EP0859882A1 - Mat anisotrope de fils de verre continus et procede de fabrication - Google Patents

Mat anisotrope de fils de verre continus et procede de fabrication

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EP0859882A1
EP0859882A1 EP97938978A EP97938978A EP0859882A1 EP 0859882 A1 EP0859882 A1 EP 0859882A1 EP 97938978 A EP97938978 A EP 97938978A EP 97938978 A EP97938978 A EP 97938978A EP 0859882 A1 EP0859882 A1 EP 0859882A1
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EP
European Patent Office
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wires
mat
layer
son
mats
Prior art date
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EP97938978A
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German (de)
English (en)
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EP0859882B1 (fr
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Antonio Ferrante
Michel Droux
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Saint Gobain Adfors SAS
Original Assignee
Vetrotex France SA
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Publication of EP0859882B1 publication Critical patent/EP0859882B1/fr
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/002—Inorganic yarns or filaments
    • D04H3/004—Glass yarns or filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments

Definitions

  • the present invention relates to anisotropic mats of continuous glass strands and to methods and devices for obtaining such mats.
  • the “mats” of continuous glass strands are “mattresses” or “felts” or “sheets” of continuous glass strands distributed in regular layers and most often maintained by a binder, and are used for the reinforcement of organic matter.
  • the most common mats have identical properties in all directions, the wires being placed within the mast without preferential orientation.
  • anisotropic mats having a preferential direction of orientation of the wires, this direction corresponding for example to the direction of travel of the conveyor on which the mats are formed (we then speak of wires oriented “longitudinally” or of preferential longitudinal direction) or in a direction transverse thereto (we then speak of wires oriented “transversely” or of preferential transverse direction).
  • Current methods and devices do not, however, allow anisotropic mats to be produced in a cost-effective manner (in particular mats with preferential transverse orientation) and the mats obtained so far have limited rate of fibers oriented transversely or longitudinally.
  • the object of the present invention is to provide anisotropic mats, in particular mats with preferential transverse orientation, having improved properties compared to existing ones as well as efficient methods and devices making it possible to obtain such mats.
  • these mats comprising at least one layer of continuous glass strands comprising at least 60%, preferably at least 65% and, in a particularly preferred manner, at least 70% by weight of wires arranged in a preferred direction (or directing or generating), this direction being preferably transverse or possibly being, in certain cases, longitudinal.
  • wires deposited in a preferred direction is meant wires which deviate on average by less than 20 ° (preferably less than 15 ° and advantageously less than 10 °) from said direction or which are oriented in a direction deviating by less than 20 ° from this preferred direction.
  • glass strands is understood according to the invention son comprising glass filaments. It can thus be traditional glass yarns composed of glass filaments or composite yarns composed of organic filaments and glass filaments.
  • the mats according to the invention preferably have several layers of intermingled continuous glass strands, at least one of these layers comprising at least 60% of strands oriented along a direction in accordance with the present invention (preferably, a transverse direction).
  • the mat comprises at least one layer and preferably several layers of glass strands comprising transversely oriented strands and comprises at least one layer of glass strands comprising oriented strands longitudinally preferably placed between two other layers, so as to form a structure resembling a grid.
  • Such a mat (or a composite produced from such a mat) has good mechanical properties in the two preferred directions of the mat for a reduced glass content compared to a mat (respectively a composite produced from a mat ) isotropic with equivalent properties in all directions.
  • This mat (or composite) according to the invention also has improved properties in its non-preferred directions compared to a grid of glass strands obtained by textile processes (respectively to a composite obtained from this grid).
  • the mat according to the invention may comprise one or more layers of yarns arranged without preferential orientation or comprising less than 60% by weight of yarns having a preferential orientation.
  • the majority (if not all) of the layers of the mat comprise (each) at least 60% by weight of wires oriented in a preferred direction, the mat then having one or more preferred directions of orientation of the wires.
  • the mat as a whole, comprises more than 60% and, preferably at least 65% by weight of threads oriented in a preferred direction (for example transverse or longitudinal) or of threads oriented in two distinct preferential directions (for example a transverse direction for part of these wires and a longitudinal direction for another part so as to form a grid as explained above).
  • the mats according to the invention also advantageously comprise less than 90% and preferably less than 85% or even less than 80% by weight of wires arranged in the same preferential direction in order to maintain sufficient mechanical properties in the other directions.
  • One or more layers with preferential orientation may however comprise up to 100% of threads oriented along a direction (in particular the layers oriented longitudinally).
  • the layer or layers with preferential transverse orientation comprise less than 95% by weight of wires oriented transversely, these wires further having undulations and / or loops.
  • the layers with preferential longitudinal orientation comprise 100% by weight of longitudinally oriented wires, these wires also being rectilinear and parallel.
  • the mats according to the invention comprising at least one layer of wires having a preferential transverse orientation are characterized at the level of this layer by a rate of loops of between 1 and 2, particularly preferably between 1 and 1.5 Le rate of loops corresponds to the speed of drawing of the wires projected onto the conveyor in order to form the mast divided by the speed of beat of the projection member (measured at the level of the conveyor), expressed in the same unit, in the process for making these mats according to the invention (explained below).
  • the wires oriented in a preferential transverse direction within the mat generally undulate on either side of this preferential direction and / or form loops, the local spacing of the wire relative to the preferential direction not exceeding 1 0 cm and preferably 8 cm (curls) or 4 cm (undulations).
