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La présente invention est relative aux perfectionnements apportés à la production de feuilles de matière plastique ren- forcées par des fibres cellulosiques.
Il est bien connu que les feuilles de résines synthéti- ques therino-duroissables, renforcées de la manière ordinaire par des tissus de coton, sont sujettes à se déformer ou à se gondoler si le degré d'humidité à laquelle elles sont exposées change, et le but de la présente invention est de fournir une feuille de matière plastique renforcée de fibres cellulo- siques dans laquelle la matière renforçante est telle que la feuille développera une plus grande résistance quand elle est exposée à des conditions de variations d'humidité ou quand elle est plongée dans l'eau.
On a constaté, et cette constatation forme la base de la présente invention, que le changement dans les dimensions, qui est la cause de la déformation susdite des matières plas- tiques renforcées, est beaucoup réduit et la résistance à la déformation est augmentée en conséquence lorsqu'on emploie des fibres, des fils filés souples ou des tissus produits de
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fils filés souples, de liber ou de fibres de feuilles ou de filaments de cellulose régénérée très résistants à la trac- tion, comme la matière qui doit subir l'effort (composante renforçante) des feuilles renforcées.
Ces fibres, fils ou tissus peuvent être employées en- tre les lamelles successives de matière plastique ou peuvent être imprégnées de matière plastique pour former des lamelles.
Il rentre dans le plan de la présente invention d'employer d'autres matières renforçantes dans des lamelles de matière plastique pourvu que ces matières de renforcement ne réduisent pas considérablement la stabilité des dimensions des feuil- les quand l'humidité subit des changements.
Bien que le changement de la longueur d'un cycle d'hu- midité de 0 à 100 % après imprégnation au moyen d'une résine thermo-durcissable, d'un traitement préalable et condensa- tion, soit seulement d'environ la moitié du changement montré par un fil de coton traité similairement, les fibresde cellu- lose régénérée très résistante à la traction ne sont pas aussi utiles au point de vue commercial pour des raisons économiques que le liber naturel et les fibres de feuilles naturelles, comme par exemple le jute, le chanvre de .Manille, le chanvre, le lin, les fibres d'orties et, dans une mesure un peu moin- dre, le sisal.
Le changement de la longueur d'un fil de jute filé sou- ple, quand il a été imprégné de résine thermo-durcissable et traité comme il sera décrit plus loin, quand il est soumis à un cycle d'humidité de 0-100 R.H. est environ la moitié de celui d'une fibre de cellulose régénérée très résistante à la traction et environ un centième du changement de la lon- gueur montré par un fil de coton traité similairement.
Lorsqu'on se réfère ci-après à une matière laminée qui est pratiquement stable au point de vue du changement des di- mensions quand l'état d'humidité change, il faut alors com- prendre qua la matière, quand elle est soumise à un cycle
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d'humidité de 0 à 100 R.H., ne montre pas plus d'un 1/20 du changement dans la même dimension qui est montrée par une matière autrement similaire dans laquelle la fibre renfor- çante est du coton des mêmes dimensions.
Les fibres de cellulose régénérée très résistantes à la traction, et des fibres de liber et de feuilles d'un haut module d'élasticité, qui montrent de faibles changements de longueur en cas de changements dans l'humidité, sont toutes susceptibles d'être endommagées pendant le pressage, les fi- bres de fils montrant des signes de fragilité avant que ne soit atteint l'état de traitement préalable du commerce de la résine thermo-durcissable. Par exemple, un fil de jute filé souple de 6 lbs, quoique peu influencé par une pression de
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7 x 10$ dyues/cm2 à l'état non traitê, montré une désagréga- tion sérieuse sous 1,2 x 108 dynes/=2 à l'état de traitement , préalable du commerce de la résine thermo-durcissable.
Il est donc clair que la configuration des fibres, l'é- paisseur des lamelles quand la feuille est composée d'un cer- tain nombre de couches; le degré de traitement préalable et la vitesse de chargement dans la presse doivent être choisies d'une façon telle que les fibres sont pressées dans leur con- figuration finale avant que le degré de polymérisation (c'est- à-dire le traitement préalable) de la résine soit suffisant pour rendre les fibres fragiles.
