Armature pour la fabrication d'objets annés
La présente invention a pour objet une armature pour la fabrication d'objets armés, en particulier de produitsl en résine synthétique, tels que feuilles, tubes, structures sandwich, réservoirs, récipients et autres articles.
L'armature faisant l'objet de l'invention comprend des fils métalliques fins de grande longueur, étendus parallèlement, étroitement adjacents les uns aux autres et liés à une surface d'une nappe de support allongé de manière à rester parallèles et exempts d'ondulations.
Le fil utilisé peut tre un fil d'acier doux ou d'acier dur étiré, un fil d'acier inoxydable, d'aluminium, de bronze ou d'alliage de nickel, par exemple de l ! donel , suivant l'emploi final du stratifié.
La nappe de support peut tre une toile tissée, non tissée et liée, du papier, les filaments ou fils espacés, disposés transversalement, de préférence sensiblement parallèle, ou une feuille de résine synthétique thermoplastique ou thermodurcissable, qui peut tre homogène ou sous forme de filet.
Les fils métalliques fins qui ont un diamètre de préférence compris entre 0,25 et 1,25 mm, ou encore mieux entre 0,15 et 0,35 mm, sont orientés unidirectionnellement sur de grandes longueurs et sont sensi blement droits et exempts d'ondulations. I1 est évident que si l'article terminé doit offrir une résistance à la traction, cette dernière serait fortement affaiblie si l'armature pouvait s'allonger appréciablement ou si elle n'était pas droite.
Si les fils d'armature présentaient des ondulations quelconques, il se produirait, lors de l'application d'un effort de traction sur l'objet de résine synthétique auquel les fils ondulés seraient incorporés, une perte d'efficacité de l'armature, due au fait que les fils ne participeraient pas à la résistance de l'objet en résine synthétique armée avant que l'objet ait été allongé jusqu'au point où toutes les ondulations des fils auraient été redressées.
Les fils sont de préférence collés à la nappe de support au moyen d'un adhésif en résine synthétique.
Une autre manière préférée de coller les fils à la nappe de support consiste à utiliser un liant inorganique.
Comme liant inorganique particulièrement avantageux, on peut t citer le phosphate d'aluminium, que l'on pré- pare en faisant réagir de l'hydroxyde d'aluminium avec de l'acide ortho-pllosphorique. Ce liant a pour avantage que l'armature ainsi obtenue présente une très bonne résistance à la chaleur, et que sa solidité s'améliore avec les températures croissantes.
Des formes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentées à titre d'exemple au dessin annexé, dans lequel:
La fig. 1 montre une première forme d'exécution.
La fig. 2 montre une deuxième forme d'exécution.
La fig. 3 montre une e troisième forme d'exécution, et
la fig. 4 est une représentation schématique d'un procédé préféré pour la fabrication d'une forme d'exécution de l'armature, objet de l'invention.
L'armature représentée à la fig. 1 comprend des fils métalliques fins 1, étendus parallèlement et étroitement adjacents les uns aux autres, et collés de la manière ici décrite à une nappe de support allongée 2.
Dans la forme d'exécution de la fig. 2, la nappe de support est constituée par des filaments ou des fils 3, disposés transversalement et espacés, en formant de préférence un angle d'environ 90o avec l'axe des fils parallèles 1, et de préférence collés ou soudés aux fils parallèles, étant entendu que le soudage est applicable lorsque les filaments. ou les fils sont thermoplastiques.
De tels filaments peuvent tre en nylon, en polypropylène, en téréphtalate de polyéthylène, en polyéthylène, et en matières similaires pouvant tre soudées à chaud sur la couche de fils métalliques. Une telle combinaison de fils métalliques dans une direction et de filaments de résine synthétique dans l'autre direction donne une armature particulièrement souple et drapable, acceptant très bien une résine de collage et de stratification. Avec une telle matière, le moulage ne nécessite pas de températures et de pressions élevées.
