Réalisation par pultrusion de profilés à partir de polymères thermo plastiques
La présente invention concerne un procédé de réalisation par pultrusion de profilés droits ou courbes, à partir de fibres imprégnées de polymères thermoplastiques. Son application est particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules automobiles, notamment pour la fabrication de pare-chocs ou d'éléments de structure.Production by pultrusion of profiles from thermoplastic polymers
The present invention relates to a process for producing, by pultrusion, straight or curved profiles, from fibers impregnated with thermoplastic polymers. Its application is particularly advantageous in the field of motor vehicles, in particular for the manufacture of bumpers or structural elements.
On connaît déjà le procédé de fabrication par pultrusion de profilés à partir de fibres telles que des fibres de verre imprégnées de résines polyester, par tirage à travers une filière chauffée, ainsi que diverses applications qui en ont été effectuées. Toutefois, l'em- ploi de résines thermodurcissables constitue une limitation pour l'aptitude ultérieure du profilé à être partiellement thermoformé, ou ressoudé à un thermoplastique, ou bien encore collé par dissolution locale.We already know the manufacturing process by pultrusion of profiles from fibers such as glass fibers impregnated with polyester resins, by drawing through a heated die, as well as various applications which have been carried out. However, the use of thermosetting resins constitutes a limitation for the subsequent ability of the profile to be partially thermoformed, or welded to a thermoplastic, or else bonded by local dissolution.
Au contraire, les profilés réalisés selon l'invention par pultrusion à partir de polymères thermoplastiques, renforcés de fibres, présentent de multiples avantages, notamment les possibilités suivantes qui seront détaillées plus loin - un formage ultérieur des profilés, à partir du produit demi-fini
obtenu par pultrusion - un surmoulage avec soudure locale - un assemblage par dissolution locale ou soudure - une décoration par des procédés spécifiques aux matières thermo
plastiques
Les matériaux mis en oeuvre selon l'invention peuvent être choisis parmi ceux cités ci-après, à titre non limitatif - pour les renforcements, des fibres minérales telles que verre, car
bone, etc conviennent et sont employées à l'état demèchesbouclées
ou non, avec ou non, addition de mat ou de tissus en bandes.Des
fibres végétales telles que jute, sisal, chanvre, peuvent convenir,
de même que certaines fibres organiques, à condition, dans ce der
nier cas, que leur point de ramollissement soit à une température
supérieure d'au moins 300 à celui du polymère d'imprégnation.On the contrary, the profiles produced according to the invention by pultrusion from thermoplastic polymers, reinforced with fibers, have multiple advantages, in particular the following possibilities which will be detailed later - a subsequent forming of the profiles, from the semi-finished product
obtained by pultrusion - an overmolding with local welding - assembly by local dissolution or welding - decoration by processes specific to thermo materials
plastics
The materials used according to the invention can be chosen from those mentioned below, without limitation - for reinforcements, mineral fibers such as glass, because
bone, etc are suitable and are used in a looped state
or not, with or without the addition of mat or strip fabric.
vegetable fibers such as jute, sisal, hemp, may be suitable,
as well as certain organic fibers, provided, in this latter
deny that their softening point is at a temperature
at least 300 higher than that of the impregnation polymer.
Toutes ces fibres sont également employées de préférence sous forme
de mèches tirées à partir de bobines
d'imprégnation - Pour les résines /thermoplastiques, on utilisera de préférence des
polymères de faible viscosité à l'état fondu, tels que les poly
amides, car ils présentent des facilités pour l'imprégnation.All these fibers are also preferably used in the form
wicks drawn from spools
impregnation - For resins / thermoplastics, preferably use
low viscosity polymers in the melt, such as poly
amides, because they present facilities for impregnation.