Les fibres dans chaque lamelle devraient être disposées aussi parallèlement que possible, de sorte que l'emballage serré puisse avoir lieu dans la presse à une pression moindre que si la disposition est laissée plus au hasard. Les fils et les torons, si on en fait usage, sont de préférence ali- gnés par traitement sous tension avant et pendant le traite- ment préalable, qu'ils soient employés sous forme de fils ou qu'ils soient tissés pour former un tissu comme ce sera décrit ci-après.
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Une forme dans laquelle les fibres peuvent être employées commodément est celle d'un voile de carde et si elles sont employées ainsi, la couverture ou le transporteur qui porte le voile du peigneur de la oardeuse est disposé pour étirer le voile en marchant à une lus grande vitesse que celle du tambour de carde. En pareil cas, l'alignement obtenu n'est pas très bon, mais comme le voile de carde est plus résistant à l'endommagement par la pression qu'un fil, le résultat est satisfaisant quand une force de résistance maximum à la trac- tion n'est pas exigée de la matière plastique renforcée.
Quand on emploie une fibre sous la forme d'un fil filé, le diamètre du fil devrait être faible, car on a trouvé que la résistance à la pression et la stabilité de longueur, quand l'humidité varie, diminuent approximativement comme la racine carrée du poids par longueur d'unité. Ainsi, le fil de jute de 48 livres par broche, après imprégnation sous tension avec une résine thermo-durcissable et après traitement varie en longueur sur la gemme d'humidité 0-100 % de 0,05 %, tandis qu'un fil similaire de 6 numéros de jute (six livres par 14,400 yards) varie seulement de 0,02 % dans les mêmes con- ditions. Quand la plus grande stabilité dimensionnelle est exigée, le fil ne devrait pas être plus gros que le numéro 4 du jute, et le sens du fil retors devrait être de préférence inversé dans les fils alternés.
Pour augmenter la facilité de la manipulation, les fils de renforcement peuvent être tissés pour former un tissu, les fils qui sont soumis aux efforts étant les fils de chaîne ou les fils de trame. Les fils soumis eux efforts, qui, comme on vient de le dire, peuvent être ou la chaîne ou la trame, sont tissés aussi intimement que possible, tandis que l'autre fil, c'est-à-dire la trame ou la chaîne, a aussi peu de passées ou de bouts que praticable et est de préférence formé d'une fibres, dont le module d'élasticité sous la presse est si
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faible que les fils de renforcement ne peuvent Pas être en- dommagés dans la presse par celle-ci. Les fils qui conviennent dans ce but sont ceux filés de Nylon, de laine, d'acétate de cellulose, de caséine ou de résines polyvinyliques.
Quand on emploie une étoffe tissée, le système de fils qui doivent supporter les efforts est allongé ou étiré avant et pendant le traitement préalable de la résine pour parallé- liser les fibres, le système de fil secondaire, c'est-à-dire plus faible, ayant la possibilité de se contracter, grâce à quoi les fils qui doivent supporter les efforts et qui sont d'un module d'élasticité élevé s'assemblent plus intimement.
Le susdit assemblage peut être facilité par des dispositifs mé- caniques connus, par l'emploi par exemple d'un fil comme celui du système qui ne doit pas supporter les efforts et qui peut subir un retrait et/ou par la compression du tissu dans une calandre ou presse plate de la manière connue.
Il est à recommander, pour obtenir de la symétrie plane, de changer la direction des fibres dans des couches successi- ves ou lamelles dans un tissu à couches nombreuses, l'angle préféré compris entre des lamelles voisines étant de 180 divisé par 1 plus le nombre de lamelles, entre deux lamelles dont les fibres sont parallèles les unes aux autres.
Les fibres des lamelles extérieures devraient être paral- lèles, de sorte que tout changement dans les dimensions qui pourrait se produire soit symétrique autour du plan neutre de la feuille.