  • the anisotropic mats according to the invention have several advantages; they very easily permeate organic materials to be reinforced and are particularly suitable for molding; they have particularly high mechanical strength properties in the preferential direction (s) of the glass strands; they can advantageously have very low grammages, unlike traditional mats, in particular grammages between 80 and 450 g / m approximately and, in particular, between 1 00 and 300 g / m 2
  • the use of glass mats according to the invention makes it possible to produce composite products having particularly high mechanical properties in at least one direction for a lower glass content (in particular up to 2 times lower) than that present in the composites produced from existing mats. Lowering the glass content in composite products for a identical reinforcement provides more economical and lighter products.
  • At least one of the mechanical properties (tensile stress, flexural stress, Izod or Charpy shock) of the mats according to the invention having a single preferential direction of orientation of the wires (unidirectional mats), or of the layer or layers of the masts according to the invention comprising at least 60% by weight of wires arranged in a preferred direction is, when measured in the direction of orientation of the wires, at least 1, 4-1, 5 times greater (and preferably 4 times, or even 10 times greater) than that measured in the direction perpendicular to this preferred direction.
  • At least one mechanical property of these composites is, when measured in the direction of orientation of the wires, at least 1.5 times greater than that measured in the direction perpendicular to this preferred direction.
  • the present invention also relates to a method for making mats according to the invention having a preferential transverse direction, this method comprising the following steps: for each layer of the mat, one or more wires are mechanically driven by a drawing system (“ stretching wheel ”) and / or drive in rotation about a fixed axis and provided with a projection member (“ internal wheel ”,“ fin wheel ”) driven by a flapping movement relative to this axis, the wire or wires being projected and distributed by said member on a conveyor moving transversely relative to the direction of the projected son, the flapping movement of at least one projection member being provided by means of a servo motor.
  • a drawing system stretching wheel
  • a projection member internal wheel ”,“ fin wheel ”
  • this process is a direct process, the thread or threads of each layer of the mat being obtained from at least one die by drawing a multiplicity of melted glass fillets, flowing from a multiplicity of orifices arranged at the base of the die in the form of one or more plies of continuous filaments, then by gathering the filaments in the form of the yarns, the drawing and training of the yarns being carried out by means of the drawing system mentioned in the definition of the invention.
  • thermoplastic organic material it is also possible to extrude and entrain a thermoplastic organic material at the same time as stretching glass filaments in the form of filaments, the paths followed by the glass filaments and the converging thermoplastic filaments towards each other before said filaments are combined into one or more composite threads which are driven by the drawing system mentioned in the definition of the invention.
  • This embodiment of the invention makes it possible to obtain a mat having at least one layer of composite wires.
  • the process according to the invention (in particular the direct process) has improved productivity compared to the processes for manufacturing existing mats and is particularly suitable for producing the mats according to the invention.
  • the method according to the invention uses a servomotor for the projection of wire from a drawing system whose axis is fixed.
  • the use of a servomotor makes it possible to increase the speed of beat of the projection member, this speed being able to reach more than 1 00 beats per minute, and in particular 1 60 beats per minute (against a few tens of beats at the minute for traditional mechanical means).
  • the increase in the number of beats makes it possible to produce mats with a strong orientation according to the invention and allows the use of wider conveyors.
  • the conveyor thus has a width of approximately 3 m.
  • the servomotor of the process according to the invention is an electric, hydraulic or pneumatic motor making it possible to vary the beat speed of the projection member (or the speed of the axis of this member with respect to the axis of the system d 'stretching or training) depending on the projection angle of the wire (s).
  • the speed of movement of the projection member can vary depending on the position of this member and therefore on the projection angle of the wires. measured for example with respect to a vertical axis.
  • the booster used according to the invention is a "bruchless" motor.
  • the position of the projection member can be continuously monitored and the amplitude and shape of the beats can be precisely adjusted, the speed or shape changes occurring quickly and which can be controlled by electronic control, by means of a computer for example.
  • electronic control by means of a computer for example.
  • Such control and such speed are not encountered in the usual methods of manufacturing masts using complex mechanical means (assemblies of cams and complex connecting rods) exhibiting high inertia.
  • the number of beats per minute of the projection member and the speed of the conveyor are chosen relative to each other so as to obtain a pitch less than 1.5 times the effective width. for depositing the wire or wires and preferably less than the effective width for depositing the wire or wires.
  • the pitch corresponds to the distance traveled by the conveyor on which the mat is formed during a round trip of the projection member.
  • the width of deposit of the wire (s) is generally between the width of the drawing wheel and twice this width.
  • the number of beats of the projection member per minute is at least 5 times greater in value than the speed of the conveyor (expressed in meters per minute).
  • the average speed of beat of the projection member (or the average speed of deposition of the wire or wires on the conveyor ) at the conveyor (speed generally of the order of 8 to 15 m. s " ) and the wire drawing speed (generally of the order of 1 5 to 24 m. s 1 ) are chosen one with respect to the other so that the ratio of this last speed to this first speed is between 1 and 2.
  • each layer of the mat produced is generally obtained from a die, each die being associated with a stretching system provided with a projection member and each projection member being moved by a its own engine.
  • the flapping movement of at least one projection member is ensured by means of a servomotor, this making it possible to produce at least one layer of continuous glass strands comprising at least 60% by weight of wires oriented transversely within the mast.
  • several (preferably all) of the projection members are provided with servomotors, each servomotor controlling a projection member.
