylène butadiène styrène), etc. Dans le cas des fils composites, cette matière est avantageusement choisie identique ou similaire ou compatible chimiquement avec la matière organique des fils (de façon à ce qu'il y ait une bonne adhésion, voire une continuité, entre les deux matières), cette matière pouvant éventuellement être chargée en additifs comme mentionné précédemment.
La matière de gainage peut avantageusement permettre de conférer des propriétés supplémentaires aux bâtonnets obtenus et aux composites moulés à partir de ces bâtonnets (propriétés anti-UV, amélioration des performances mécaniques, etc), le fait d'avoir des produits déjà fonctionnalisés permettant également lors du moulage de n'utiliser que des matières de dilution standards peu coûteuses, ce qui simplifie et réduit le coût du moulage. Le gainage empêche également la formation de fibrilles ou fines (fibres se détachant du bâtonnet) lors de la découpe en bâtonnets, ces fibrilles pouvant poser des problèmes de convoyage ou d'encombrement des organes d'injection lors du moulage et pouvant nuire aux propriétés mécaniques des produits obtenus. Les bâtonnets gainés sont également parfaitement manipulables, dosables et transportables dans les tuyaux d'alimentation car lissés par la gaine, la gaine agissant en outre comme une protection, et ne perdent pas leur intégrité jusqu'à leur utilisation pour former des composites par moulage. Le gainage permet enfin d'ajuster à la commande le taux de renforts en faisant varier en ligne (pendant la fabrication) la quantité de matière de gainage délivrée et permet ainsi d'obtenir des bâtonnets avec diverses concentrations de renforts.
La matière de gainage introduite dans la filière peut provenir par exemple d'un dispositif d'extrusion. Le faisceau peut également être revêtu de plusieurs matières identiques ou différentes alimentant la filière (ou le cas échéant plusieurs filières en série ou en parallèle), ce mode permettant encore d'élargir la gamme des produits obtenus. L'épaisseur de la gaine peut être variable ; à titre d'exemple pour un bâtonnet de l'ordre de 3 mm d'épaisseur, la gaine peut être de l'ordre de 0.1 mm ou d'un dixième de l'épaisseur du bâtonnet, voire plus. De préférence, la gaine représente de l'ordre de 3 à 10% en poids du bâtonnet (ou du faisceau gainé).
Après gainage, le ou les faisceaux gainés obtenus (présentant généralement une masse linéique, ou titre, entre 5000 et 15000 tex ou g/km) peuvent être refroidis (par exemple par passage dans un bain d'eau) puis le cas échéant séchés (par exemple par soufflage ou aspiration), et sont découpés (avantageusement à l'aide d'un organe ou coupeur servant également à l'étirage dans le procédé) en bâtonnets, de longueur généralement comprise entre 1 et 100 mm, de préférence entre 5 et 30 mm. Ces bâtonnets présentent un taux de matière(s) de renfort (ici de verre) avantageusement supérieur à 65% et de préférence supérieur à 70% (voire d'au moins 80 ou 90%, en particulier lorsque les filaments des faisceaux sont uniquement des filaments de verre) en poids (par rapport aux bâtonnets). Les bâtonnets selon l'invention présentent donc un haut taux de renfort, tout en étant intègres et le cas échéant bien imprégnés, et présentent une gaine. Avantageusement ces bâtonnets présentent un taux de fibrilles inférieur à 60, de préférence 30, et de façon particulièrement préférée 20 mg par kg de bâtonnets (ce taux étant mesuré en faisant vibrer des bâtonnets sur un tapis et en aspirant les fibrilles à l'aide d'un aspirateur muni d'un filtre). Ils sont faciles à manipuler et à doser et se dispersent bien dans une matrice organique lors du moulage malgré le haut taux de renforts. Les bâtonnets selon l'invention présentent le plus souvent une longueur de fils de renforts comprise entre 1 et 40 mm, de préférence entre 5 et 30 mm, par exemple de l'ordre de 12 mm, et permettent d'obtenir des pièces composites à la fois résistantes, légères et économiques.
Selon un mode de réalisation préféré, la présente invention concerne les bâtonnets obtenus en particulier par le procédé selon l'invention lorsque les faisceaux sont des faisceaux composites, ces bâtonnets étant formés de filaments de verre et de filaments de matière(s) organique(s) thermoplastique(s), le cas échéant liés entre eux par un ou des composants ou matières organiques (en particulier agent de couplage et/ou thermofusible selon l'invention), les filaments étant revêtus (ou entourés) par au moins une gaine (entourant l'ensemble des filaments), généralement formée d'au moins une matière organique (en particulier matière de gainage comme indiquée selon le procédé). Comme explicité précédemment, ces bâtonnets sont avantageusement des bâtonnets à haut taux de renforts.