Cependant, les procédés selon l'invention sont compatibles avec
l'emploi des divers polymères thermoplastiques connus : les poly
oléfines et leurs dérivés copolymérisés ou modifiés par des élas
tomères, les polystyréniques et copolymères ABS, les polycarbonates,
polyacétals, polyesters thermoplastiques, polyoxyméthylène, etc.However, the methods according to the invention are compatible with
the use of various known thermoplastic polymers: poly
olefins and their derivatives copolymerized or modified by elas
tomers, polystyrenics and ABS copolymers, polycarbonates,
polyacetals, thermoplastic polyesters, polyoxymethylene, etc.
Une mention particulière doit être faite pour le PVC qui, sous forme
de plastisols, se prête particulièrement bien au procédé par impré
gnation en bain.Special mention must be made for PVC which, in the form
of plastisols, lends itself particularly well to the process by impregn
bathing.
Le principe du procédé selon l'invention consiste à tirer à travers une filière réalisée à la forme souhaitée, une certaine quantité de fils ou de mèches par exemple à base de verre, associées ou non avec des mats ou des tissus, la première partie de la filière étant conçue de manière à permettre l'imprégnation de ces fibres par un polymère thermoplastique fondu, la deuxième partie étant refroidie de telle sorte que le produit soit figé en forme à la sortie de la filière.The principle of the method according to the invention consists in drawing through a die made to the desired shape, a certain quantity of threads or rovings, for example based on glass, associated or not with mats or fabrics, the first part of the die being designed so as to allow the impregnation of these fibers with a molten thermoplastic polymer, the second part being cooled so that the product is frozen in shape at the outlet of the die.
Diverses dispositions de l'invention seront maintenant décrites à titre d'exemples non limitatifs ; elles visent particulièrement à résoudre les difficultés d'imprégnation inhérentes à la viscosité élevée des polymères à l'état fondu, et seront illustrées par les figures i à 9 ci-jointes qui ont trait respectivement - la figure l, à une vue en coupe longitudinale d'une disposition de
pultrusion par injection - la figure 2, à une vue analogue d'une première variante par mixage
de fibres - la figure 3, à une vue analogue d'une seconde variante par saupou
drage - la figure 4, à une vue analogue d'une troisième variante par impré
gnation - la figure 5, à une vue analogue d'un détail montrant plus particu
lièrement un exemple de filière et du dispositif de tirage dans le
cas de la fabrication d'un profilé courbe - la figure 6, à une vue en plan d'un parechocs obtenu suivant l'in-
vention - la figure 7, à une vue analogue d'un autre parechocs faisant appel
aux possibilités offertes par l'invention ; - la figure 8, à une coupe transversale d'un parechocs utilisant une
autre possibilité de l'invention - la figure 9, à une coupe transversale d'un produit obtenu selon
l'invention.Various arrangements of the invention will now be described by way of non-limiting examples; they are particularly aimed at solving the impregnation difficulties inherent in the high viscosity of polymers in the molten state, and will be illustrated by the attached figures i to 9 which relate respectively - FIG. 1, to a view in longitudinal section of a provision of
injection pultrusion - Figure 2, a similar view of a first variant by mixing
of fibers - Figure 3, a similar view of a second variant by saupou
drage - Figure 4, a similar view of a third variant by impré
gnation - Figure 5, a similar view of a detail showing more particu
an example of the die and the drawing device in the
case of the manufacture of a curved profile - FIG. 6, in a plan view of a bumper obtained according to the
vention - Figure 7, a similar view of another bumper using
the possibilities offered by the invention; - Figure 8, a cross section of a bumper using a
another possibility of the invention - Figure 9, to a cross section of a product obtained according to
the invention.
Considérons la réalisation illustrée à la figure l, qui se rapporte à un procédé de pultrusion par injection de matière thermoplastique.Let us consider the embodiment illustrated in FIG. 1, which relates to a pultrusion process by injection of thermoplastic material.