Le degré de traitement préalable avant la lamination exige un contrôle soigneux; si la lamelle est placée comme une poutre en porte-à-faux, le module d'élasticité, déterminé de la manière ordinaire, ne devrait pas dépasser 1010 dynes/=2 ou les fibres peuvent être endommagées pendant la pression, spécialement quand les lamelles individuelles montrent une épaisseur irrégulière. Aussi longtemps que ce chiffre n'est paq dépassé, des variations dans le module de Young des la- melles, avant l'exécution de la pression, sont sans importance,
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pourvu que tout moyen de dispersion, par exemple de l'eau ou de l'alcool, soit complètement séché à une température qui ne provoque pas le raidissement de la matière imprégnée.
Le sisal est particulièrement exposé à l'endommagement dans la presse et devrait être sché lentement à une tempéra- ture d'environ 20 au-dessous de la température de traitement préalable que l'on emploie normalement pour la résine d'im- prégnation.
Les pians les plus faibles dans la feuille laminée sont ceux entre les lamelles, car l'énergie de tout effort de fle- xion est concentrée dans ces plans. Les lamelles devraient, par conséquent, être les plus minces que l'on puisse presser en un assemblage intime à la surface entre deux lamelles, sans endom- mager les fils ou les fibres. Ainsi l'épaisseur d'une seule lamelle devrait varier directement en fonction du module d'élas- ticité de la lamelle dans le stade auquel la pression de lami- nation est appliquée. Si des fils sont employés comme renfor- oements, l'épaisseur devrait varier directement comme le dia- mètre du fil et comme la torsion du fil.
La limite inférieure de l'épaisseur de la lamelle indi- viduelle semble être d'environ 20 diamètres de fibre quand on emploie du voile de carde comme renforcement et d'environ deux ou trois fois le diamètre du fil lorsque du fil (soit comme simples torons, soit tissés en une étoffe, comme c'est décrit ci-dessus) est employé pour le renforcement. On peut employer des lamelles plus épaisses, mais elles seront alors plus su- jettes à la délamination sous l'influence d'un effort. Il est par conséquent préférable de tenir le module d'élasticité des lamelles avant la pressage plus faible, plut8t que de compen- ser l'augmentation de la fragilité pendant le trai- tement préalable par une augmentation de l'épaisseur de la lamelle.
Quand on emploie du fil sous forme de la trame d'une étoffe tissée comme renforcement, la trame peut être mise à
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des angles convenables par rapport à la chaîne, comme décrit dans le brevet britannique N 556.519, la production suivant ce procédé étant plus économique que de couper des lamelles du tissu avec la trame à angle droit par rapport à la chaîne, et de superposer les lamelles successives aux angles désirés.
Quand on prépare du voile de carde pour le renforcement, la fibre est de préférence cardée trois ou quatre fois et dé- posée sur un transporteur de gaze ou une couverture qui marche 5 à 10 % plus vite que le peigneur pour donner de l'étirage et pour aligner les fibres plus parallèlement par rapport à la direction de la course. Le voile devrait peser aussi peu que possible en tenant pourtant compte de la régularité, de préférence environ 7 à 15 grammes par décimètre oarré, ce qui donne une lamelle entre 0,5 et 1 mm. d'épaisseur après pressage.
Une dispersion ou solution d'une résine synthétique ther- mo-durcissable ou de produits capables de former une résine de ce genre, est appliquée au voile soit par aspersion, soit par un rouleau d'alimentation, soit par immersion, le voile étant supporté pendant l'imprégnation entre deux transporteurs à gaze métallique ou feuilles pour empêcher tout dérangement du voile.
Après l'imprégnation, le voile est traité pour enlever tout surplus de solution de résine, si nécessaire, soit par succion, soit par pression, ou par les deux moyens, si le pro- cédé est continu, ou par pression entre deux plateaux à gaze, si le procédé est appliqué de façon intermittente et quand le solvant ou l'agent de dispersion est enlevé, de préférence avec le voile pressé entre deux gazes, jusqu'à ce que la lamelle rai- disse légèrement la valeur du module de Young de la déflexion d'une bande de la lamelle, étant ensuite d'environ 0,6 - 1x1010 dynes/om2, la quantité de matière volatile dans la matière im- prégnée étant à ordinairement d'environ 7-8 %.
