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"2rocédé de moulage de résines thermodurcissables liquides"
La présente invention concerne un procédé de mou- lage d'articles en matière résineuse liquide et en particu- lier en matière résineuse thermodurcissable. Plus particu- lièrement, la présente invention est relative à un procédé de moulage d'une résine thermodurcissable liquide dans lequel on chauffe et on applique une pression pour former des articles mis en forme et durcis ou des ébauches d'ar- ticles, tels que des boutons et des articles analogues.
La présente invention vise encore plus particu- lièrement un procédé amélioré de moulage d'articles ou
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débauches d'articles à partir d'une composition de résine thermodurcissable liquide, comme une composition de résine de polyester. L'invention est particulièrement applicable à la fabrication de boutons ou d'articles analogues qui sont communément fabriqués dans des moules à empreintes multiples, c'est-à-dire des moules comprenant de nombreuses cavités de moulage.
En outre, la présente invention convient particu- lièrement bien pour la fabrication de boutons ou d'articles analogues dans lesquels est incorporée une substance lus- trée nacrée orientée de manière à produire dans l'article un aspect lustré ou nacré intégral.
Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 652 597 du 22 Septembre 1953, on a décrit un procédé de moulage par compression de matières résineuses liquides dans un moule à empreintes multiples en deux parties, procédé dans lequel un film pouvant être étiré est placé entre la résine liquide et les empreintes femelles du moule. Le moule décrit dans le brevet précité est extrêmement satisfaisant et jouit d'un succès industriel considérable dans le mou- lage d'une très grande diversité d'articles et de formes d'articles.
Toutefois, lorsqu'il est nécessaire ou désirable de mouler des articles ayant des formes relativement compli- quées ou devant comporter des coins nets ou à bords vifs, ou dans d'autres applications dans lesquelles il est impor- tant que le produit moulé épouse avec plus ou moins de pré- cision la forme des empreintes, un procédé plus exact est recherché.
Jusqu'à. ce jour, on pensait que le moulage réel- lement précis de matières résineuses liquides dans des mou- les à empreintes multiples n'était pas possible. La pré- sente invention concerne un procédé permettant d'exécuter de
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telles opérations de moulage.
Fondamentalement, conformément à la présente invention, on utilise un moule en deux parties, dont au moins l'une comprend des empreintes. Le moule est habituel- lement muni de la bague périphérique usuelle ou d'un autre élément équivalent, comme les parois de retenue mentionnées dans le brevet précité, pour concentrer ou centraliser la résine dans la région du moule où se trouvent les emprein- tes et créer une contre-pression dans le moule. 'Un film mince d'une matière pouvant être étirée, comme de la "Cellophane" (cellulose régénérée), de l'alcool polyviny- lique ou une matière équivalente, est placé en coïncidence avec la ou les parties du moule comportant des empreintes.
Un garnissage, destiné à empêcher l'adhérence entre la résine et la partie du moule non recouverte par le premier film mentionné, est placé en coïncidence avec cette partie non recouverte. Lorsque les deux parties de moule compren- nent des empreintes, un film pouvant être étiré est placé sur craque partie du moule.
Une quantité de la résine thermodurcissable li- quide, suffisante pour remplir les empreintes avec un excès modéré, est placée entre le film et le garnissage ou le second film.
Le procédé, tel qu'on vient de le décrire cor- respond sensiblement à celui qui est décrit dans le brevet antérieur précité.
Toutefois, dans le procédé perfectionné conforme à la présente invention, on place une bande, une feuille ou une couche d'une matière poreuse, telle que du.papier, un tissu mince ou une matière analogue entre les emreintes et le film pouvant être étiré. On ferme ensuite les par'- ties du moule et on chauffe la matière résineuse sous pression.
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Selon la profondeur ou le creux des empreintes et selon la nature de la bande ou feuille poreuse, cette der- nière peut éclater ou épouser la forme des empreintes.
Le film pouvant être étiré est amené en relation de garnis- sage intime avec les empreintes ou avec les portions du papier qui garnissent ces dernières sous l'Influence de la résine qui fait prise ou se durcit sous l'effet de la chaleur du moule.
On a constaté avec surprise que l'utilisation d'une . ou plusieurs bandes de matière poreuse entre le film pouvant ! tre étiré et les empreintes donne des produits moulés qui reproduisent de façon nette et précise les contours des , moules à un degré beaucoup plus poussé que dans la technique antérieure où l'on n'utilisait pas une ou plusieurs bandes de papier.
La présente Invention a donc pour objet t - un procédé perfectionné pour mouler une résine thermodurcissable liquide sous l'effet de la chaleur et de la pression ; - un procédé perfectionné pour mouler, d ans un moule à empreintes multiples, des boutons ou articles ana- logues, qui peuvent ou non contenir une charge nacrée, pour produire des boutons ou d'autres articles dont la forme correspond étroitement à la configuration du moule ; - un procédé de moulage perfectionné ;
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre et qu'on a faite en se référant au dessin annexé, sur lequel:
la fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un appareil de moulage avec lequel on peut mettre en oeuvre le procédé de l'invention, les pièces étant représentées dans la condition de chargement ou condition ouverte du moule ;
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la fig. 2 est une vue similaire à la fige l, le moule étant représenté dans la position fermée ; la fige 3 est une vue en coupe agrandie d'une empreinte de moule dans la condition fermée du moule ; la fige 4 est une vue en perspective d'un arti- cle moule fabriqué selon le procédé conforme à la présente invention.
On a représenté schématiquement sur les fige 1 et 2, un appareil de moulage 20, conforme à la présente inven- tion, qui comprend une partie supérieure de moule ou plateau d'emboutissage 21 et une partie inférieure de moule ou platine d'emboutissage 22. Les parties 21 et 22 du moule peuvent être rapprochées ou écartées l'une de l'autre, étant bien entendu quo ce mouvement peut résulter d'un dépla- cement vers le haut de la partie de moule 22, ou d'un dépla- cement vers le bas de la partie de moule 21; ou encore d'une combinaison de ces déplacements.
La partie supérieure 21 est munie, dans le mode de réalisation représenté, d'une couronne ou châssis 23 de forme périphérique 23, qui est comprimé élastiquement, par exemple par une série de res- sorts 24 disposés à la péripérie, de manière telle que la face avant de la couronne 23 s'étende au delà ou au-dessous des parties en creux 26 de la partie supérieure 21 du moule.
On comprendra que des goujons de guidage (non représentés) réunissent la châssis 23 à la partie supérieure 21 du moule pour permettre un mouvement axial du châssis et de cette partie 21 du moule.
Sur la partie inférieure de moule ou platine 22, on dispose de préférence un élément 30 pouvant être compri- mé ou tassé, qui peut être en carton assez raide ou en matériau analogue. La ou les couches de carton 30 ne sont pas essentielles dans la mise en oeuvre du procédé mais on
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a constaté qu'elles permettent d'obtenir de meilleurs résul- tats dans certains cas et qu'en outre elles empêchent le durcissement prématuré de la résine en créant une barrière isolante entre la partie intérieure chauffée du moule et la résine placée ultérieurement sur celle-ci.
On comprendra qu'on peut utiliser une couche de carton assez raide de façon similaire, lorsque le moule ou le plateau d'emboutissage comprennent des empreintes ayant un creux modéré, c'est-à-dire un creux tel qu'il ne provoqua pas la rupture du carton.
Lorsqu'on utilise une couche de carton assez raide, un garnissage 31 dont la face supérieure 32 est re- couverte d'un agent de démoulage pour la résine est dispo- sé entre le carton et la partie de moule supérieure 21. Ces agents de démoulage sont bien connus et, au lieu du garnis- sage revêtu, il est possible de pulvériser un lubrifiant, tel qu'une huile aux silicones, qu'on applique directement sur le carton ou bien, si on n'utilise pas ce dernier, direc- tement sur la partie inférieure 22 du moule. Le mélange de résine à mouler est déposé sur le garnissage 31.
A titre d'exemple d'un mélange de résine qui peut donner un produit final à l'aspect nacré, on suggère la préparation suivante (les parties s'entendant en poids), étant bien entendu que la composition de moulage particu- lière qui est utilisée est uniquement question de choix et n'entre pas dans le cadre de la présenta invention.
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Parties
EMI7.1
<tb> "Laminac <SEP> 4120 <SEP> (résine <SEP> de <SEP> polyester <SEP> .