Des mèches de fibres 2 dévidées des bobines l sont rassemblées de manière classique par des gabarits 3 pour entrer dans la filière 4 où se trouve aménagé un orifice 5 d'amenée de polymère thermoplastique fondu, sous pression, débouchant dans une chambre 6, régulée en température par des résistances ou des circuits de fluides chauds 7.Wicks of fibers 2 unwound from the reels 1 are assembled in a conventional manner by jigs 3 to enter the die 4 where there is arranged an orifice 5 for feeding molten thermoplastic polymer, under pressure, opening into a chamber 6, regulated in temperature by resistors or hot fluid circuits 7.
Un isolant 8 sépare cette partie de la filière de la seconde partie qui est refroidie par des circuits de fluides froids 9 et le profilé est entraîné à sa sortie par des moyens classiques tels que des chenilles 10, ou tout autre procédé de traction.An insulator 8 separates this part of the die from the second part which is cooled by cold fluid circuits 9 and the profile is driven at its exit by conventional means such as tracks 10, or any other traction process.
Le produit semi-fini continu ainsi obtenu peut alors être découpé, stocké et éventuellement retransformé, compte-tenu de ses propriétés thermoplastiques.The continuous semi-finished product thus obtained can then be cut, stored and possibly re-processed, taking into account its thermoplastic properties.
La réalisation illustrée à la figure 2 fait appel au mixage des fibres de renfort et de résine.The embodiment illustrated in Figure 2 uses the mixture of reinforcing fibers and resin.
Selon cette disposition, on supprime le dispositif d'injection de polymère thermoplastique fondu en utilisant l'aptitude de ces polymères à se présenter sous forme de fils, de films de fibrilles ou de bandelettes, que nous appellerons "fils" pour la suite.According to this arrangement, the injection device for molten thermoplastic polymer is eliminated by using the ability of these polymers to be in the form of threads, films of fibrils or strips, which we will call "threads" below.
Selon cette nouvelle disposition, les mèches amenées dans le gabarit 23 sont constituées à partir de bobines 21 contenant par exemple des fibres de verre et de bobines 22 contenant des fils de polymères thermoplastiques. Le mélange de fibres de renforcement et de fils du polymère est amené dans la filière 24 constituée de manière analogue à la précédente, avec les circuits de chauffage 27, l'isolant 28, les circuits de refroidissement 29 et, éventuellement, une entrée conique 25 avec un arrondi 26.According to this new arrangement, the wicks brought into the template 23 are formed from coils 21 containing for example glass fibers and coils 22 containing son of thermoplastic polymers. The mixture of reinforcing fibers and son of the polymer is brought into the die 24 constituted in a similar manner to the previous one, with the heating circuits 27, the insulation 28, the cooling circuits 29 and, optionally, a conical inlet 25 with rounding 26.
Par chauffage, les fils de polymères thermoplastiques,entraînés par les mèches de renforcement, sont fondus, imprègnent ces dernières, et le tout est ensuite refroidi en forme et tiré par les moyens 20. By heating, the wires of thermoplastic polymers, entrained by the reinforcing wicks, are melted, permeate the latter, and the whole is then cooled in shape and drawn by means 20.
Selon un des avantages de ce procédé, on peut doser avec précision les taux relatifs de renfort et de résine d'imprégnation en agissant sur les quantités relatives des fils et des fibres par le nombre de bobines de chaque constituant, le titre des fils, etc
Selon un autre avantage, il est possible d'utiliser un polymère chargé sous forme de fil alimentant la filière, d'où la possibilité d'imprégner la masse de fibres de renforcement avec résine et charges, ce qui est plus difficile dans le cas de l'imprégnation par injection à cause des phénomènes de filtrage des charges dus à la grande densité des fibres de renfort.According to one of the advantages of this process, the relative rates of reinforcement and impregnating resin can be precisely determined by acting on the relative quantities of the yarns and fibers by the number of coils of each constituent, the title of the yarns, etc.
According to another advantage, it is possible to use a charged polymer in the form of a wire supplying the die, hence the possibility of impregnating the mass of reinforcing fibers with resin and fillers, which is more difficult in the case of the impregnation by injection because of the phenomena of filtering of the charges due to the high density of the reinforcing fibers.