  • the projection members being advantageously moved independently of each other in the method according to the invention, it is thus possible to produce layers of different characteristics, the projection members (as well as the stretching systems which are respectively associated with them) which can be adjusted independently of each other and which can in particular operate with different beat rates.
  • At least one layer of the mat is also formed by depositing on the conveyor or on one or more layers of mat a bundle of glass strands parallel in the direction scrolling of the conveyor in order to form a layer of wires having a longitudinal orientation.
  • This embodiment of the invention is particularly advantageous for producing masts according to the invention having two preferential directions of orientation of the wires and being similar to grids.
  • the wires arranged longitudinally are for example simple wires or rovings wires which are unwound on the conveyor from a beam and which are kept spaced from a few millimeters to a few centimeters.
  • a size is deposited on the filaments during drawing in order to protect in particular the threads against abrasion and a binder is sprayed onto at least part of the threads distributed on the conveyor in order to contribute in particular to obtaining good cohesion within the mat formed, the size and the binder being subsequently polymerized and / or crosslinked.
  • the present invention also relates to a device for implementing the method according to the invention.
  • This device comprises at least one drawing wheel whose rotary movement relative to its axis is provided by a first motor and at least one projection wheel whose rotary movement relative to its axis is synchronized with respect to the movement of the wheel and whose movement relative to the axis of the drawing wheel is ensured by a servomotor.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a device for implementing the method according to the invention, the stretching system and the projection member being seen from the front,
  • FIG. 2 represents a schematic side view of the stretching system and of the projection member symbolically represented in FIG. 1.
  • a multiplicity of filaments of molten glass in the form of a layer of filaments is drawn from the orifices (2) of a die (1) filaments (3), then the filaments are coated with a sizing composition protecting them in particular from abrasion, using a sizing device (4) before gathering the filaments into son (5).
  • the wires after passing over a guide wheel (6) and a idler wheel (7) are driven by the rotating drawing wheel (8) in rotation (symbolized by a simple arrow) then ejected from this wheel at a point which moves at the periphery of the wheel in an arc (flapping movement symbolized by a double arrow).
  • the ejection is effected by means of the fins (9) of the projection wheel (1 0) (also called “impeller") located inside the drawing wheel and moving inside of said wheel, the fins passing through slots (1 1) on the surface of the stretching wheel.
  • the wires are projected tangentially to the drawing wheel and following the flapping movement of the projection wheel. The projected wires are thus distributed on a conveyor
  • the stretching wheel (used to stretch and drive the wires) is generally equipped with an independent movable rear plate (1 3) on which the projection wheel (1 0) is fixed, the servomotor (1 4) driving the plate rear and thus the projection wheel in a flapping motion.
  • the servomotor can be mounted "on" the axis of the drawing wheel (the movement can possibly be transmitted by simple mechanical means, in particular a rod of simple shape (1 5)) just like the first motor used to drive the stretching wheel (the movement possibly being transmitted by a simple means such as a belt (1 6)) and, if necessary, the rotating projection wheel (the rotary movement then being transmitted to this last wheel by mechanical means such as a belt (1 7) and thus being synchronized with the rotational movement of the drawing wheel).
  • the device according to the invention can also comprise a servo module and / or a programmable control system for the servomotor (s), and can comprise one or more other members chosen from those usually used in devices for producing masts.
  • a servo module and / or a programmable control system for the servomotor (s) can comprise one or more other members chosen from those usually used in devices for producing masts.
  • at least two offset dies are used which are arranged on either side of the conveyor, each die being associated with a drawing system and with its own projection member, each projection member being controlled by an independent servomotor.
  • the mats according to the invention can be used to make composites. Several mats can in particular be stacked, with the same orientation or different orientations (in particular by crossing them at 90 °), and be preformed to give reinforcements to the shape of the part to be molded.
  • the composites produced comprise at least one mat according to the invention and at least one organic material.
  • the composites produced from the mats according to the invention have properties superior to the composites produced from isotropic mats or anisotropic mats having a low rate of oriented yarns, in at least one direction.
  • the following examples illustrate the present invention without, however, limiting it.
  • the tensile breaking stress, the flexural breaking stress and the notched Charpy impact resistance of this composite are measured according to ISO R 527, ISO R 1 78 and ISO R 1 79 standards.
  • the tensile strength of the composite measured in any direction in the plane of the composite is approximately 1 45 MPa.
  • the bending breaking stress of the composite measured in any direction in the plane of the composite is 300 MPa.
  • the notched Charpy impact strength of the composite measured in any direction in the plane of the composite is 85 kJ / m 2 .
  • the procedure is as in the reference example by replacing the four isotropic mats with four mats of the same grammage (450 g / m 2 ) each having 80% by weight of wires oriented in a preferential transverse direction, the mats being stacked so as to have the same preferential orientation within the composite.
  • the tensile stress of the composite measured in the preferred direction of orientation of the wires is approximately 21 5 MPa and that measured in the direction perpendicular to the preferred direction (in the plane of the composite) is approximately 45 MPa.
  • the bending breaking stress of the composite measured in the preferred direction of orientation of the wires is approximately 530 MPa and that measured in the direction perpendicular to the preferred direction (in the plane of the composite) is approximately 105 MPa.
  • the notched Charpy impact resistance measured in the direction of preferential orientation of the wires is approximately 205 kJ / m 2 and that measured in the direction perpendicular to the preferential direction (in the plane of the composite) is around 40 kJ / m 2 .