<tb> fabriquée <SEP> par <SEP> American <SEP> Cyanamid <SEP> Co.) <SEP> 95
<tb>
<tb> "Paraflex <SEP> P <SEP> 13" <SEP> (résine <SEP> de <SEP> polyester
<tb> flexible <SEP> fabriquée <SEP> par <SEP> Rohm <SEP> & <SEP> Haas) <SEP> 5
<tb>
<tb> "Pearl <SEP> Essence" <SEP> (essence <SEP> de <SEP> perle
<tb> synthétique <SEP> comprenant <SEP> un <SEP> carbonate
<tb> de <SEP> plomb <SEP> basique <SEP> en <SEP> lamelles <SEP> dans
<tb> un <SEP> agent <SEP> dispersant <SEP> approprié, <SEP> fabriquée <SEP> par <SEP> Mearl <SEP> Corp. <SEP> et <SEP> désignée
<tb> par <SEP> la <SEP> marque <SEP> de <SEP> fabrique <SEP> "Z.P.G.
<tb>
Nacromer" <SEP> 2,5
<tb>
<tb> "Luperco <SEP> A.T.C." <SEP> (catalyseur <SEP> comprenant
<tb> 50 <SEP> % <SEP> de <SEP> peroxyde <SEP> de <SEP> benzoyle <SEP> et <SEP> 50 <SEP> % <SEP>
<tb> de <SEP> phosphate <SEP> de <SEP> tricrésyle <SEP> - <SEP> Wallace
<tb> &Tiernan, <SEP> Inc., <SEP> Lucidol <SEP> Division) <SEP> 2
<tb>
Pour obtenir un effet nacré optimum, on augmente la viscosité du mélange ci-dessus, ou tout au moins des constituants rési- neux, avant le moulage, en les prépolymérisant de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2,643.983 du 30 Juin 1953-
Il est bien entendu que la préparation ci-dessus n'est donnée qu'à titre indicatif et qu'il existe une grande diversité de résines liquides thermodurcissables pouvant être utilisées dans le procédé.
De façon similaire, bien qu'on ait donné à titre d'exemple un mélange contenant une charge nacrée, on comprendra facilement que des mélanges de moulages clairs, colorés ou non, contenant ou non une charge nacrée, peuvent être utilisés à volonté. En outre, lorsque l'orientation d'un pigment ou d'une charge n'est pas désirée, la prépolymérisation du mélange n'est pas nécessaire.
Dans la mise en oeuvre du procédé, il peut être commode de placer le mélange de résine 33 sur le garnissage 31, extérieurement au moule et, à cet effet, le garnissage peut être avantageusement supporté par la couche de carton
30 qui assure le raidissement sur l'ensemble composite, c'est-à-dire le carton et le garnissage revêtu supportant la résine, on dispose un film 34 pouvant être étiré, dont
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la nature dépend de la profondeur ou creux des empreintes.
Dans certaines applications dans lesquelles le creux n'est pas trop important, on peut utiliser un film de "Cellophane" (marque de fabrique désignant la cellulose régénérée) dépour- vu de revêtement. Lorsque le creux ou la profondeur de l'em- preinte sont plus importants, il est évident qu'on peut uti- liser un film plus facile à étirer, comme un film d'alcool polyvinylique. L'épaisseur du film ou élément 34 n'est pas critique, mais il est préférable d'utiliser un film aussi mince que possible, à condition qu'il soit capable d'être étiré pour être amené à épouser la forme des empreintes sans se rompre.
Au-dessus du film 34 est disposée une bande ou feuille 35 d'une matière poreuse, telle que du papier mous- seline. On a utiliséune grande diversité de types de papier dans le procédé avec de bons résultats, et pour une grande part, le choix d'un papier particulier dépend de facteurs tels que le prix de revient et de la nature de l'article à mouler. Ainsi, du papier journal, du papier crêpé, du papier d'écriture ordinaire, du papier d'emballage et du papier hygiénique sont tous satisfaisants. Par contre, on a essayé d'utiliser des papiers non poreux, tels que des papiers paraffinés ou imprégnés de résine et on a constaté qu'ils sont incapables d'améliorer les résultats pouvant être obte- nus quand on n'utilise pas de papier.
Dans la pratique normale, on préfère un papier mince d'une épaisseur comprise entre environ 0,025 et 0,076 mm bien que, comme on l'a mentionné, ces chiffres ne soient pas critiques. Du papier crêpé dont l'épaisseur globale est de 0,25 mm et est même plus grande a donné satisfaction, bien que la nature de cette matière soit telle qu'un dessin réticu- lé se trouve transféré du papier à des portions des articles moulés.
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On notera que l'ensemble qui est soumis au mou- lage, c'est-à-dire le carton, le garnissage, la résine, le film pouvant être étiré et la bande poreuse, peut être, et est de préférence, formé extérieurement au moule et est ensuite placé dans le moule comme une unité. Dans une va- riante, on peut placer un sous-ensemble, c'est-à-dire le garnissage, la résine, le film et la bande poreuse, entra les parties du moule en vue d'un traitement après assemblage extérieurement à la zone de moulage. Le procédé tel qu'on le décrit doit donc être considéré comme étant exposé d'une manière générale en ce qui concerne l'ordre dans lequel les opérations sont exécutées et l'endroit où elles sont exécu- tées.
Dans la pratique, on exécute le moulage en amenant les parties 21 et 22 du moule à se déplacer l'une vers l'au- tre. Lorsque les parties du moule se rapprochent, le bord inférieur 25 de la couronne 23 comprimée par des ressorts serre une partie périphérique de la couche poreuse 35, du film 34 et du garnissage 32 contre une partie de l'élément en carton, au voisinage de la périphérie de ce dernier. Il n'est pas nécessaire de serrer la couche poreuse et ce serrage est sans importance en ce qui concerne le résultat que de l'opération de moulage. On comprendra facilement/lorsque les parties de moule continuent à se déplacer l'une vers l'autre, il se produit un mouvement relatif entre la couron- ne 23 comprimée par des ressorts et la partie supérieure
21 du moule.
Lorsque les parties de moule atteignent la position finale ou position fermée représentée sur la fig. 2, la résine pénètre dans les empreintes 40 ménagées dans la partie supérieure 21 du moule.
Le mouvement de la résine obtenu comme décrit détermine une déformation associée du film 34 qui a finale.
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ment pour résultat d'amener le film à épouser la forme des empreintes. Normalement, dans une certaine position Inter- médiaire pendant la fermeture du moule, la feuille ou bande 35 se rompt en plus leurs points coïncidant généralement avec une certaine partie do la zone de chaque empreinte 40 où le creux est maximum.
Dans la position complètement fermée du moule, la résine se trouvant dans les empreintes est soumise à la chaleur et à la pression pendant un temps suffisant pour qu'elle durcisso.
Lorsqu'on traite la préparation ci-dessus mention- née, on peut chauffer entre 121 et 171 C pendant environ 60 secondes en appliquant une pression d'environ 70 kg/cm2, la durée exacte du traitement étant bien entendu fonction - de la dimension des articles à mouler et de la composition de la résine.
Lorsqu'on utilise un élément en carton assez raide, comme celui qui est désigné par 30 dans l'appareil illustré, une faible partie du volume de chacune des empreintes peut être occupée par des fractions du carton. Comme on le voit en particulier sur la fig. 3, la pénétration du carton dans les empreintes détermine un léger bombage de la face de l'article moulé 50., qui est dans ce cas un bouton à queue.
Ce léger bombage n'est généralement pas gênant, en particu- lier lorsque la face de l'article, avant utilisation, est meulée. On a constaté que la pression additionnelle exercée dans chaque empreinte en raison de l'utilisation du carton se traduit par la production d'articles moulés supérieurs.
Lorsque le cycle de moulage est terminé, on écarte les parties de moule 21 et 22 l'une de l'autre et on enlève de la presse le film pouvant être étiré et le garnissage ainsi que les articles moulés emprisonnés entre ces éléments.
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Les articles qui. dans le mode de réalisation pris à titre d'exemple sont des boutons à queue* sont ensuite séparés de ce film et du garnissage de toute manière appropriée.
Dans la pratique, on a constaté que la chaleur et la pres- sion de moulage déterminent une adhérence partielle de la couche poreuse au film orientable par fusion et, ainsi) l'enlèvement du film sert aussi à détacher toutes les por- tions de la couche poreuse, ce qui empêche l'encrassement du moule.
Il est bien entendu que le présent procédé n'est pas limité à l'utilisation de papier comme couche poreuse.
Au contraire, certains des effets avantageux de la présente invention ont été obtenus en utilisant des tissus et des fils, par exemple.
Les produits moulés obtenus conformément au procédé de la présente invention épousent la forme des empreintes avec un degré de précision élevé. Dans le bouton à queue 50 (fig.4) par exemple, il existe un bord vif en A et une ligne de séparation nettement définie en B, à l'en- droit oit le bord latéral du bouton se raccorde à la face arrière. La queue C est complètement formée et se raccorde nettement à la face arrière du bouton sans traces de jonc- tions biseautées ou arrondies qui sont la caractéristique des articles qu'on a moulés sans utiliser de couche poreuse.
On a constaté que les articles moulés dans des conditions identiques à celles qu'on a décrites, à cette exception que la couche poreuse est omise, ne montrent pas la cor- respondance étroite avec la forme du moule qui caractérise le procédé de la présente invention. Ainsi, les bords A et B peuvent être arrondis et la queue C peut avoir une forme relativement imprécise.
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Normalement, la couche poreuse choisie doit être très mince car, après l'éclatement, des portions de cette couche se trouvent interposées dans des emplacements quel- conques entre l'empreinte et le film pouvant être étiré (voir fig. 3). Toutefois, les indentations microscopiques qui peuvent subsister dans l'article moulé ont peu d'impor- tance si l'on considère la précision fortement améliorée aveo laquelle l'article épouse les dimensions de l'empreinte. se
La demanderesse suppose, sans vouloir/limiter à cette théorie, que la reproduction hautement améliorée de la forme du moule obtenue dans les articles moulés provient de l'aptitude de la couche poreuse à amener l'air emprison- né à l'extérieur des empreintes individuelles.
On suppose que les parties ou portions arrondies, qui caractérisent certains articles moulés par les procédés connus jusqu'ici, résultent de l'emprisonnement de quantités minuscules d'air dans les empreintes individuelles. On sup- pose en outre que la couche poreuse joue le rôle d'un con- duit permettant l'échappement ou la distribution de l'air emprisonné dans les empreintes. Ainsi, lorsque le film pouvant être étiré pénètre dans la cavité sous la pression exercée par la résine, on suppose que la partie ' ou portion poreuse empêche l'obturation d'une empreinte in- dividuelle jusqu'à ce que l'air en ait été expulsé à tra- vers la couche elle-même.
On a en outre constaté que les résultats avanta- geux du procédé peuvent être obtenus sans que la feuille ou bande constituant la couche poreuse soit continue et que, au contraire, on peut obtenir ces résultats dans une mesure sensiblement totale si une partie d'une couche poreuse coïncide avec une partie quelconque d'une empreinte. On a répandu des morceaux de papier analogues à des confettis
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sur le film orientable pouvant être étire, recouvrant une masse de résine, et on a moulé cette masse. Ces articles moulé a dans une empreinte dans laquelle la totalité ou une portion d'un morceau de papier peut se trouver en coïnciden- ce aveo une portion de l'empreinte correspondent avec préoi- sion à la forme du moule.
Par contre, des articles moulés dans des empreintes dans lesquelles aucune partie du morceau en forme de confetti ne coïncide avec l'empreinte, prennent des formes arrondies, en particulier à l'endroit des angles vifs des empreintes.
Il ressort de ce qui précède que les termes "bande", "feuille", "couche" et"couche poreuse" utilisés pour désigner la pièce rapporté e poreuse ne doivent pas être pris dans un sens limité mis ont été utilisée d'une manière très générale pour désigner un "revêtement discontinu".
Le procédé faisant appel à une bande,feuille ou couche poreuses présente d'autres avantages par comparaison avec les opérations de moulage de résines liquides connues dans la technique antérieure. Dans certains procédés de moulage connus, il était nécessaire d'ouvrir de nouveau le moule après la fermeture initiale, mais avant le durcissement final, puis de refermer ensuite le moule afin que l'article épouse de façon relativement précise la forme de l'empreinte..
Une telle opération demande un cycle de moulage plus long ce qui réduit le rendement d'une presse quelconque. En outre, elle demande une attention constante de la part de l'opéra- teur, en raison des nombreuses opérations d'ouverture et de fermeture. De plus, pour permettre d'ouvrir et de refermer le moule, on doit utiliser une température de moulage plus basse, pour empêcher un durcissement prématuré de l'article moulé. En raison de ce chauffage moins important, on doit donc augmenter le temps de moulage, ce qui augmente encore
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les fraie de mise en oeuvre du procède.
Dans le procède de l'invention, le moule, une fois qu'il est ferme, n'est plus ouvert tant que les articles ne sont pas complètement formés, ces opérations de mise en forme pouvant être mises en oeuvre à des températures relativement élevées du moule et, de ce fait, avec des cycles de moulage courts.
Les propriétés isolantes de la couche poreuse cons- tituent un autre facteur empêchant le durcissement prématuré de la matière (c'est-à-dire pendant la fermeture du moule) et, pour cette autre raison, des températures plus élevées du moule et des cycles plus courts peuvent être utilisés avec pour résultat, une utilisation plus économique des appareils de moulage.
Lorsqu'on doit obtenir un bouton nacré, la composa- : tion de résine doit être très visqueuse, comme mentionné dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.643.983 préci- té, pour assurer l'orientation de la charge nacrée. Toutefois, ! lorsque l'Orientation ne constitue pas un facteur, le procédé de l'invention permet de mouler des mélanges de résine plus dilués et moins visquex que n'importe lequel des procédés de la technique antérieure.
En outre, le procédé donne un pourcentage de rebuts dus à une mise en forme défectueuse ou à la présence de bulles qui est plus faible que celui qu'on obtient avec n'importe quel autre procédé de la techni- qu'e'antérieure. les opérations finales (le finissage sont de plus fortement simplifiées, car l'article brut de moulage présente une forme étroitement identique à celle qui est désirée.
Un autre'avantage du procédé de la présente invention réside dans la possibilité de mouler des articles entièrement
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formés, en utilisant une quantité de résine qui dépasse légèrement ou qui, dans certains cas, peut être égale, au volume requis pour remplir les empreintes. Dans les procédés de la technique antérieure pour obtenir une correspondance relativement précise entre la forme des articles et oelle du moule, il était nécessaire d'utiliser un excès considé- rable de résine.
Cette exigence provenait des pressions excessivement élevées nécessaires pour refouler la résine et la membrane pouvant être étirée afin de les amener en relation de recouvrement approximative avec les empreintes en raison, conformément à la théorie de la demanderesse, de l'air emprisonné entre le garnissage et les empreintes.
Pour créer les pressions nécessaires, on plaçait un excès oonsidérable de résine entre les parties...du moule, les pressions requises étant créées pendant que la résine en excès était chassée vers l'extérieur, au delà des limites du dis- positif utilisé pour empêcher la migration de la résine, c'est-à-dire une couronne comprimée élastiquement ou des parois de retenue coopérantes.
Du fait que la bande ou couche poreuse de la pré- sente invention permet un remplissage parfait des cavités à des pressions beaucoup plus basses que dans les procédés antérieurs, de préférence seul un léger excès de résine doit être utilisé, ce qui rend la mise en oeuvre du procédé plus économique. Quand on calcule la quantité de résine nécessaire pour remplir les empreintes, on doit tenir compte de la dilatation thermique de la résine.
Bien qu'on ait donné un exemple d'une résine thermo- duroissable liquide, il est bien entendu que les avantages du procédé ne sont aucunement limités à l'utilisation d'une telle composition. Au contraire, on considère que l'intérêt
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dans de l'invention réside/les opérations décrites ici et que d'autres compositions de moulage liquides et semi-liquides comme des résinesépoxydes, des résines acryliques thermodurci sables, des résines phénoliques liquides, etc... peuvent être utilisées de façon avantageuse.
Ainsi qu'on l'a déjà souligné, l'ordre dans lequel les opérations sont exécutées ne présente auoune importanoe dans la présente invention. En particulier, il importe peu que le produit composite comprenant la résine, le garnissage, le film pouvant être étiré et la couche poreuse soit formée soit dans le moule ou que cet ensemble composite/formé à l'exté- rieur du moule et soit ensuite chargé dans le moule'comme une unité .