Il est naturellement possible, par combinaison des éléments précédents, d'imprégner les renforts par des mélanges de polymères, contenant éventuellement des charges différentes, ou de situer préférentiellement dans le profil réalisé l'imprégnation locale par tel ou tel polymère spécialement choisi pour ses caractéristiques intrinsèques.It is naturally possible, by combination of the above elements, to impregnate the reinforcements with mixtures of polymers, optionally containing different fillers, or to preferentially locate the local impregnation with such or such polymer specially chosen for its characteristics. intrinsic.
Dans le dispositif de la figure 3, le polymère thermoplastique est amené sous forme de poudre en amont de la filière, en utilisant l'ap ou des fibresvornani ues titude des fibreg,organiques électrostatiquement, ce qui facilite la fixation temporaire de particules à leur surface.In the device of FIG. 3, the thermoplastic polymer is brought in the form of powder upstream of the die, using ap or fibers or fibers titrating fibreg, organic electrostatically, which facilitates the temporary fixing of particles on their surface. .
Selon cette méthode, les fibres de renforcement, par exemple de verre, sont déroulées des bobines 31 et se chargent électrostatiquement par frottement contre des tiges 32 ou sur un gabarit tel que 33 Elles sont ensuite, soit saupoudrées par le polymère en poudre à l'aide d'une machine distributrice et doseuse de poudre par secousses ou vibrations, soit amenées au travers d'une chambre 35 comportant une étanchéité périphérique lâche 36 où le polymère en poudre est mis en agitation par soufflage d'air comprimé par des canules 37 pour créer l'équivalent d'un lit fluidisé suivant une technique connue, ou par tout autre moyen tel qu'un ventilateur de brassage 38. La poudre de polymère fixée sur les fibres de renfort est entraînée vers l'entrée de la filière 39 analogue à celle décrite précédemment.According to this method, the reinforcing fibers, for example of glass, are unwound from the coils 31 and are electrostatically charged by friction against rods 32 or on a template such as 33 They are then either sprinkled with the polymer powder using a machine for distributing and dosing powder by shaking or vibration, or brought through a chamber 35 comprising a loose peripheral seal 36 where the polymer powder is stirred by blowing compressed air with cannulas 37 for create the equivalent of a fluidized bed according to a known technique, or by any other means such as a stirring fan 38. The polymer powder fixed on the reinforcing fibers is entrained towards the inlet of the die 39 similar to that described above.
Un avantage particulier de ce procédé réside dans la possibilité d'utiliser des polymères de faible prix tels que sortant des réacteurs en vrac, en supprimant toutes les opérations de granulation, ensachage, etc
A la figure 4 on représente un dispositif de mise en oeuvre de l'invention par imprégnation
Certains polymères étant susceptibles de se présenter facilement sous forme liquide, soit en solution dans un solvant, soit en émulsion ou par empâtage dans un plastifiant (cas du polychlorure de vinyle par exemple), l'imprégnation des fibres de renforcement peut être effectuée par immersion, suivie éventuellement d'un essorage entre rouleaux, avant leur entrée dans la filière.A particular advantage of this process lies in the possibility of using low-cost polymers such as coming out of bulk reactors, by eliminating all the granulation, bagging operations, etc.
FIG. 4 shows a device for implementing the invention by impregnation
As certain polymers are likely to be readily available in liquid form, either in solution in a solvent, or in emulsion or by pasting in a plasticizer (in the case of polyvinyl chloride for example), the impregnation of the reinforcing fibers can be carried out by immersion , possibly followed by spinning between rollers, before entering the die.