Les lamelles, qui ne montrent pas de tendance à coller aux gazes de support quand elles sont sèches, sont ensuite su- perposées avec les fibres aux angles désirés et assemblées en- tre des plateaux pour la lamination.
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Le paquet est pressé à 0,5 x 108 dynes/cm2 et la tempé- rature augmentée jusqu'à ce que le paquet s'amollisse, moment auquel l'épaisseur diminue subitement. On augmente ensuite la pression jusqu'au chiffre final, environ 1 à 3 x 108 dynes/cm2 et la réaction est complétée par,'une augmentation de la tempé- rature.
Quand on emploie du fil comme renforcement, soit comme des torons, soit comme étoffe tissée, le fil de renforcement qui ne devrait pas peser plus de 0,008 grammes par cm est al- longé pendant l'imprégnation, le séchage et le traitement préalable jusqu'au maximum de la tension admissible, qui est d'environ 40 % de l'effort maximum pour les fils plus fragiles, telles que les fibres de liber et des fibres de cel- lulose régénérées très résistantes à la traction.
Quand du fil non tissé est employé, il peut être impré- gné et séché quand il passe du rouleau de l'appareil d'encol- lage de la chaine, la tension étant exactement contrôlable sur ces machines, et après séchage est bobiné sur des plateaux de presse, au lieu de l'être sur un rouleau.
Les plateaux de presse, qui portent un bobinage égal à une lamelle, peuvent être bobinés à nouveau à angle droit ou recevoir un pressage préliminaire et un traitement préalable limité, avant d'être assemblés pour former le paquet final, qui est laminé et traité dans la presse d'une manière similai- re à celle décrite quand on emploie du voile de carde pour le renforcement.
Quand une étoffe tissée est employée, on peut, sans dif- ficulté, procéder de façon continue, un fil de liage étant choisi qui est aussi peu affaibli que possible par la résine et l'agent de dispersion. Ainsi 4e la laine et des fils de cellu- lose régénérée à faible résistance à la traction peuvent être employés pour n'importe quelle résine usuelle thermo-durcissa- ble, tandis que des fils d'acétate de cellulose peuvent être employés avec des résines du type urée-formaldéhyde et mélamine- formaldéhyde.
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Le fil du tissu qui est soumis aux efforts est tenu sous tension pendant les processus préliminaires, l'imprégnation; le séchage et le léger traitement préalable, les lamelles étant assemblées pour la lamination, comme cela a été décrit ci-dessus.
Une feuille peut être composée de lamelles, dont certai- nes sont renforcées par du fil et certaines par du voile de carde, et il n'est pas nécessaire que les lamelles successives soient renforcées par la mène fibre. Ainsi, les lamelles de sisal ont une plus forte tendance à se délaminer sous un ef- fort de flexion que les lamelles de fibres plus molles; par conséquent, quand on s'attend à desefforts de ce genre, il fau- drait intercaler une lamelle d'une fibre plus molle, comme par exemple de jute ou de chanvre d'Italie, entre deux lamelles de sisal.
Similairement, une couche à base de feutre ou de papier peut être intercalée entre deux lamelles de fil quand les pro- priétés mécaniques du plus haut degré ne sont pas exigées, en réduisant ainsi les frais de la feuille finie sans affaiblir la stabilité dimensionnelle considérablement.
Les exemples suivants sont donnés pour illustrer l'in- vention, mais il faut comprendre que celle-ci ne se limite pas à ces exemples.
Exemple 1.; Un râtelier est préparé de fil de jute du numéro 6, étiré avec des fils alternatifs de torsion droite et inverse, et condensé en une feuille qui contient aussi exactement que possible 42 bouts par pouce. La feuille est imprégnée dans une solution de résine de crésol-formaldéhyde soluble dans l'eau, pour laisser dans le fil une addition d'environ 60 % en poids de composants de résine. On fait ensuite sécher la feuille à une température insuffisante pour raidir le fil et on la roule sur un plateau de presse d'acier poli de n'importe quelles dimensions désirées; allant jusqu'à l'épaisseur de trois ou de quatre couches de fil.