  • Example 1 The procedure is as in Example 1 by making a rotation of 90 ° to two of the mats in the plane of the composite.
  • the tensile strength of the composite measured in the preferred direction of orientation of the wires of two of the masts or in the direction perpendicular (in the plane of the composite) to this preferred direction is approximately 1 60 MPa.
  • the bending breaking stress of the composite measured in the preferred direction of orientation of the wires of two of the mats or in the direction perpendicular (in the plane of the composite) to this preferred direction is approximately 320 MPa.
  • the notched Charpy impact resistance measured in the preferred direction of orientation of the wires of two of the masts or in the direction perpendicular (in the plane of the composite) to this preferred direction is approximately 1 0 0 kJ / m 2 .
  • the masts according to the invention can be used to reinforce bumpers of motor vehicles, rear shelves of motor vehicles, etc.

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Description

MAT ANISOTROPE DE FILS DE VERRE CONTINUS
ET PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention concerne des mats anisotropes de fils de verre continus ainsi que des procédés et dispositifs permettant d'obtenir de tels mats.
Les « mats » de fils de verre continus sont des « matelas » ou « feutres » ou « nappes » de fils de verre continus distribués en couches régulières et le plus souvent maintenus par un liant, et sont utilisés pour le renforcement de matières organiques. Les mats les plus courants présentent des propriétés identiques dans toutes les directions, les fils étant disposés au sein du mat sans orientation préférentielle. Pour certaines applications telles que le renforcement de pare-chocs de véhicules automobiles, il est cependant souhaitable d'utiliser des mats anisotropes présentant une direction préférentielle d'orientation des fils, cette direction correspondant par exemple à la direction de défilement du convoyeur sur lequel les mats sont formés (on parle alors de fils orientés « longitudinalement » ou de direction préférentielle longitudinale) ou à une direction transversale à celle-ci (on parle alors de fils orientés « transversalement » ou de direction préférentielle transversale) . Les procédés et dispositifs actuels ne permettent cependant pas de réaliser des mats anisotropes de façon rentable (en particulier des mats à orientation préférentielle transversale) et les mats obtenus jusqu'à présent présentent un taux limité de fibres orientées transversalement ou longitudinalement.
La présente invention a pour but de fournir des mats anisotropes, en particulier des mats à orientation préférentielle transversale, présentant des propriétés améliorées par rapport à ceux existants ainsi que des procédés et dispositifs performants permettant d'obtenir de tels mats.
Ce but est atteint grâce aux mats selon l'invention, ces mats comprenant au moins une couche de fils de verre continus comportant au moins 60 %, de préférence au moins 65 % et, de façon particulièrement préférée, au moins 70 % en poids de fils disposés suivant une direction préférentielle (ou directrice ou génératrice), cette direction étant préférentiellement transversale ou pouvant être éventuellement, dans certains cas, longitudinale.
Par « fils déposés suivant une direction préférentielle » on entend des fils qui s'écartent en moyenne de moins de 20° (de préférence de moins de 1 5 ° et avantageusement de moins de 10°) de ladite direction ou qui sont orientés suivant une direction s'écartant de moins de 20° de cette direction préférentielle.
D'autre part, par « fils de verre » on entend selon l'invention des fils comprenant des filaments de verre. Il peut ainsi s'agir de fils de verre traditionnels composés de filaments de verre ou de fils composites composés de filaments organiques et de filaments de verre.
Les mats selon l'invention présentent préférentiellement plusieurs couches de fils de verre continus entremêlés, au moins une de ces couches comprenant au moins 60 % de fils orientés suivant une directrice conformément à la présente invention (de préférence, une directrice transversale).
Plusieurs des couches d'un mat selon l'invention peuvent présenter
(chacune) des fils orientés suivant une direction préférentielle (l'une de ces couches au moins présentant au moins 60 % de fils orientés conformément à l'invention), le mat dans son ensemble présentant alors soit une seule direction préférentielle (mat unidirectionnel) commune à toutes ces couches, soit plusieurs directions préférentielles, chaque couche pouvant avoir une direction préférentielle distincte de celle d'une autre couche. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention illustrant ce dernier cas, le mat comprend au moins une couche et de préférence plusieurs couches de fils de verre comprenant des fils orientés transversalement et comprend au moins une couche de fils de verre comprenant des fils orientés longitudinalement placée de préférence entre deux autres couches, de façon à former une structure s'apparentant à une grille. Un tel mat (ou un composite réalisé à partir d'un tel mat) présente de bonnes propriétés mécaniques dans les deux directions préférentielles du mat pour un taux de verre réduit par rapport à un mat (respectivement un composite réalisé à partir d'un mat) isotrope présentant des propriétés équivalentes dans toutes les directions. Ce mat (ou composite) selon l'invention présente également des propriétés améliorées dans ses directions non préférentielles par rapport à une grille de fils de verre obtenue par des procédés textiles (respectivement à un composite obtenu à partir de cette grille).
Outre la ou les couches présentant au moins 60 % de fils orientés, le mat selon l'invention peut comprendre une ou des couches de fils disposés sans orientation préférentielle ou comprenant moins de 60 % en poids de fils présentant une orientation préférentielle. De préférence cependant, la majorité (voire la totalité) des couches du mat comprennent (chacune) au moins 60 % en poids de fils orientés suivant une direction préférentielle, le mat présentant alors une ou plusieurs directions préférentielles d'orientation des fils. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, le mat, dans son ensemble, comprend plus de 60 % et, de préférence au moins 65 % en poids de fils orientés suivant une direction préférentielle (par exemple transversale ou longitudinale) ou de fils orientés suivant deux directions préférentielles distinctes (par exemple une direction transversale pour une partie de ces fils et une direction longitudinale pour une autre partie de façon à former une grille comme explicité précédemment). Les mats selon l'invention comprennent également avantageusement moins de 90 % et de préférence moins de 85 % voire moins de 80 % en poids de fils disposés suivant une même direction préférentielle afin de conserver des propriétés mécaniques suffisantes dans les autres directions. Une ou plusieurs couches à orientation préférentielle peuvent cependant comprendre jusqu'à 1 00 % de fils orientés suivant une directrice (notamment les couches orientées longitudinalement) . De préférence, la ou les couches à orientation préférentielle transversale comprennent moins de 95 % en poids de fils orientés transversalement, ces fils présentant en outre des ondulations et/ou des boucles. De préférence, les couches à orientation préférentielle longitudinale comprennent 100 % en poids de fils orientés longitudinalement, ces fils étant en outre rectilignes et parallèles
De préférence, les mats selon l'invention comprenant au moins une couche de fils présentant une orientation préférentielle transversale se caractérisent au niveau de cette couche par un taux de boucles compris entre 1 et 2, de façon particulièrement préférée entre 1 et 1 , 5 Le taux de boucles correspond à la vitesse d'étirage des fils projetés sur le convoyeur afin de former le mat divisée par la vitesse de battement de l'organe de projection (mesurée au niveau du convoyeur), exprimée en la même unité, dans le procédé de réalisation de ces mats selon l'invention (explicité ci-après) . Les fils orientés dans une direction préférentielle transversale au sein du mat ondulent généralement de part et d'autre de cette direction préférentielle et/ou forment des boucles, l'écartement local du fil par rapport à la direction préférentielle n'excédant pas 1 0 cm et de préférence 8 cm (boucles) ou 4 cm (ondulations). Les mats anisotropes selon l'invention présentent plusieurs avantages ils s'imprègnent très facilement des matières organiques à renforcer et sont particulièrement aptes au moulage ; ils présentent des propriétés de résistance mécanique particulièrement élevées dans la (ou les) dιrectιon(s) préférentιelle(s) d'orientation des fils de verre ; ils peuvent avantageusement présenter de très faibles grammages, contrairement aux mats traditionnels, notamment des grammages compris entre 80 et 450 g/m environ et, en particulier, entre 1 00 et 300 g/m2 Ainsi, l'utilisation des mats de verre selon l'invention permet de réaliser des produits composites présentant des propriétés mécaniques particulièrement élevées dans au moins une direction pour un taux de verre plus faible (notamment jusqu'à 2 fois plus faible) que celui présent dans les composites réalisés à partir des mats existants. L'abaissement du taux de verre dans les produits composites pour un effet de renforcement identique permet d'obtenir des produits plus économiques et plus légers.
Avantageusement au moins une des propriétés mécaniques (contrainte à la rupture en traction, contrainte à la rupture en flexion, choc Izod ou Charpy) des mats selon l'invention ayant une unique direction préférentielle d'orientation des fils (mats unidirectionnels), ou de la ou des couches des mats selon l'invention comportant au moins 60 % en poids de fils disposés suivant une direction préférentielle, est, lorsqu'elle est mesurée dans la direction d'orientation des fils, au moins 1 ,4-1 ,5 fois supérieure (et de préférence 4 fois, voire 1 0 fois, supérieure) à celle mesurée dans la direction perpendiculaire à cette direction préférentielle.
De la même façon, pour les composites réalisés à partir de mats unidirectionnels selon l'invention assemblés avec la même orientation, au moins une propriété mécanique de ces composites (en particulier la contrainte à la rupture en traction) est, lorsqu'elle est mesurée dans la direction d'orientation des fils, au moins 1 ,5 fois supérieure à celle mesurée dans la direction perpendiculaire à cette direction préférentielle.
La présente invention concerne également un procédé permettant de réaliser des mats selon l'invention présentant une direction préférentielle transversale, ce procédé comprenant les étapes suivantes : pour chaque couche du mat, on entraîne mécaniquement un ou plusieurs fils par un système d'étirage (« roue d'étirage ») et/ou d'entraînement en rotation autour d'un axe fixe et muni d'un organe de projection (« roue interne », « roue à ailettes ») animé d'un mouvement de battement par rapport à cet axe, le ou les fils étant projetés et répartis par ledit organe sur un convoyeur se déplaçant transversalement par rapport à la direction des fils projetés, le mouvement de battement d'au moins un organe de projection étant assuré par l'intermédiaire d'un servomoteur.
De préférence, ce procédé est un procédé direct, le ou les fils de chaque couche du mat étant obtenu(s) à partir d'au moins une filière en étirant une multiplicité de filets de verre fondu, s'écoulant d'une multiplicité d'orifices disposés à la base de la filière sous la forme d'une ou plusieurs nappes de filaments continus, puis en rassemblant les filaments sous la forme du ou des fils, l'étirage et l'entraînement des fils se faisant par l'intermédiaire du système d'étirage mentionné dans la définition de l'invention.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on peut également extruder et entraîner une matière organique thermoplastique en même temps que l'on étire des filets de verre sous forme de filaments, les trajets suivis par les filaments de verre et les filaments thermoplastiques convergeant l'un vers l'autre avant que lesdits filaments soient rassemblés en un ou plusieurs fils composites que l'on entraîne par le système d'étirage mentionné dans la définition de l'invention. Ce mode de réalisation de l'invention permet d'obtenir un mat présentant au moins une couche de fils composites.
Le procédé selon l'invention (en particulier le procédé direct) présente une productivité améliorée par rapport aux procédés de fabrication de mats existants et est particulièrement apte à la réalisation des mats selon l'invention. Contrairement aux procédés existants de fabrication de mats utilisant des moyens mécaniques complexes présentant une inertie importante pour l'étirage et la projection des fils, ces moyens n'étant pas réglables avec précision et rapidité, le procédé selon l'invention utilise un servomoteur pour la projection de fil à partir d'un système d'étirage dont l'axe est fixe.
L'utilisation d'un servomoteur permet d'augmenter la vitesse de battement de l'organe de projection, cette vitesse pouvant atteindre plus de 1 00 battements à la minute, et notamment 1 60 battements à la minute (contre quelques dizaines de battements à la minute pour les moyens mécaniques traditionnels). L'augmentation du nombre de battements permet de réaliser des mats à forte orientation selon l'invention et permet d'utiliser des convoyeurs plus larges. Selon un mode de réalisation avantageux de la présente invention, le convoyeur présente ainsi une largeur de 3 m environ.
La possibilité d'utiliser des convoyeurs plus larges permet d'augmenter le débit d'alimentation en verre (ce débit pouvant être de l'ordre de 1 200 kg/h- 1 800 kg/h) au niveau des filières, ou pour un même débit, de diminuer la vitesse de déplacement du convoyeur (cette vitesse étant par exemple de l'ordre de 1 5 m.min ') et de raccourcir la ligne de production. L'utilisation d'un servomoteur permet ainsi d'augmenter la productivité et la rentabilité du procédé. Le servomoteur du procédé selon l'invention est un moteur électrique, hydraulique ou pneumatique permettant de faire varier la vitesse de battement de l'organe de projection (ou la vitesse de l'axe de cet organe par rapport à l'axe du système d'étirage ou d'entraînement) en fonction de l'angle de projection du ou des fils. En d'autres termes, pendant un aller-retour (ou battement) de l'organe de projection, la vitesse de déplacement de l'organe de projection peut varier selon la position de cet organe et donc selon l'angle de projection des fils mesuré par exemple par rapport à un axe vertical. De préférence, le servomoteur utilisé selon l'invention est un moteur « bruchless » . La position de l'organe de projection peut être contrôlée en permanence et on peut régler avec précision l'amplitude et la forme des battements, les changements de vitesse ou de forme intervenant avec rapidité et pouvant être commandés par pilotage électronique, au moyen d'un ordinateur par exemple. Un tel contrôle et une telle rapidité ne se rencontrent pas dans les procédés habituels de fabrication de mats utilisant des moyens mécaniques complexes (assemblages de cames et bielles complexes) présentant une forte inertie.
De préférence selon l'invention, le nombre de battements par minute de l'organe de projection et la vitesse du convoyeur sont choisies l'une par rapport à l'autre de façon à obtenir un pas inférieur à 1 ,5 fois la largeur effective de dépôt du ou des fils et, de préférence, inférieur à la largeur effective de dépôt du ou des fils. Le pas correspond à la distance parcourue par le convoyeur sur lequel le mat se forme pendant un aller-retour de l'organe de projection. La largeur de dépôt du ou des fils est généralement comprise entre la largeur de la roue d'étirage et le double de cette largeur. De façon particulièrement préférée, le nombre de battements de l'organe de projection par minute est au moins 5 fois supérieur en valeur à la vitesse du convoyeur (exprimée en mètres par minute).
De façon à obtenir des mats présentant une direction préférentielle transversale et dont le taux de boucles est compris entre 1 et 2, la vitesse moyenne de battement de l'organe de projection (ou encore la vitesse moyenne de dépôt du ou des fils sur le convoyeur) au niveau du convoyeur (vitesse généralement de l'ordre de 8 à 1 5 m. s" ) et la vitesse d'étirage des fils (généralement de l'ordre de 1 5 à 24 m. s 1 ) sont choisies l'une par rapport à l'autre de façon à ce que le rapport de cette dernière vitesse sur cette première vitesse soit compris entre 1 et 2.
Dans le procédé direct selon l'invention, chaque couche du mat réalisé est généralement obtenue à partir d'une filière, chaque filière étant associée à un système d'étirage muni d'un organe de projection et chaque organe de projection étant mû par un moteur qui lui est propre. Conformément à l'invention, le mouvement de battement d'au moins un organe de projection est assuré par l'intermédiaire d'un servomoteur, ceci permettant de réaliser au moins une couche de fils de verre continus comprenant au moins 60 % en poids de fils orientés transversalement au sein du mat. Il est cependant possible avec le procédé selon l'invention de réaliser des mats isotropes en réduisant par exemple le taux de battement du ou des organes de projection munis d'un servomoteur. Avantageusement, plusieurs (de préférence la totalité) des organes de projection sont munis de servomoteurs, chaque servomoteur commandant un organe de projection. Les organes de projection étant avantageusement mus indépendamment les uns des autres dans le procédé selon l'invention, il est ainsi possible de réaliser des couches de caractéristiques différentes, les organes de projection (ainsi que les systèmes d'étirage qui leur sont respectivement associés) pouvant être réglés indépendamment les uns des autres et pouvant notamment fonctionner avec des taux de battements différents.
Selon un mode de réalisation intéressant de la présente invention, au cours du procédé précédemment défini, on forme également au moins une couche du mat en déposant sur le convoyeur ou sur une ou plusieurs couches de mat un faisceau de fils de verre parallèles dans le sens de défilement du convoyeur afin de former une couche de fils présentant une orientation longitudinale. Ce mode de réalisation de l'invention est particulièrement intéressant pour réaliser des mats selon l'invention présentant deux directions d'orientation préférentielles des fils et s'apparentant à des grilles. Les fils disposés longitudinalement sont par exemple des fils simples ou des fils de stratifils que l'on dévide sur le convoyeur à partir d'une ensouple et que l'on maintient espacés de quelques millimètres à quelques centimètres. Généralement, dans le procédé selon l'invention, un ensimage est déposé sur les filaments en cours d'étirage afin de protéger notamment les fils contre l'abrasion et un liant est projeté sur au moins une partie des fils répartis sur le convoyeur afin de contribuer notamment à l'obtention d'une bonne cohésion au sein du mat formé, l'ensimage et le liant étant ultérieurement polymérisés et/ou réticulés.
La présente invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ce dispositif comprend au moins une roue d'étirage dont le mouvement rotatif par rapport à son axe est assuré par un premier moteur et au moins une roue de projection dont le mouvement rotatif par rapport à son axe est synchronisé par rapport au mouvement de la roue d'étirage et dont le mouvement par rapport à l'axe de la roue d'étirage est assuré par un servomoteur.
Le dispositif selon l'invention est décrit plus amplement ci-après à l'aide des dessins annexés dans lesquels :
• la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le système d'étirage et l'organe de projection étant vus de face,
• la figure 2 représente un vue schématique de côté du système d'étirage et de l'organe de projection symboliquement représentés en figure 1 .
Suivant un mode de réalisation du procédé selon l'invention, pour chaque couche du mat, on étire à partir des orifices (2) d'une filière ( 1 ) une multiplicité de filets de verre fondu sous la forme d'une nappe de filaments continus (3), puis on revêt les filaments d'une composition d'ensimage les protégeant notamment de l'abrasion, à l'aide d'un dispositif ensimeur (4) avant de rassembler les filaments en fils (5). Les fils après passage sur une roue de guidage (6) et une roue folle (7) sont entraînés par la roue d'étirage (8) en rotation (symbolisée par une flèche simple) puis éjectés de cette roue en un point qui se déplace à la périphérie de la roue suivant un arc de cercle (mouvement de battement symbolisé par une flèche double) . L'éjection est opérée par l'intermédiaire des ailettes (9) de la roue de projection (1 0) (appelée aussi « roue à ailettes ») située à l'intérieur de la roue d'étirage et se déplaçant à l'intérieur de ladite roue, les ailettes passant à travers des fentes (1 1 ) pratiquées à la surface de la roue d'étirage. Les fils sont projetés tangentiellement à la roue d'étirage et en suivant le mouvement de battement de la roue de projection. Les fils projetés sont ainsi répartis sur un convoyeur
( 1 2) se déplaçant transversalement par rapport à la direction des fils projetés. La roue d'étirage (servant à étirer et entraîner les fils) est généralement équipée d'une plaque arrière mobile ( 1 3) indépendante sur laquelle est fixée la roue de projection ( 1 0), le servomoteur ( 1 4) entraînant la plaque arrière et ainsi la roue de projection dans un mouvement de battement. Le servomoteur peut être monté « sur » l'axe de la roue d'étirage (le mouvement pouvant éventuellement être transmis par un moyen mécanique simple, notamment une bielle de forme simple (1 5)) tout comme le premier moteur servant à entraîner la roue d'étirage (le mouvement pouvant éventuellement être transmis par un moyen simple tel qu'une courroie ( 1 6)) et, le cas échéant, la roue de projection en rotation (le mouvement de rotation étant alors transmis à cette dernière roue par un moyen mécanique tel qu'une courroie ( 1 7) et étant ainsi synchronisé avec le mouvement de rotation de la roue d'étirage) .
Le dispositif selon l'invention peut également comprendre un module d'asservissement et/ou un système de commande programmable du ou des servomoteurs, et peut comprendre un ou plusieurs autres organes choisis parmi ceux habituellement utilisés dans les dispositifs de production de mats. Dans le mode de réalisation illustré, on utilise au moins deux filières décalées et disposées de part et d'autre du convoyeur, chaque filière étant associée à un système d'étirage et à un organe de projection propres, chaque organe de projection étant contrôlé par un servomoteur indépendant. Les mats selon l'invention peuvent être utilisés pour réaliser des composites. Plusieurs mats peuvent notamment être empilés, avec la même orientation ou des orientations différentes (notamment en les croisant à 90°), et être préformés pour donner des renforts à la forme de la pièce à mouler. Les composites réalisés comprennent au moins un mat selon l'invention et au moins une matière organique. Les composites réalisés à partir des mats selon l'invention présentent des propriétés supérieures aux composites réalisés à partir de mats isotropes ou de mats anisotropes présentant un faible taux de fils orientés, dans au moins une direction. Les exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois la limiter.
EXEMPLE DE RÉFÉRENCE
Quatre mats isotropes présentant un grammage de l'ordre de 450 g/m2 sont empilés dans un moule où ils sont associés avec une résine polyester orthophtalique de façon à obtenir un composite de 3 mm d'épaisseur présentant un taux de verre de l'ordre de 24 % environ en volume.
On mesure la contrainte à la rupture en traction, la contrainte à la rupture en flexion et la résistance au choc Charpy non entaillé de ce composite selon les normes ISO R 527, ISO R 1 78 et ISO R 1 79.
La contrainte à la rupture en traction du composite mesurée dans n'importe quelle direction dans le plan du composite est de 1 45 MPa environ.
La contrainte à la rupture en flexion du composite mesurée dans n'importe quelle direction dans le plan du composite est de 300 MPa. La résistance au choc Charpy non entaillé du composite mesurée dans n'importe quelle direction dans le plan du composite est de 85 kJ/m2.
EXEMPLE 1
On procède comme dans l'exemple de référence en remplaçant les quatre mats isotropes par quatre mats de même grammage (450 g/m2) présentant chacun 80 % en poids de fils orientés dans une direction préférentielle transversale, les mats étant empilés de façon à présenter la même orientation préférentielle au sein du composite.
La contrainte à la rupture en traction du composite mesurée dans la direction préférentielle d'orientation des fils est de 21 5 MPa environ et celle mesurée dans la direction perpendiculaire à la direction préférentielle (dans le plan du composite) est de 45 MPa environ.
La contrainte à la rupture en flexion du composite mesurée dans la direction préférentielle d'orientation des fils est de 530 MPa environ et celle mesurée dans la direction perpendiculaire à la direction préférentielle (dans le plan du composite) est de 105 MPa environ.
La résistance au choc Charpy non entaillé mesurée dans la direction d'orientation préférentielle des fils est de 205 kJ/m2 environ et celle mesurée dans la direction perpendiculaire à la direction préférentielle (dans le plan du composite) est de 40 kJ/m2 environ.
EXEMPLE 2
On procède comme dans l'exemple 1 en faisant effectuer une rotation de 90° à deux des mats dans le plan du composite. La contrainte à la rupture en traction du composite mesurée dans la direction préférentielle d'orientation des fils de deux des mats ou dans la direction perpendiculaire (dans le plan du composite) à cette direction préférentielle est de 1 60 MPa environ.
La contrainte à la rupture en flexion du composite mesurée dans la direction préférentielle d'orientation des fils de deux des mats ou dans la direction perpendiculaire (dans le plan du composite) à cette direction préférentielle est de 320 MPa environ.
La résistance au choc Charpy non entaillé mesurée dans la direction préférentielle d'orientation des fils de deux des mats ou dans la direction perpendiculaire (dans le plan du composite) à cette direction préférentielle est de 1 1 0 kJ/m2 environ.
Ces valeurs sont supérieures à celles obtenues en utilisant des mats isotropes de même grammage.
Les mats selon l'invention peuvent servir à renforcer des pare-chocs de véhicules automobiles, des tablettes arrières de véhicules automobiles, etc.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Mat de fils de verre continus, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couche de fils de verre continus comportant au moins 60 % en poids de fils disposés suivant une direction préférentielle.
2. Mat selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il présente un grammage compris entre 80 et 450 g/m2.
3. Mat selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche de fils de verre continus présente une ou plusieurs propriétés mécaniques au moins 1 ,4 fois supérieures dans la direction préférentielle d'orientation des fils que dans la direction perpendiculaire à cette direction préférentielle.
4. Mat selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche comprend au moins 60 % en poids de fils orientés transversalement.
5. Mat selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche présente un taux de boucles compris entre 1 et 2.
6. Mat selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il présente en outre au moins une couche de fils comprenant au moins 60 % en poids de fils orientés longitudinalement.
7. Procédé de fabrication d'un mat formé d'au moins une couche de fils de verre continus, selon lequel, pour chaque couche du mat, on entraîne un ou plusieurs fils par un système d'étirage en rotation autour d'un axe fixe et muni d'un organe de projection animé d'un mouvement de battement par rapport à cet axe, le ou les fils étant projetés et répartis par ledit organe sur un convoyeur se déplaçant transversalement par rapport à la direction des fils projetés, le mouvement de battement d'au moins un organe de projection étant assuré par l'intermédiaire d'un servomoteur.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on dépose également sur le convoyeur ou sur au moins une couche du mat, un faisceau de fils de verre parallèles dans le sens de défilement du convoyeur afin de former une couche de fils présentant une orientation longitudinale.
9. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 7 ou 8 comprenant au moins une roue d'étirage dont le mouvement rotatif par rapport à son axe est assuré par un premier moteur et au moins une roue de projection dont le mouvement rotatif par rapport à son axe est synchronisé par rapport au mouvement de la roue d'étirage et dont le mouvement par rapport à l'axe de la roue d'étirage est assuré par un servomoteur.
1 0. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs roues de projection mues indépendamment les unes des autres.
1 1 . Composite comprenant au moins une matière organique et au moins un mat selon l'une des revendications 1 à 6.
1 2. Composite selon la revendication 1 1 comprenant un ou plusieurs mats unidirectionnels, caractérisé en ce qu'il présente au moins une propriété mécanique, mesurée dans la direction préférentielle d'orientation des fils au moins 1 ,5 fois supérieure à celle mesurée dans la direction perpendiculaire à cette direction préférentielle.
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