Les mèches 42 déroulées des bobines 41 sont rassemblées par un gabarit 43 puis conduites par des rouleaux 44, 45, 46, 47 à l'intérieur d'un bac 48 contenant le plastisol ou la solution 49 puis entre des rouleaux essoreurs 40. Un préséchage pour l'évaporation du solvant avant l'entrée du produit obtenu dans la filière sera réalisé par des panneaux à infra-rouge en particulier dans le cas de polymères en solution.The wicks 42 unwound from the coils 41 are brought together by a template 43 then driven by rollers 44, 45, 46, 47 inside a tank 48 containing the plastisol or the solution 49 then between wiping rollers 40. A pre-drying for the evaporation of the solvent before the entry of the product obtained in the sector will be carried out by infrared panels in particular in the case of polymers in solution.
Le même dispositif est applicable au cas de monomères polymérisables in-situ : les fibres de renforcement sont alors imprégnées du monomère comportant ses adjuvants de réticulation, par exemple un caprolactame, puis le passage dans la première partie de la filière détermine la formation du polyamide "6" à l'état polymérisé et fondu, la deuxième partie de la filière permettant, comme précédemment, le refroidissement en forme.The same device is applicable in the case of monomers polymerizable in situ: the reinforcing fibers are then impregnated with the monomer comprising its crosslinking adjuvants, for example a caprolactam, then the passage through the first part of the die determines the formation of the polyamide " 6 "in the polymerized and molten state, the second part of the die allowing, as before, the cooling to form.
La filière utilisée pour la mise en oeuvre selon ce procédé est réalisée en acier poli, éventuellement chromé, et comporte des sections droites pour réaliser des profilés rectilignes, ou bien une section droite ou courbe correspondant à la zone de chauffage suivie impérativement d'une section courbe au rayon désiré pour la zone de refroidissement, lorsqu'un profilé courbe est désiré.Dans ce dernier cas, un dispositif de tirage suivant le même rayon de courbure est adopté, comme représenté schématiquement à la figure 5 ou la partie rectiligne chauffante 51 est raccordée à la partie courbe refroidie 52, complété par des chenilles d'entraînement courbe 43 et 44
Les profilés obtenus selon les méthodes précédemment décrites présentent de nombreux avantages, tout particulièrement dans le domaine de l'automobilet
En effet, par le choix des renforts, en particulier avec des fibres de verre à taux élevé de l'ordre de 40 à 70 %, il est possible d'obtenir des profilés rigides de bonne résistance aux chocs, colorés dans la masse.La présence d'un polymère thermoplastique utilisé comme liant permet en outre des possibilités qui ne sont pas offertes par l'emploi des polymères thermodurcissables
Ainsi le parechocs 60 de la figure 6 est obtenu par thermoformage ultérieur des extrémités 61-62, qui présentent un rayon de courbure différent de celui du produit semi-fini issu de l'opération de pultrusion.The die used for the implementation according to this process is made of polished steel, possibly chromed, and has straight sections to produce straight profiles, or a straight or curved section corresponding to the heating zone followed imperatively by a section curve at the desired radius for the cooling zone, when a curved profile is desired. In the latter case, a pulling device along the same radius of curvature is adopted, as shown diagrammatically in FIG. 5 or the rectilinear heating part 51 is connected to the cooled curved part 52, supplemented by curved drive tracks 43 and 44
The profiles obtained according to the methods described above have many advantages, especially in the automotive field.
Indeed, by the choice of reinforcements, in particular with glass fibers at a high rate of the order of 40 to 70%, it is possible to obtain rigid profiles of good impact resistance, colored in the mass. the presence of a thermoplastic polymer used as a binder also allows possibilities which are not offered by the use of thermosetting polymers
Thus the bumper 60 of Figure 6 is obtained by subsequent thermoforming of the ends 61-62, which have a radius of curvature different from that of the semi-finished product from the pultrusion operation.
Les figures 7 et 8 illustrent la capacité de surmoulage avec soudure locale d'une pièce en polymère thermoplastique sur un produit semifini en un même matériau, venu par pultrusion.FIGS. 7 and 8 illustrate the capacity for overmolding with local welding of a piece of thermoplastic polymer on a semi-finished product of the same material, come by pultrusion.
