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Produit atratit1' à fibres de Yerr8-
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La 13yêocu,o invention est relative aux éléments de @OI!3\Wi6t:l-úÍ" <on;%1%u40 par des tapis ou mat. poreux o%ra- tî9'en ec 91treen de verre imprégnées de résine$ pourvue de couchoa do pccouvrelllent protectrices. Plua part1cu.l16re- Feac 3,i!.\'.at.ion est relative aux éléments de construction de eo\,tG ocpéeoe, qui sont particulièrement applicables en trolt que cposet3te pour automobiles, ainsi que comme pan- nr.AW:
acoustiques offrant un degré de flexibilité élevât da mêrns uUw1a rigidité mécanique élevée et une stabilité dilnensionl1elJ,e tout comme des propriétés décoratives et
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acoustiques.
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0n > constaté que des éléments de construction conati-
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tués par dos nappes de fibres agglomérées par une résine et
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pourvues d9ua couche de recouvrement décorative et protec- trîoe offrent une grande utilité comme repose-tête pour au- tomobiless comme panneaux acoustiques et comme coussins
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antichoc.
De tela éléments de construction lquyeut 0&m formé. en faisant adhérer, par l'action de 19 chaleur eu de la pression, des nappes ou mata de fibre.* 4<t eret ame- quela a été appliquée une résine therm04urclatabl. ma du%- oie à des couches de revêtement protectricoo *xt4rîewtag, constituées par un quelconque des tissu .811, CODJ1U8<. (la a constaté que les produite établis ctnfoxmnt aoa6 aitba. des antérieures, présentent, bien qu'étant aV1fwc 44&* de nombreuses applications, certains désavantagea..
Eh paru. culier, la résine thermodurcissable non cuîteeiccattum 4an*
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la couche de nappe fibreuse, émigré souvent ,...1'5 3!m <Mefatee! de la couche de revêtement protectrice pendant.l'G.4r.&ca de stratification; d'autre part, les produits Ânit souvent eux-mêmes d'une nature poreuse et ab80eft1t fk*U-s- ment des particules de poussière ou de crasse qui p>uvan; et trouver dans l'air. De plus, lorsqu'on net1 :L.. eer tus produits avec des agents de nettoyage du type 4olvmts, 11a as décolorent dans une certaine mesure étant 4d.u:tf que la résine agglomérante, présente dans l'objet .trait1. fini, est susceptible d'être attaquée par le solvant ea l'aisoa 4 la porosité de la couche protectrice de rey8teA' en %ia-
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su.
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Partant de ce qui précède, la présente Mention 'fiN en particulier à établir un produit en tibrer. -le Teft'8 Ii&'- glomérées à l'aide d'une résine, muni d'une nuehe cJI4corat:1- ve et protectrice qui peut être aisément net3de par des
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produits de nettoyage du type à solvant.
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La présente invention vise en outre à tSt.,b11r un produit poreux constitué par des fibres de verre agg1"r'e' par une résine et muni d'une couche extérieure dé<1 rative et protectrice, essentiellement imperméable aux rt'issieres et
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à la crasse.
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La présente invention se propose en outre à établir un procédé peur produire des objets ayant les propriétés citées plus haut.
En résumé,la présente invention vise à établir un pro- cédé pour former un objet stratifié en fibres de verre, en le soumettant à l'action de la chaleur et de la pression, ce procédé étant caractérisé en ce qu'une masse de fibres de verre contenant entre 7 et 30% en poids d'un produit adhésif constitué par une résine thermodurcissable non dur- cie, une couche de tissu de revêtement et une feuille ther- moplastique intermédiaire sont assemblées en sandwich, puis soumises à l'action de la chaleur et de la pression.
De préférence, la couche de tissu est une toile de fibres de verre, tandis que la feuille de matière thermoplastique est en polyéthylène d'une épaisseur comprise entre 1/2 et 10 mils (0,00127 - 0,0254 cm). Le produit stratifié peut éga- lement comprendre une masse additionnelle de fibres de ver- re avec 7% à 30% de liant, ce dernier étant toutefois durci préalablement à l'application de la chaleur et de la pres- sion.
La présente invention sera mieux comprise si l'on se reporte à la description détaillée qui suit, ainsi qu'aux dessins annexés, dans lesquels !
La fig. 1 est une représentation schématique du procé- dé pour produire des panneaux acoustiques conformément à la présente invention.
La fig. 2 représente schématiquement un panneau acous- tique stratifié composite fini; et
La fig. 3 est une vue en coupe du panneau acoustique, prise le long de la ligne 3-3 de la fig. 2.
On décrira ci-après, d'une manière détaillée, à titre d'exemple, un mode opératoire pour la production d'un pan.
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neau acoustique en fibres de verre, conformément au procédé de la présente invention. En se reportant à la fige 1, qui représente de façon schématique le mode opératoire pour la , production de panneaux acoustiques, on voit que ce mode opé- ratoire consiste à dévider successivement les couches indi- viduelles à partir de rouleaux 5, 6, 7 et 8, successivement, en les étalant l'une sur l'autre, pour former un matelas ou mat 9 à quatre plis;
à faire passer ce matelas 9 au-dessous d'un plateau chauffé 10 où les couches individuelles du ta- pis 9 sont assemblées en sandwich de façon monolithe sous l'effet de la chaleur et de la pression; à faire passer en- suite les couches mises en sandwich sous un système de décou- pe, par exemple une plaque 11, qui débite les couches lami- nées, sous la forme de panneaux acoustiques 12 de dimensions désirées; et à transférer les panneaux ainsi débités à un transporteur ou autre système approprié 13.
Les différents rouleaux 5, 6, 7 et 6 sont constitués, respectivement, par du tissu de verro 14, par un film de polyéthylène 15, un mat de fibres de verre 16, imprégné d'un adhésif ou liant consistant essentiellement en résine ther- modurcissable non durcie et un mat de fibres de verre 17 imprégné d'un liant de résine durcie, lequel consiste essen- tiellement en résine thermodurcissable. Les couches indi- viduelles sont avancées par intermittence à travers l'appa- reil à former les panneaux acoustiques, au moyen de cylindres de traction, désignés par les chiffres de référence 18 et 19, ainsi qu'au moyen d'une courroie 20, laquelle est à son tour entraînée par des cylindres de commande 21.
Les cylin- dres de commande ou de traction 18 et 19, et la courroie 20 sont réglés de manière à former et à faire avancer une lon- ' gueur de tapis ou mat donnée en un temps donné.
Dans une opération typique, la couche ou le film de
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polyéthylène 15 est constitué par une touille d'un, épais- leur qe 2 mils (0,00508 cm) en vires; la couche 16, qui con- tient le liant non durci, est constitués par un tapie de 1/2 pouce (1,27 cm) d'une densité do 3/4 lbs. environ par pied cube (12 kilogrammes par mètre cube)} et la couche 17, qui contient la résine cuite, consiste en un tapie d'une é- paisaeur de 1 pouce (2,54 cm), d'une densité de 1/2 1b.
par pied cube (8 kilogramme, par mètre @ube). Le@ cylindres de traction 18 et 19 et la courroie sans fin 20 agissent de manière à entraîner des longueurs données de tapis 9 à des intervalles de temps prédéterminât et à faire avancer des portions données de tapis 9, d'abord directement sous le plateau chauffé 10 et ensuite sous la plaque de découpe 11.
Le plateau chauffé 10 - lequel est chauffé à 350 F (177 C) environ, à l'aide d'un dispositif de chauffage électrique 22, par exemple - est commandé de façon appropriée au moyen d'un organe hydraulique 23, de telle aorte que lorsque des couches individuelles constituant le tapis 9 sont amenée. au-dessous de cet organe au moyen des cylindres d'entraîne- ment 18 et de la courroie sana fin 20, le plateau supérieur
10 descend sur la surface supérieure du tapis 9, pour une durée de 12 secondes environ, en appliquant une pression de 1/2 1b. environ par pouce carré (352 kilogrammes par mè- tre carré).
A la fin du cycle de cuisson, le tapis 9, qui forme désormais un corps stratifié monolithe, est ensuite ame- né à passer, à l'intervention des cylindres d'entraînement
19, supérieur et inférieur, au-dessous d'une plaque de dé- coupe 11 de dimensions convenables, laquelle est à son tour commandée à l'aide d'un organe hydraulique 24. Ce dernier abaisse la plaque de découpe 11 sur les couches Mises en sandwich, en en détachant ainsi le panneau acoustique compo- site 12. Des éléments de support appropriés 25 et 26 sont
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disposa au-degogue du plateau chauffa 1C et de la plaqu de troupe bzz, 18416mont do sqnwxt 26 torminsat par un transporter A l.a.irr 27 MK;Me3L 2*4 pennéaux débites sont transférés.
;,'and l'opération de cuisson, le liant qui con4*t* ousentiellement en une résine thomodurc,. ible non durcies çontênu dmo la couche 16, subit une cuisson on mime tmps que le tuplo 9 cet au.a la comprogniont 4e aorte qw Ce liant ag,l.ut.te les fibres tormement entra,s.ars,, pour !aa:ua une couche composite relativeateat donise. LcriMt la couche 16 présente initialement une épaiesour dw 1/2 pouce (1,27 cm) environ, préalablement à l'op4ratîon de cuiason, elle est comprimée, au cours de la cuisson, à uno épaisseur de 1/16 de pouce (Opl59 cm) environ à 1/8 de pou<- ce (0,317 cm) environ, pendant l'opération de cuisson.
La température communiquée par le plateau chauffa 10, au cours de l'opération de cuisson, a également pqur effet de ramol- lir le film de polyéthylène 15, de aorte que la matière thermoplastique est amenée à pénétrer dans une portion su- perficielle tant du tissu que de la masse de fibres, con- tigus à ce film, ce qui assure à 'son tour une agglutination avec la couche extérieure de tissu de verre 14 et avec la couche de fibres de verre 16, qui contient la résine ther- modurcissable en cours de cuisson.
La couche de fibres de verre 17 - dont les fibres individuelles sont agglomérées à l'aide de l'adhésif constitué essentiellement par la ré- sine thermodurcissable cuite - conserve son élasticité au '<j cours'de la mise en sandwich et, après son départ de des- ' sous du plateau 10, reprend son épaisseur initiale en vert,, de son élasticité.
Il se produit également, au cours de l'opération de moulage ou de "conformation", un certain éeau- lement de résine non durcie, dans la couche 16, à l'inter-
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face des coucher 16 et 17 et entre les fibres individuelles des deux couches, écoulement qui, à la suite de la cuisson, détermine la formation d'une adhérence ferme antre les cou- ches 16 et 17. On réalise ainsi un élément de construction stratifié composite, cohérent dans toute sa masse à la ma- nière d'un monolithe.
Dans la fig. 2, à laquelle on se reportera ci-après et où le panneau acoustique 12 est représenté sous une forme légèrement agrandie, le tissu de verre est désigné par le chiffre de référence 28; la couche de polyéthylène - par le chiffre de référence 29 ; la couche de fibres de verre, qui contient initialement le liant de résine non durci, est dé- signée par le chiffre de référence 30 et la couche de fibres de verre imprégnée de résine durci* - par le chiffre de ré- férence 31.
La fig. 3 est une vue du panneau acoustique fini 12, prise le long de la ligne 3-3 de la fig. 2 et montrant les couches individuelles 28, 29, 30 et 31, en coupe*
Les tapis ou mats' de fibres de verre employas pour for- mer les produits stratifiés décrits ci-dessus possèdent des densités relativement réduites. 'Cependant, 'tout homme de métier conçoit aisément que' les propriétés du panneau 12 peuvent être aisément modifiées par l'emploi de tapis de :et- bres de verre d'une densité plus ou moins élevée, lors de la formation du produit stratifié.
La proportion de liant de résine utilisa lors de la for tion des couches 16 et 17 peut varier entre environ 7 et 30%. Cependant, l'inventeur a constaté qu'une propor- tion de liant de 20% environ, basée sur le poids de la cou- che considérée, et répartie uniformément dans toute la eau- che en question, principalement aux intersections de figres, donne un produit, à cohérence terme,. Un adhésif consistant
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essentiellement en une résine thermodurcissable est par- ticulièrement favorable pour la mise en oeuvre de la pré- sente invention, et l'on fait de préférence appel à un pro- duit de condensation de phénol ou de mélamine-formaldéhyde.
L'emploi d'un film de polyéthylène en qualité de film thermoplastique intermédiaire procure de nombreux avanta- ges dans le produit fini, étant donné que le polyéthylène est une matière thermoplastique qui se ramollit à une tem- pérature d'environ 228 F (109 0) à 234 F (112 CI. Le film de polyéthylène produit un thermoscellage à 250 F (121 0) environ, en établissant ainsi une cohésion monolithe à une température inférieure à laquelle les couches de revêtement ' en tissu ordinaire risqueraient d'être influencées d'une façon défavorable.
De plus, le film de polyéthylène faisant partie de.',l'objet stratifié est à la fois tenace et flexi- ble à la température ambiante, tandis que l'absence d'un plastifiant dans le film procure d'excellentes caractéris- tiques de résistance aux intempéries de l'article fini, dans les conditions d'utilisation normales. De plus, le polyéthylène est lui-même insoluble dans les solvants orga- niques, à la température ordinaire, de sorte que les pro- duits de nettoyage du commerce, du type à solvant, habituel- , lement employés pour enlever des taches superficielles des tissus, peuvent être employés, sans le risque d'affecter défavorablement l'aspect de l'objet nettoyé.
.Les'films ou feuilles de polyéthylène sont disponible. sous une forme coulée, calandrée ou extrudée et, de plus, on peut; se les procurer aisément sous la forme extrudée sur 'la couche de tissu même. Ainsi, le tissu employé lors de la formation des objets conformément au procédé de la pré- sente invention peut se voir appliquer le film de polyéthy- lène initialement par extrusion,,par opposition à l'emploi
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de couches séparées de tissu et de polyéthylène. dans l'o- pération de mise en sandwich décrite ci-dessus.
L'inventeur a constaté que l'on obtient les meilleur. résultats lorsque ltépaisseur des feuilles de polyéthylène est comprise entre 1 et 4 mils (0,00254- 0,01016 cm), bien que des épaisseurs de 1/2 à 10 mils (0,00127 - 0,0254 cm) aient été utilisées avec succès. En effet, l'inventeur a constata que si l'on utilise des épaisseurs supérieures à
2 mils (0,00508 cm) le film des objets finis, formés en conformité avec le procédé faisant l'objet de la présente invention, ne présente pas de porosité, c'est-à-dire, le film de polyéthylène ne présente pas de piqûres après l'o- pération de mise en sandwich ou de moulage.
L'inventeur a découvert que, dans certains cas, il peut s'avérer avantageux d'employer des feuilles de poly- éthylène ayant une épaisseur inférieure à 2 mils (0,00508 cm),
Lorsqu'on emploie de telles feuilles au cours de l'opération de mise en sandwich, on constate que le film de polyéthylè- ne faisant partie de l'objet fini est percé d'un certain nombre de piqûres, ce qui peut être avantageux, compte tenu des propriétés acoustiques que l'on désire imprimer 1 l'ob- jet fini. La répartition et l'importance de l'effet de piqû- res peuvent être réglées en contrôlant l'épaisseur de la couche adhésive de polyéthylène, ainsi que la configuration de la surface conformante qui est en contact avec la couche de tissu.
En ce qui concerne les fréquences qui sont affec- tées particulièrement par les objets décrits ci-dessus, on notera que, lorsque les pores présentent des piqûres, les hautes fréquences sont absorbées ou affaiblies le plus ef- ficacement, tandis qu'une feuille continue de polyéthylène dans l'objet fini est très efficace en ce qui concerne les basses fréquences.
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Ainsi qu'il a été dit plus haut, le polyéthylène uti- lisé dans le procédé suivant la présente invention peut se présenter sous la forme de feuilles, ou bien le polyéthylè- ne peut être extrudé sur la surface de la couche de tissu de recouvrement, préalablement à la conformation en sand- wich. On a constaté qutun autre avant@@ résulte de l'em- ploi de films de polyéthylène colorés. On peut améliorer considérablement l'aspect général de l'objet fini en teignant le polyéthylène même, préalablement à son emploi dans la mise en sandwich, en particulier là où on fait appel à des tissus de couleur claire et où la couleur de la couche adhé- sive de polyéthylène s'harmonise avec la teinte du tissu.
On a constaté, il est vrai, que les films thermoplas- tiques de polyéthylène conviennent particulièrement à la mise en oeuvre de la présente invention ; a cependant cons- taté également que les films de polypropylène, qui offrent essentiellement les mornes propriétés favorables que les films de polyéthylène, peuvent être tout aussi bien em- ployés.
Il est généralement préférable d'employer les fibres "B" pour constituer les mats ou tapis de fibres de verre 16 et 17. La fibre "B" possède un diamètre moyen de 3 mi- crons environ et peut être adaptée aisément à la production d'objets ayant les propriétés acoustiques et de rigidité mécanique désirées. Cependant, tout homme de métier con- çoit aisément que l'on peut employer tout aussi bien des fibres de verre et d'autres types de fibres siliceuses ayant un diamètre plus petit ou plus.grand et que, en réalité, les fibres plus grosses ou plus fines peuvent être préféra- bles, compte tenu des applications envisagées.
La catégorie de produits à mats de fibres siliceuses ou de verre, couverte par la présente invention, peut d'au-
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tre part être définie, en ce qui concerne ses propriétés
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inhérentes, en tentée de pourcentage de yoluae d'air et dp le ,'Jf1 présente dans un volume donné de tapie de fibres. Cette propriété est inhérente au produit et peut être aisément calculée si l'on considère le poids spécifique des fibres de verre et du liant, ainsi que la densité des produite.
Pour la catégorie en question de tapie de'fibres, le pour- centage de volume d'air est généralement compris entre 95% et 98%, main peut être compris entre environ 90% et 99%.
Il convient toutefois de noter que le pourcentage de volume d'air ne définit pas nettement le produit, étant donné que divers produite formés à partir de tapis de fibres peuvent avoir le même pourcentage de volume d'air, mais différer très sensiblement en ce qui concerne les dimensions des po- res qui déterminent ce volume d'air. En ce qui concerne la catégorie de produite à base de tapis fibreux, couverts par la présente invention, la caractéristique de perméabi- lité à l'air est généralement comprise entre 20 et 55 pieds cubes/minute/pied carré, par pouce d'épaisseur (sous une pression de 1 pouce d'eau (25,4 kilogrammes par mètre car- ré)),
mais peut aussi être comprise entre environ 7 et en- viron 100 pieds cubes/minute/pied carré par pouce d'épais- seur, Ceci peut être aisément déterminé à partir de la densité et du diamètre de la fibre du tapis* La proportion
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de r40ma employée améliore également leu caraot6r1lttqu'D de perméabilité ; toutefois, son effet est minime dans lea limitas de pourcentage de liant spécifiées ici.
Par consé- quent, le produit considéré ici peut êtref défini, en termes de propriétés inhérentes du tapis de fibres de verre qui en fait partie, comme renfermant un mat de fibres de verre ayant un pourcentage de volume d'air compris entre environ 90% et 99% et une caractéristique de perméabilité comprise
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entre 7 et 100 pied* cuÉCl/µfi%. " ' i,1;
> we \ " 2 ' ' n.. épaisseur de 1 ponce, "OUI \\Q . " de.au. ' Bien que l'emploi 4 4 i ' , 8U8 Pro'pé )Q@ 'p'Î'j É#Î')/ . décrit ci-deeeue à propos 4* ¯¯ acoustique stratifié en fibres, tout homme de métier con- çoit aisément que l'emploi d'un fils de polyéthylène, ou d'un film de polypropylène, en tant que couche adhésive, est applicable à d'autres élément* laminés, télé que les repose-tête et coussins antichoc, pour automobiles, où l'on utilise des couches individuelles de tapie ou Mata de fi- bres de verre liées par une résine, avec des surfaces ex- térieures décoratives ou protectrice*. Par exemple,
lors de la préparation d'un repose-tête, conformément au procédé suivant la présente invention, où deux plateaux chauffés sont utilisés dans l'opération de la aise en sandwich, le plateau supérieur est chauffé à 450 F (232 C) environ et le plateau inférieur est chauffé à 300'F (149 C) environ.
Un mat à trois plis, constitué par des couches extérieures d'un tissu de fibres de verre et un mat de fibres de verre auquel est appliqué un adhésif non durci consistant aucun- tiellement en une résine thermodursissable, ainsi qu'une fouille polyéthylène interposés entr les couchée exté- rieures précitées, sont soumis à une cuisson, pendant deux minutes environ, entre les plateuau chauffés, sous une pres- sion d'environ 100 1bs. par pouce carré (70,300 kilogrammes par mètre carré), la couche de tiesu de verre étant en con- tact avec le plateau inférieur pandant le cycle de cuisson.
Les plateaux sont conformés de telle manière que la confi- guration désirée du repose-tête est impirmés à l'objet stra- tifié, pendant le cycle de cuisson.
On peut ainsi varier dans de larges limites les proprié- tés de l'objet fini. A la suite de la formation de tels
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objets conformément au procédé de la présente invention - dans lequel on utilise uniquement des mats de fibres de verre auxquels est appliquée une résine thermodurcissable non durcie - les objets ainsi obtenus possèdent une plus grande densité globale, ce qui entratne une modification des . propriétés de flexion et de rigidité mécanique.
En tout cas, au moins une couche de fibres de verre, à laquelle est appliqué un adhésif consistant essentiellement en une résine thermodurcissable non cuite, doit être utili- sée dans le procédé de stratification et doit être placée au contact de la feuille thermoplastique, de façon à assurer une adhérence ferme avec la feuille thermoplastique à la suite de la cuisson. L'emploi d'une couche non durcie est également nécessaire parce que, après avoir été durcie sous pression, elle assure une structure flexible, relativement dense, ayant une bonne stabilité uimensionnelle.