Il est clair qu'une couche de filaments croisés en résine synthétique, qui peuvent tre parallèles ou sous forme de tissage ou de filet, peut tre soudée par sa face inférieure à une couche de fils métalliques parallèles et par sa face supérieure à une autre couche qui peut éventuellement former un angle avec les fils mé talliques de la couche inférieure. Il est mme possible d'édifier une armature assez épaisse de cette manière en faisant alterner des couches de fils métalliques parallèles et de filamentsl croisés en résine synthétique. Un mat composite ainsi formé est représenté à la fig. 3.
Ce mat comprend deux couches, à savoir une couche supérieure comprenant des fils métalliques fins 1, collés à une nappe de support 2 et superposée à une couche inférieure 2'. Un tel mat composite peut présenter une grande importance dans différents emplois, quoique cet ensemble de couches ne présente évidemment pas une grande souplesse.
On comprendra qu'en plus des filaments en résine synthétique thermoplastique, on, peut utiliser des filaments de verre, qui sont également de nature thermoplastique, et que tous ces filaments thermoplastiques en verre ou en résine synthétique peuvent tre employés pour la fabrication d'une toile tissée, non tissée ou collée, et en outre que, lorsque la nappe de support est composée de l'une ou l'autre des toiles susmentionnées, produites à partir de filaments thermoplastiques, les fils métalliques peuvent tre soudés à la nappe.
Ce soudage peut tre réalisé par un simple chaud fage suffisant pour provoquer un début de fusion à la surface des filaments, afin que ces derniers se soudent aux fils métalliques au cours du refroidissement. Dans certains cas, il peut tre nécessaire de pourvoir les fils métalliques d'un revtement préalable, assurant une bonne adhérence des filaments ou des fils thermoplastiques.
Parmi les adhésifs en résine synthétique qui sont utilisables, on peut mentionner les résines polyester et les résines époxy. La résine peut tre utilisée en quantité aussi faible que possible, juste suffisante pour mouiller la face inférieure du fil là où il entre en contact avec la toile liée, ou elle peut tre utilisée en plus grande quantité.
Lorsque la nappe de support est constituée par une feuille homogène de résine synthétique, les fils métalliques fins et droits peuvent tre partiellement noyés dans la feuille, au lieu d'tre simplement étendus sur la surface de la feuille. Les résines synthétiques utilisables comprennent les résines thermodurcissables (stade B), par exemple les résines époxy ou polyester, ou elles peuvent tre des résines synthétiques thermoplastiques telles que le chlorure de polyvinyle et le polyéthylène, suivant les résines synthétiques avec lesquelles l'armature doit tre associée.
Les armatures constituées au moyen de ces feuilles de résine synthétique peuvent tre facilement transformées en produits stratifiés par superposition d'une ou plusieurs des feuilles contenant les fils métalliques l'une sur l'autre et collage des feuilles les unes aux autres au moyen de chaleur et de pression ou au moyen d'adhésifs ou de résines supplémentaires ou d'une combinaison de ces moyens. Pour la fabrication d'une armature stratifiée, les feuilles individuelles peuvent tre disposées de telle manière que les fils métalliques soient sensiblement parallèles dans toutes les couches individuelles, ou les fils peuvent former un quelconque angle prédéterminé, par exemple entre les couches adjacentes.
L'armature faisant l'objet de l'invention peut tre avantageusement fabriquée par un procédé consistant à assembler des fils métalliques fins provenant de bobines portant ces fils, à amener lesdits fils sous tension, disposés parallèlement et proches les uns des autres, sur la surface d'une nappe de support allongée telle que décrite plus haut, et à coller lesdits fils à la surface de la nappe de support tout en les maintenant parallèles et non ondulés.
Une mise en oeuvre préférée de ce procédé, utilisant une bande transporteuse pour la fabrication de longueurs continues d'armature, est représentée schématiquement à la fig. 4.
Dans cette mise en oeuvre, des fils métalliques fins 1 sont collés à une longueur continue d'une nappe de support 2. Ces fils proviennent d'un certain nombre de bobines 4 et sont tirés sous tension à travers un ou plusieurs guides 5, par lesquels ils sont guidés de manière à tre parallèles les uns aux autres et proches les uns des autres.
Ces fils sont ensuite guidés à travers un bain de polissage, un dispositif essuyeur et un bain de dégraissage, tous représentés schématiquement par le bloc 6.
Les fils propres et polis sont ensuite revtus d'un adhésif ou d'un liant approprié, par exemple d'un adhésif en résine synthétique. Ainsi, après avoir quitté le bain de dégraissage, les fils métalliques pass;ent à travers ou sur un distributeur de résine, représenté schématiquement par les rouleaux 7, qui enduisent les fils, en particulier leur côté intérieur, d'une quantité prédéterminée d'adhésif.
Après le distributeur de résine, les fils métalliques traversent un peigne ou autre guide-fil 8, qui maintient les fils à l'écartement mutuel auquel ils doivent tre déposés sur la nappe de support.
Cette nappe de support est débitée par un rouleau d'approvisionnement 9, sur un transporteur à ruban 10, de préférence à ruban d'acier. Pour éviter une adhé rené du produit au ruban 'du transporteur, on peut traiter le ruban avec un agent de démoulage approprié, ou on peut le munir d'une couche de matière non collante, par exemple de cellulose régénérée ou de chlorure de polyvinyle, sous ladite nappe de support.
La nappe de support sur le transporteur est immédiatement suivie par les fils parallèles revtus d'adhésif.
La vitesse du transporteur est déterminée par la production désirée et par le temps nécessaire au durcissement de l'adhésif résineux. Pour faciliter et accélérer la prise de l'adhésif, il est préférable d'enfermer la partie supérieure du transporteur dans un four 11, qui peut tre du type infrarouge ou à circulation d'air.
L'armature durcie quittant le ruban transporteur s'enroule sur un rouleur récepteur 12.
Dans l'utilisation d'un appareil tel que décrit si- dessus, le nombre de bobines dépend du nombre de fils métalliques par millimètre et de la largeur totale de l'armature à fabriquer. Avec des fils d'un diàmètre de 0,15 à 0,36mu, deux fils par millimètre et une largeur de l'armature de 900mu, il faut un râtelier de 1800 bobines.
En outre, si le ruban transporteur doit avoir un débit de, par exemple, 61 m/h, et si une cuisson d'environ 3 mn est nécessaire pour la résine adhésive, il faut un four d'une longueur d'environ 3 mètres.
Pour la production de longueurs plus courtes d'armature, le ruban transporteur Idécrit ciaessus peut tre remplacé par un tambour rotatif. La largeur du tambour correspond à la largeur de l'armature, et la circonférence du tambour correspond à la longueur désirée. La méthode est sensiblement la mme que celle utilisée avec le transporteur à ruban, sauf que, à titre de variante, les fils peuvent tre appliqués sur le tambour sous forme d'une hélice Multistart sur la nappe de support. Ceci permet de réduire le nombre de bobines utilisées pour l'alimentation en fils métalliques.
La matière terminée est découpée et séparée du tambour lorsqu'une feuille plate est désirée, et le tambour peut tre réutilisé immédiatement après pour la production d'une autre feuille d'armature.
Des feuilles d'armature à fil métallique telles que décrites peuvent tre collées à une face, ou de préférence aux deux faces, d'une feuille ou d'un noyau en un matériau de construction léger, par exemple en bois, en fibres agglomérées, en mousse de résine synthétique, en plâtre ou en liège, dans le but de former une structure sandwich à haute résistance. L'avantage particulier de ces armatures est qu'elles fournissent ulule structure sandwich auto-supportante et capable de supporter des charges considérables et de fortes contraintes.
Si le noyau est Idoublé à l'extérieur d'une ou de plusieurs feuilles de l'armature, collées dans une ou plusieurs directions, on peut obtenir des panneaux sandwich présentant une résistance à la traction élevée et prédéterminée dans toutes directions choisies, combinée à une rigidité avantageuse.
A titre d'exemple d'une telle structure sandwich, une couche de bois de balsa à grains en bout, de 25 mm de largeur et de 19 mm d'épaisseur, a été recouverte de chaque côté d'une couche d'armature à fils métalliques, l'armature étant collée au bois Ide balsa. Les fils avaient un diamètre de 0,25 mm, étaient en un acier étiré dur offrant une résistance à la traction de 315 kg/mm-, et il y avait 24 de ces fils par cana, tous parallèles.
Sur une portée de 10 cm, on a appliqué une charge statique de 68 ka. La flexion n'a été que d'environ 0,5 mm, et elle n'a montré aucune tendance à augmenter pendant un laps de temps considérable. Ceci correspond à une contrainte dans l'armature à fils métalliques de 24 kg/ mm2, un nombre qui serait inatteignable pratiquement avec du verre, par exemple.
Des articles en résine synthétique armée peuvent tre réalisés par application d'une, résine synthétique sur l'armature décrite ci-dessus, et mise Ide la résine synthétique et de l'armature dans la forme désirée.
Les armatures dans lesquelles tous les fils métalliques s'étendent dans une seule direction peuvent tre enroulées autour de mandrins pour la fabrication de tuyaux, de récipients, de moteurs de fusée, de réservoirs sous pression, etc. Ces récipients présentent un rapport résistanoe-poiids très élevé à des prix de revient qui sont économiquement très supportables.
Dans les cas où ces stratifiés, spécialement ceux enroulés sur des mandrins ronds, sont appelés à tre exposés à l'attaque par des agents corrosifs, un revtement interne en d'autres résines, de préférence appliqué sur le mandrin avant l'enroulement de l'armature à fils métalliques, protège les fils. Ces revtements ou doublages se sont avérés particulièrement efficaces lorsqu'ils sont faits en résine époxy, en résine polyester du bisphénol A, en résine de furanne ou en condensant fwrarmiie-phénol, ou encore en toute une gamme de matières thermoplastiques, par exemple chlorure de polyvinyle, polytliylène, polypropylène, résine polyéther chlorée ou résine fluorée.
Frame for the manufacture of old objects
The present invention relates to a frame for the manufacture of reinforced articles, in particular of products made of synthetic resin, such as sheets, tubes, sandwich structures, tanks, containers and other articles.
The reinforcement which is the subject of the invention comprises fine metal wires of great length, extended in parallel, closely adjacent to one another and bound to a surface of an elongated support ply so as to remain parallel and free of. ripples.
The wire used can be a mild steel or drawn hard steel wire, a stainless steel, aluminum, bronze or nickel alloy wire, for example 1! donel, depending on the final use of the laminate.
The support sheet can be a woven, non-woven and bonded fabric, paper, the filaments or threads spaced apart, arranged transversely, preferably substantially parallel, or a sheet of thermoplastic or thermosetting synthetic resin, which can be homogeneous or in the form of net.
The fine metal wires which have a diameter preferably between 0.25 and 1.25 mm, or more preferably between 0.15 and 0.35 mm, are unidirectionally oriented over long lengths and are substantially straight and free of ripples. It is obvious that if the finished article is to provide tensile strength, this would be greatly weakened if the reinforcement could stretch appreciably or if it were not straight.
If the reinforcing threads presented any undulations, it would occur, during the application of a tensile force on the synthetic resin object in which the corrugated threads were incorporated, a loss of efficiency of the reinforcement, due to the fact that the wires would not participate in the strength of the reinforced synthetic resin object until the object has been stretched to the point where all the corrugations of the wires have been straightened.
The threads are preferably bonded to the backing web by means of a synthetic resin adhesive.
Another preferred way of bonding the threads to the backing web is to use an inorganic binder.
As a particularly advantageous inorganic binder, mention may be made of aluminum phosphate, which is prepared by reacting aluminum hydroxide with ortho-pllosphoric acid. This binder has the advantage that the reinforcement thus obtained has very good resistance to heat, and that its strength improves with increasing temperatures.
Embodiments of the object of the invention are shown by way of example in the accompanying drawing, in which:
Fig. 1 shows a first embodiment.
Fig. 2 shows a second embodiment.
Fig. 3 shows a third embodiment, and
fig. 4 is a schematic representation of a preferred method for the manufacture of an embodiment of the reinforcement, object of the invention.
The frame shown in FIG. 1 comprises fine metal wires 1, extended parallel and closely adjacent to each other, and glued in the manner described herein to an elongated support web 2.
In the embodiment of FIG. 2, the support sheet consists of filaments or threads 3, arranged transversely and spaced apart, preferably forming an angle of approximately 90o with the axis of the parallel threads 1, and preferably glued or welded to the parallel threads, it being understood that welding is applicable when the filaments. or the wires are thermoplastic.
Such filaments can be made of nylon, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene, and similar materials which can be heat-welded to the layer of metal wires. Such a combination of metallic threads in one direction and synthetic resin filaments in the other direction gives a particularly flexible and drapable reinforcement, accepting very well a bonding and laminating resin. With such a material, molding does not require high temperatures and pressures.
It is clear that a layer of crossed synthetic resin filaments, which can be parallel or in the form of a weave or a net, can be welded by its lower face to a layer of parallel metal wires and by its upper face to another layer. which can optionally form an angle with the metallic wires of the lower layer. It is even possible to build a fairly thick reinforcement in this way by alternating layers of parallel metallic threads and of crossed filaments made of synthetic resin. A composite mat thus formed is shown in FIG. 3.
This mat comprises two layers, namely an upper layer comprising fine metal wires 1, bonded to a support sheet 2 and superimposed on a lower layer 2 '. Such a composite mat can be of great importance in various uses, although this set of layers obviously does not have great flexibility.
It will be understood that, in addition to the thermoplastic synthetic resin filaments, it is possible to use glass filaments, which are also of thermoplastic nature, and that all these thermoplastic glass or synthetic resin filaments can be used for the manufacture of a glass. woven, non-woven or bonded fabric, and further that, when the support web is composed of one or other of the aforementioned fabrics, produced from thermoplastic filaments, the metal threads can be welded to the web.
This welding can be carried out by a simple hot fage sufficient to cause the onset of fusion at the surface of the filaments, so that the latter weld to the metal wires during cooling. In certain cases, it may be necessary to provide the metal wires with a prior coating, ensuring good adhesion of the filaments or of the thermoplastic wires.
Among the synthetic resin adhesives which can be used, there may be mentioned polyester resins and epoxy resins. The resin can be used in as small a quantity as possible, just sufficient to wet the underside of the yarn where it comes into contact with the bonded fabric, or it can be used in a larger quantity.
When the support sheet consists of a homogeneous sheet of synthetic resin, the fine, straight metal wires can be partially embedded in the sheet, instead of simply being spread over the surface of the sheet. The synthetic resins which can be used include thermosetting resins (stage B), for example epoxy or polyester resins, or they can be thermoplastic synthetic resins such as polyvinyl chloride and polyethylene, depending on the synthetic resins with which the reinforcement must be made. associated.
The reinforcements formed by means of these sheets of synthetic resin can easily be transformed into laminated products by superimposing one or more of the sheets containing the metal wires on one another and gluing the sheets together by means of heat. and pressure or by means of additional adhesives or resins or a combination of these means. For the manufacture of a laminate reinforcement, the individual sheets can be arranged in such a way that the metal wires are substantially parallel in all the individual layers, or the wires can form any predetermined angle, for example between the adjacent layers.
The reinforcement forming the subject of the invention can advantageously be manufactured by a process consisting in assembling fine metal wires coming from spools carrying these wires, in bringing said wires under tension, arranged in parallel and close to each other, on the surface of an elongated support web as described above, and to glue said threads to the surface of the support web while keeping them parallel and not corrugated.
A preferred implementation of this method, using a conveyor belt for the manufacture of continuous lengths of reinforcement, is shown schematically in FIG. 4.
In this implementation, fine metal wires 1 are glued to a continuous length of a support ply 2. These wires come from a number of coils 4 and are pulled under tension through one or more guides 5, by which they are guided so as to be parallel to each other and close to each other.
These wires are then guided through a polishing bath, a wiping device and a degreasing bath, all represented schematically by block 6.
The clean and polished wires are then coated with an appropriate adhesive or binder, for example a synthetic resin adhesive. Thus, after leaving the degreasing bath, the metal wires pass through or over a resin distributor, shown schematically by the rollers 7, which coat the wires, in particular their inner side, with a predetermined amount of adhesive.
After the resin distributor, the metal threads pass through a comb or other thread guide 8, which maintains the threads at the mutual spacing at which they must be deposited on the support ply.
This support web is fed by a supply roll 9, on a conveyor belt 10, preferably steel tape. To prevent the product from adhering to the conveyor tape again, the tape can be treated with a suitable release agent, or it can be provided with a layer of non-sticky material, for example regenerated cellulose or polyvinyl chloride, under said support sheet.
The backing web on the conveyor is immediately followed by the parallel adhesive coated strands.
The speed of the conveyor is determined by the desired output and the time required for the resinous adhesive to cure. To facilitate and accelerate the setting of the adhesive, it is preferable to enclose the upper part of the conveyor in an oven 11, which may be of the infrared or air circulation type.
The hardened frame leaving the conveyor belt winds onto a receiving roller 12.
In the use of an apparatus as described above, the number of coils depends on the number of metal wires per millimeter and on the total width of the reinforcement to be manufactured. With wires with a diameter of 0.15 to 0.36mu, two wires per millimeter and a reinforcement width of 900mu, you need a rack of 1800 coils.
In addition, if the conveyor belt is to have a flow rate of, for example, 61 m / h, and if a baking of about 3 minutes is required for the adhesive resin, an oven of about 3 meters length is needed. .
For the production of shorter lengths of reinforcement, the conveyor belt described above can be replaced by a rotating drum. The width of the drum corresponds to the width of the frame, and the circumference of the drum corresponds to the desired length. The method is substantially the same as that used with the tape conveyor, except that, as a variant, the threads can be applied to the drum in the form of a Multistart helix on the support ply. This makes it possible to reduce the number of coils used for the supply of metal wires.
The finished material is cut and separated from the drum when a flat sheet is desired, and the drum can be reused immediately afterwards for the production of another reinforcing sheet.
Metal wire reinforcement sheets as described can be bonded to one side, or preferably to both sides, of a sheet or of a core made of a light construction material, for example of wood, of agglomerated fibers, made of synthetic resin foam, plaster or cork, with the aim of forming a high-strength sandwich structure. The particular advantage of these reinforcements is that they provide a self-supporting sandwich structure capable of withstanding considerable loads and high stresses.
If the core is doubled on the outside of one or more sheets of the reinforcement, glued in one or more directions, it is possible to obtain sandwich panels having a high and predetermined tensile strength in any selected directions, combined with advantageous rigidity.
As an example of such a sandwich structure, a layer of end-grained balsa wood, 25 mm wide and 19 mm thick, was covered on each side with a layer of reinforcement. metal wires, the frame being glued to Ide balsa wood. The wires were 0.25 mm in diameter, were of a hard drawn steel with a tensile strength of 315 kg / mm-, and there were 24 of these wires per channel, all parallel.
Over a span of 10 cm, a static load of 68 ka was applied. The flexion was only about 0.5 mm, and it showed no tendency to increase for a considerable period of time. This corresponds to a stress in the wire reinforcement of 24 kg / mm2, a number which would be practically unattainable with glass, for example.
Articles in reinforced synthetic resin can be produced by applying a synthetic resin to the reinforcement described above, and putting the synthetic resin and the reinforcement into the desired shape.
The reinforcements in which all the metal wires extend in a single direction can be wound around mandrels for the manufacture of pipes, containers, rocket motors, pressure tanks, etc. These containers have a very high resistance-to-weight ratio at cost prices which are economically very bearable.
In cases where these laminates, especially those wound on round mandrels, are called upon to be exposed to attack by corrosive agents, an internal coating of other resins, preferably applied to the mandrel before the winding of the liner. wire frame, protects the wires. These coatings or linings have proven to be particularly effective when they are made of epoxy resin, of bisphenol A polyester resin, of furan resin or by condensing iron-phenol, or even of a whole range of thermoplastic materials, for example sodium chloride. polyvinyl, polytliylene, polypropylene, chlorinated polyether resin or fluorinated resin.