En effet, il est connu que de véritables "soudures autogènes" peuvent être obtenues par surmoulage d'un polymère sur une pièce déjà moulée avec ce même polymère, l'apport de chaleur de la matière injectée refondant partie#llement la surface de l'objet déjà moulé.Indeed, it is known that real "autogenous welds" can be obtained by overmolding a polymer on a part already molded with this same polymer, the contribution of heat from the injected material partly recasting the surface of the object already molded.
Cette aptitude peut être utilisée, par exemple selon la figure 7 dans le cas d'un parechoc, pour mouler des flasques latérales tels que 72 et 73 sur un profilé courbe ou droit 71, ou y rapporter localement des bossages tels que 74 et 75 ou encore, une jupe telle que 82 sur le profilé 81 de la figure 8.This ability can be used, for example according to FIG. 7 in the case of a bumper, for molding lateral flanges such as 72 and 73 on a curved or straight section 71, or locally fitting bosses therein such as 74 and 75 or again, a skirt such as 82 on the section 81 of FIG. 8.
La figure 9 représente un autre type d'assemblage réalisable selon l'invention par dissolution locale et/ou soudure.FIG. 9 shows another type of assembly that can be produced according to the invention by local dissolution and / or welding.
L'apport d'un solvant du polymère en un endroit déterminé du profilé peut permettre de le dissoudre localement et d'y coller une autre pièce. De même, toutes opérations habituellement pratiquées pour l'assemblage de pièces en thermoplastiques sont rendues possibles soudage par ultra-sons, par rotation, par échauffement, par pertes diélectriques, etc. Ainsi, dans le cas d'un profilé rond, il est possible de souder une pièce telle que 92 par rotation ouparultra-sonssurl profilé 91, puis de pratiquer en 93 une soudure au miroir pour fixer une pièce telle que 94. Ces moyens permettent donc en général d'assembler divers types de profilés entre eux, ou à d'autres pièces.The addition of a solvent for the polymer at a determined location on the profile can make it possible to dissolve it locally and to stick another part to it. Likewise, all operations usually carried out for the assembly of thermoplastic parts are made possible by ultrasonic welding, by rotation, by heating, by dielectric losses, etc. Thus, in the case of a round profile, it is possible to weld a part such as 92 by rotation or by ultrasound on profile 91, then to practice in 93 a mirror weld to fix a part such as 94. These means therefore allow in general to assemble various types of profiles together, or to other parts.
Encore un avantage selon l'invention réside dans la possibilité de réaliser sur les pièces obtenues une décoration par les procédés adaptés aux thermoplastiques. La présence du polymère thermoplastique rend possible des procédés de décoration couramment utilisés tels que film décoratif fixé par transfert à chaud, métallisation sous vide, pulvérisation ionique, applications diverses de primaires, laques, revêtements par dépôts électrolytiques, etc. Another advantage according to the invention lies in the possibility of carrying out on the parts obtained a decoration by the methods suitable for thermoplastics. The presence of the thermoplastic polymer makes possible commonly used decoration methods such as decorative film fixed by hot transfer, vacuum metallization, ion spraying, various applications of primers, lacquers, coatings by electrolytic deposits, etc.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8107971AFR2504449A1 (en) | 1981-04-22 | 1981-04-22 | Fibre reinforced thermoplastic profiles made by pultrusion - to produce long profiles which can later be modified |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8107971AFR2504449A1 (en) | 1981-04-22 | 1981-04-22 | Fibre reinforced thermoplastic profiles made by pultrusion - to produce long profiles which can later be modified |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2504449A1true FR2504449A1 (en) | 1982-10-29 |
| FR2504449B1 FR2504449B1 (en) | 1983-10-07 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8107971AGrantedFR2504449A1 (en) | 1981-04-22 | 1981-04-22 | Fibre reinforced thermoplastic profiles made by pultrusion - to produce long profiles which can later be modified |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |