CH468433A - Procédé de fabrication d'une structure résineuse renforcée par des fibres et structure résineuse obtenue par ce procédé - Google Patents

Description

  



  Procédé de fabrication d'une structure résineuse renforcée par des fibres
 et structure résineuse obtenue par ce procédé
 La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une structure résineuse renforcée par des fibres, et la structure résineuse obtenue par ce procédé.



   La technologie moderne a besoin de matières résistantes, ayant une faible densité et une forte stabilité aux températures élevées. On a utilisé des résines renforcées par des fibres pour remplacer des pièces métalliques, lorsqu'il fallait réduire le poids au minimum.   ActueUe-    ment, la plupart des résines commerciales ne résistent pas, en usage continu, à des températures supérieures à 2500 C.



   Toute augmentation de cette limite de température serait avantageuse et, au cours de ces dernières années, on a développé une nouvelle classe de polymères thermorésistants, dont les résines peuvent résister, durant un temps appréciable, à des températures de l'ordre de 350 à 5000 C. Ces polymères possèdent un système de noyaux aromatiques ou hétérocycliques incorporés dans les chaînes moléculaires. Les systèmes aromatiques ont une résistance chimique optimale à température élevée et confèrent une rigidité à la macromolécule, évitant ainsi de sérieuses dégradations des propriétés mécaniques au cours du chauffage.



   Par suite de leur structure moléculaire, bon nombre de ces polymères sont à la fois insolubles et infusibles.



  Bien que ces propriétés soient désirables dans le cas des matériaux finis, elles créent certaines difficultés en ce qui concerne la fabrication même de ces matériaux.



   Cependant, la synthèse d'un certain nombre de ces résines comprend un produit intermédiaire soluble et la présente invention utilise cet intermédiaire sous la forme d'une solution de résine, pour établir un mode de fabrication de structures, à partir de telles résines renforcées par des fibres.



   Le procédé faisant l'objet de la présente invention est caractérisé par le fait qu'on revêt au moins une couche de fibres avec une solution de résine, qu'on durcit partiellement cette couche afin de former un film renforcé, qu'on applique ensuite un nouveau revêtement de la solution de résine sur au moins une face de ce film, qu'on presse ensemble plusieurs de ces films revêtus et qu'on durcit finalement la structure composite.



   On va décrire un exemple particulier de cette invention.



   Pour cet exemple, on a choisi une résine polyimide, ces résines convenant bien du fait que leur synthèse est effectuée en deux étapes et que cette synthèse comprend un polymère intermédiaire soluble, à haut poids moléculaire. Comme dérivé particulier, on a choisi la   poly - [N1N1-(4,41 - oxydiphénylène) - pyromellitimide].   



  Pour obtenir ce dérivé, on a purifié le dianhydride pyromellique, par recristallisation dans l'anhydride acétique, sous une atmosphère d'azote sec; on obtient un produit fondant à   287-2880 C.   



   Le   4,41-diaminodiphényle    a un point de fusion de   191-2oC    après recristallisation dans l'acétate d'éthyle.



   La   N,N-diméthylformamide,    utilisée comme solvant pour la réaction, a été distillée en atmosphère d'azote sec, sous pression réduite, après avoir été agitée, en premier lieu avec du pentoxyde de phosphore, puis en second lieu avec des pastilles d'hydroxyde de potassium.



   Le produit intermédiaire soluble sous forme de solution de résine est préparé en atmosphère sèche, par addition d'une quantité   équimolaire    de dianhydride   pyromeilique    finement pulvérisé à une solution de l'amine dans la N,N-diméthylformamide.



   On refroidit le réacteur afin d'absorber toute chaleur de réaction susceptible de dégrader le polyamideacide. La solution préparée renferme 17 % en poids de solide. Elle est conservée à 00 C dans des flacons scellés.



   Les fibres de silice utilisées pour le renforcement de la résine sont obtenues en continu par étirage d'une baguette de silice jusqu'à un diamètre de 0,0432 mm par l'emploi d'une flamme oxygène-gaz d'éclairage. La fibre est ensuite recouverte d'une fine pellicule protective de polymère pour éviter toute dégradation chimique. On effectue cette opération en faisant passer la fibre dans un intervalle de 0,25 mm entre deux tubes capillaires de   polytétrafluoroétllylène.    Un solution de résine contenant 35 % en poids d'acétone est distribuée sous pression par l'intermédiaire des capillaires sur la fibre et la fibre revêtue est ensuite rapidement séchée en l'acheminant à travers un four maintenu à une température de   400 >     C.

   On obtient un revêtement souple et   'unciforme,    ayant une épaisseur de 0,0025 mm.



   On utilise ensuite une machine à bobiner pour enrouler la fibre revêtue sur un tambour de 304 mm de diamètre (12 in.) recouvert d'un film de polytétrafluoroéthylène, et cela en contrôlant soigneusement l'intervalle entre chaque fibre pour le maintenir à 0,072 mm.



   Sur l'enroulement ainsi formé de la fibre, on pulvérise la solution de résine diluée avec de la   N,N-diméthyl-    formamide et on sèche par un courant d'air froid. Le film à renforcement unidirectionnel ainsi obtenu est détaché du tambour puis partiellement durci en chauffant jusqu'à une température de 2000 C durant 100 minutes, dans une atmosphère d'azote.



   On pulvérise alors sur le film une solution de résine diluée avec un solvant pour obtenir une très fine pellicule superficielle pour assurer la liaison entre les différents films. puis on sèche dans un courant d'air. On coupe des bandes dans le film, on humidifie à l'aide d'un solvant leur surface préparée de liaison et on les presse ensemble dans un moule sous une pression de   70kg ! cm4.    Le démoulage est facilité en munissant le moule d'un revêtement de polytétrafluoroéthylène et en éliminant l'excédent de solvant sous vide. Dans un exemple type on lie 40 bandes ensemble pour obtenir une épaisseur finale de   1, 8mu.   



   On serre les pièces ainsi obtenues entre des plateaux en acier inoxydable et on les durcit par chauffage dans une atmosphère d'azote depuis la température ambiante jusqu'à 3250 C à une vitesse de montée en température   de 5' >  C par heure. Les plateaux en acier inoxydable    contribuent à éviter les soufflures dues au dégagement des produits volatils au cours du durcissement.



   Les pièces témoins obtenues par cette méthode ont une structure uniforme et dense; ils sont non poreux et ont donné de bons résultats aux essais effectués.



   Le durcissement partiel des films avant leur empilement et leur liaison permet de réduire fortement le dégagemment d'eau au cours de l'opération de durcissement des pièces composites, ce qui évite dans une large mesure la rupture des chaînes moléculaires par suite d'une attaque par l'eau dégagée et qui est emprisonnée dans la structure, cette dernière étant aussi rendue poreuse par le dégagement de l'eau. Lorsque le durcissement a lieu pendant que le matériau est encore à l'état de film, la surface relativement grande permet à l'eau dégagée de s'échapper sans attaquer les chaînes moléculaires. Mais en ne durcissant que partiellement le film et en pulvérisant une fine pellicule de résine pour la couche de liaison, on obtient une bonne adhésion entre les films, ce qui serait difficile à obtenir sur des films ayant subi un durcissement complet.

   Avec cette méthode, la pression utilisée pour assurer l'adhésion des films entre eux est relativement faible et ne cause aucune dégradation sérieuse des propriétés de la structure, et élimine la porosité.



   Bien que la présente invention ait été illustrée en ne citant que les polyimides et les fibres de silice, il est possible d'utiliser d'autres résines et d'autres fibres. Ainsi, les fibres de carbone conviendraient aussi au procédé décrit ci-dessus, de même que toute autre fibre résistante, compatible avec la résine. Toute résine dont la préparation passe par un produit intermédiaire raisonnablement manipulable peut être utilisée comme matériau de base; parmi ces résines on peut citer les polyquinoxalines, les polybenzimidazoles, les polythiazoles et les pyrrones.



   REVENDICATIONS
 I. Procédé de fabrication d'une structure résineuse renforcée par des fibres, caractérisé par le fait qu'on revêt au moins une couche de fibres avec une solution de résine, qu'on durcit partiellement cette couche afin de former un film renforcé, qu'on applique ensuite un nouveau revêtement de la solution de résine sur au moins une face de ce film, qu'on presse ensemble plusieurs de ces films revêtus et qu'on durcit finalement la structure composite.

Claims (1)

1. II. Structure résineuse, renforcée par des fibres, obtenue par le procédé selon la revendication I.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'on revêt chaque fibre individuellement d'une couche de résine avant la formation de ladite couche.

   2. Procédé selon la revendication I ou la sousrevendication 1, caractérisé par le fait qu'on forme ladite couche de fibres en enroulant une longueur continue de fibre sur un tambour.

   3. Procédé selon la sous-revendication 2, caractérisé par le fait qu'on revêt ladite couche de fibres pendant qu'elle se trouve sur le tambour.

   4. Procédé selon la revendication I ou l'une des sousrevendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on effectue les opérations de durcissement et de durcissement partiel par chauffage.

   5. Procédé selon la revendication I ou l'une des sousrevendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on utilise comme résine une polyamide.

   6. Procédé selon la sous-revendication 5, caractérisé par le fait qu'on utilise comme résine la poly-[N1N1- (4, 49-oxydiphénylène) pyromellitimide].

   7. Procédé selon la revendication I ou l'une des sous-revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'on utilise comme fibre une fibre de silice.

   8. Procédé selon la revendication I ou l'une des sousrevendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'on utilise comme fibre une fibre de carbone.