Le procédé selon l'invention, de mise en œuvre aisée et rapide, et économique, permet ainsi d'obtenir des produits facilement dosables, manipulables, prêts à diluer, facile à disperser, à adapter, etc. La présente invention concerne également un dispositif de mise en œuvre d'un mode avantageux de réalisation du procédé précité. Ce dispositif comprend au moins une filière pour fournir des filaments de verre, au moins un dispositif de dépôt d'une composition thermofusible, au moins un organe de calibrage et au moins un dispositif de gainage (pouvant inclure l'organe de calibrage comme vu précédemment) et au moins un dispositif de coupe.
Le dispositif peut également comprendre (en combinaison ou en complément des moyens précédents) un ou plusieurs des moyens suivants, notamment :
- un ou des moyens pour fournir des filaments de matière organique thermoplastique,
- un ou des moyens de projection des filaments thermoplastiques dans la ou les nappes de filaments de verre, - un ou des dispositifs de rassemblement, tels que roulette(s) (en particulier immobiles) ou dispositif(s) équivalent(s) en particulier à gorge ou entonnoir(s), etc,
- un ou des dispositifs de dépôt d'autre(s) composition(s), telle(s) qu'un agent de couplage ; etc.
Comme indiqué précédemment, le ou les dispositifs de calibrage et/ou de gainage utilisés sont préférentiellement des filières ouvertes ; ils présentent en outre avantageusement un profil « en étoile », c'est-à-dire avec plusieurs canaux d'alimentation répartis uniformément à la périphérie de la cavité interne (ou cavité de conformation) de la filière pour un meilleur contrôle de la pression exercée sur le faisceau et de sa position. La matière de gainage peut arriver au contact du faisceau par différents canaux dans la filière.
La matière fondue de gainage provient généralement d'au moins une extrudeuse ou d'un fondoir.
Les différents éléments du dispositif selon l'invention sont généralement fixes. Les bâtonnets selon l'invention peuvent être utilisés notamment dans des procédés de moulage par extrusion-injection (en particulier généralement par extrudeuse mono vis dans le cas des granulés obtenus à partir des faisceaux composites et par extrudeuse double vis dans le cas dans le cas des granulés obtenus à partir des faisceaux de filaments de verre) et permettent d'obtenir, à des cadences élevées, des pièces complexes (comportant le cas échéant des nervures, bossages, etc.) présentant une répartition satisfaisante de la matière de renfort, les composites obtenus à partir de ces bâtonnets présentant en outre de bonnes propriétés mécaniques.
Les composites obtenus à partir des bâtonnets selon l'invention peuvent être par exemple des pièces structurelles pour automobile telles que des faces avant, tableaux de bord, modules de porte, écrans sous moteur, doublures de hayons, etc, ou encore peuvent être des tambours de machines à laver, des palettes pour le transport de marchandises, etc.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication de bâtonnets concentrés dans lequel on étire une multiplicité de filets de verre fondu, s'écoulant d'une multiplicité d'orifices disposés à la base d'une ou plusieurs filières, sous la forme d'une ou plusieurs nappes de filaments continus, on dépose au moins une composition thermofusible à la surface des filaments, on rassemble les filaments sous forme d'au moins un faisceau que l'on calibre puis que l'on gaine à l'aide d'au moins une composition de gainage, avant de le couper.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, pendant l'étirage des filaments de verre, on extrude à partir d'une tête de filage et on entraîne simultanément des filaments de matière organique thermoplastique, les trajets suivis par les filaments de verre et les filaments de matière organique convergeant l'un vers l'autre avant que lesdits filaments soient rassemblés en au moins un faisceau composite entraîné mécaniquement.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on dépose également au moins un agent de couplage à la surface des filaments.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dépôt de la composition thermofusible se fait par pulvérisation.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le faisceau sur le point d'être gainé présente une section s'inscrivant dans un cercle de diamètre généralement inférieur à celui de la cavité interne de la filière de gainage, ce cercle étant en outre avantageusement concentrique à un dixième de millimètre près avec ladite cavité, avec des variations de périmètre du faisceau n'excédant pas préférentiellement un dixième de millimètre par rapport au périmètre dudit cercle.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le calibrage et/ou le gainage se font dans une filière ouverte ou semi-ouverte.
7. Bâtonnets formés de filaments de verre et de filaments de matière(s) organique(s) thermoplastique(s) revêtus par au moins une gaine.
8. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins au moins une filière pour fournir des filaments de verre, au moins un dispositif de dépôt d'une composition thermofusible, au moins un organe de calibrage et au moins un dispositif de gainage, pouvant éventuellement inclure l'organe de calibrage, et au moins un dispositif dé coupe.
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