Le fil est serré au pla-
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teau, et après avoir coupé la feuille, on enroule sur le pla- teau trois ou quatre autres épaisseurs de feuille à angle droit par rapport à la première couche, et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'on atteigne l'épaisseur désirée. Le fil dans les deux couches de surface doit être parallèle, la tension pendant l'enroulement étant maintenue à environ 0,5 gramme par denier par un compensateur d'une manière connue.
Après avoir enroulé le fil autour du plateau jusqu'à ltépaisseur désirée, on le fait sécher dans un four à 75 C jusqu'à ce que,le fil étant sec, le poids soit constant ou pra- tiquement constant. Le plateau avec le fil enroulé est ensuite placé entre deux plateaux de presse polis, chauffés à environ 80 0 et une pression d'environ 4 x 107 dynes/=2 après quoi la température est augmentée. Si le chauffage a lieu par courant alternatif à haute fréquence, 1 degré environ par minute cons- titue une base convenable d'augmentation de température, mais si la chaleur est conduite à travers la masse pressée, les pla- teaux de la presse ne devraient pas être chauffés au-delà d'environ 98 C, afin d'éviter un durcissement de la surface.
Quand le fil devient mou et s'assemble plus intimement, on augmente la pression jusqu'à la valeur finale, ordinairement environ 108 dynes/cm2, et la température est augmentée jusqu'à 130 0 et maintenue à ce chiffre pendant 45 minutes. Puis, le paquet est refroidi de la manière habituelle et enlevé de la presse.
Une feuille préparée de cette manière montre moins d'un dixième du changement dimensionnel d'une feuille similaire pré- parée avec des fils de coton, quand on l'expose à des varia- tions d'humidité entre 30 % et 100 % à des températures nor- males.
Au lieu de jute, on peut employer dans le susdit exemple, des chanvres de Calcutta, du Chili et de l'Italie, des fibres d'orties et de ramies blanches, du chanvre de Manille ou du lin
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Exemple 2. - Un voile de carde de chanvre d'Italie, de fibres cardées auparavant 3 fois, pesant 12 grammes par décimètre carré, est déposé sur des plateaux de pression de fil métalli- que tissé, et arrosé d'une solution aqueuse d'une résine de phénol et de formaldéhyde contenant 66 % de résine, poids sec, et le voile saturé est extrait par un hydro-extracteur à suc- cion, de la manière connue. D'autres couches sont ensuite dé- posées sur le plateau de pression, ce dernier étant tourné d'un angle de 60 pour chaque couche successive, et les couches , de surface de la feuille complète étant parallèles.
Au lieu d'arroser individuellement les couches de voile de carde avec de la résine,on peut arroser la feuille complétée ou partiel- lement complétée, mais on a trouvé qu'il est à conseiller de ne pas arroser plus de trois ou quatre couches en une fois, pour obtenir une bonne pénétration.
La couche composée de voile de carde humecté et imprégné est recouverte d'un autre plateau de pression de gaz,et pres- sée à 7 x 107 dynes/cm2 pour enlever le surplus du liquide d'imprégnation qui est récupéré et encore employé.
Les paquets sont ensuite enlevés et séchés dans un four à 65 C jusqu'à ce que leur poids soit constant, et rassemblés dans la presse. En règle générale, les feuilles sont transfé- rées à des plateaux inoxydables polis pour la pression finale, mais pour quelques usages, on préfère le finissage brut des plateaux de pression de gaze.
Le paquet est pressé jusqu'à 5 x 107 dynes/cm2 à 80 0 et la température est élevée comme à l'exemple 1, jusqu'à ce que l'assemblage intime du pàquet augmente soudainement; la pression est ensuite augmentée jusqu'au chiffre final, ordi- nairement 1 à 3 x 108 dynes/cm2 et la polymérisation est com- piétée comme à l'exemple 1.