FR2590283A1

FR2590283A1 - Mat of mechanically consolidated glass fibres

Info

Publication number: FR2590283A1
Application number: FR8612921A
Authority: FR
Inventors: Harald Perner; Monika Magel; Peter Raue; Walter Eger; Heinz Momberg; Bernd Preissler
Original assignee: OSCHATZ GLASSEIDE VEB
Current assignee: OSCHATZ GLASSEIDE VEB
Priority date: 1985-09-16
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1987-05-22
Also published as: DD240920A1; DE3622028A1; BE905430A

Abstract

The invention relates to a mat of mechanically consolidated glass fibres. In this mat, a mass of strands which is formed by loops, arranged in a random fashion, of a considerable number of strands formed from glass fibres is perforated along transverse rows with the aid of knitting needles in a knitting/sewing machine, and is consolidated by a system of strands forming stitches. Application especially to the manufacture of reinforced plastic materials which can especially be used in the construction industry, for manufacturing containers and tubes, in transport, and in naval construction.

Description

L'invention concerne un mat de fibres de verre consolidé mécaniquement et qui convient en tant que matériau textile de renforcement en forme de nappe possédant des caractéristiques quasi-isotropes et servant à fabriquer des matières plastiques composites, notamment pour des procédés de pressage, des procédés sous vide et des procédés d'injection ainsi que pour le procédé de moulage å la main et d'enroulage et la fabrication de préimprégnés. Des domaines d'utilisation importants pour les matières plastiques composites sont par exemple le domaine de la construction, la fabrication de récipients, de tubes et de pièces de forme industrielles, le domaine des transports, la construction navale et la fabrication de biens de consommation. The invention relates to a mechanically consolidated glass fiber mat which is suitable as a textile reinforcing material in the form of a sheet having quasi-isotropic characteristics and used for manufacturing composite plastics, in particular for pressing processes, processes vacuum and injection processes as well as the hand and winding molding process and the manufacture of prepregs. Important areas of use for composite plastics are, for example, the field of construction, the manufacture of containers, tubes and industrial shaped parts, the field of transport, shipbuilding and the manufacture of consumer goods.

Les mats, qui sont formés de fibres de verre et que l'on utilise pour fabriquer des matières plastiques composites, doivent présenter un grammage très uniforme, ne présenter aucune direction préférentielle de renforcement, et il ne doit se produire aucune suppression précoce de la stabilité de l'article en nappe, susceptible de conduire à des zones d'éclaircissement ou d'entassement des fibres de verre dans la matière plastique composite. L'article en forme de nappe doit satisfaire, pour les différents procédés de traitement, à des exigences différentes du point du vue du caractère volumineux, de la capacité d'adaptation à des contours et de la résistance à la rupture. The mats, which are formed from glass fibers and which are used to make composite plastics, must have a very uniform grammage, have no preferential direction of reinforcement, and there must be no early loss of stability. of the sheet article, capable of leading to areas of lightening or piling up of the glass fibers in the composite plastic material. The sheet-like article must meet, for the various processing methods, different requirements from the point of view of the bulky character, the capacity to adapt to contours and the resistance to breakage.

On connaît des mats constitués par des fibres de verre et qui sont formés soit par des morceaux de soie de verre, ce qu'on appelle des fils coupés possédant approximativement une longueur constante et qui sont répartis selon une disposition bidimensionnelle uniformément, mais sans orientation, ou bien par des fils de soie de verre disposés de façon aléatoire, comme décrit dans la duE~de de brevet allemand publiée sous le n0 2 461 442. La consolidation des mats indiqués formés de fibres de verre est réalisée au moyen d'un liant chimique. En fonction du type et du pourcentage du liant chimique dans les mats, on distingue les mats comportant un liant aisément ou difficilement soluble dans le styrène et les mats possédant une teneur faible ou élevée en liant. Mats are known which consist of glass fibers and which are formed either by pieces of glass silk, so-called cut threads having approximately a constant length and which are distributed in a two-dimensional arrangement uniformly, but without orientation, or alternatively by randomly arranged glass silk threads, as described in the German patent duE ~ published under No. 2,461,442. The consolidation of the indicated mats formed of glass fibers is carried out by means of a binder chemical. Depending on the type and percentage of the chemical binder in the mats, a distinction is made between mats comprising a binder which is easily or hardly soluble in styrene and mats having a low or high content of binder.

Pour les procédés de traitement, tels que le procédé de moulage manuel, le laminage continu et la fabrication de préimprégnés, on utilise de préférence des mats formés de fibres de verre et contenant un liant aisément soluble dans le styrène. Dans le cas de l'utilisation du procédé de compression, du procédé d'injection et du procédé sous vide, il faut éviter l'interruption prématurée de la liaison de fils coupés ou de la soie de verre dans l'article en forme de nappe lors du contact avec le- matériau formant la matrice, sinon il apparaît de façon inévitable des zones d'éclaircissement et des zones d'entassement des fibres de verre dans le produit obtenu, par suite de ce qu'on appelle le "flottement" des fils coupés, ce qui entraîne des différences locales de solidité.C'est pourquoi on a développé, pour ce procédé de traitement, des liants difficilement solubles dans le styrène (voir la demande de brevet allemand publiée sous le n0 2 461 442), et l'on a atteint une durée de dissolution dans le styrène supérieure à 10 minutes. La quantité de liant déposé, en général compris entre 2,5 et 10 pour cent en masse, détermine la résistance à la rupture et la capacité d'adaptation à des contours du mat formé de fibres de verre, auquel cas une résistance élevée à la rupture conditionne une faible capacité d'adaptation à des contours, et une bonne capacité d'adaptation à des contours entraîne une plus faible résistance à la rupture. For the treatment processes, such as the manual molding process, the continuous rolling and the manufacture of prepregs, preferably used mats formed of glass fibers and containing a binder readily soluble in styrene. When using the compression method, the injection method and the vacuum method, it is necessary to avoid premature interruption of the connection of cut threads or glass silk in the sheet-like article. upon contact with the material forming the matrix, otherwise there will inevitably appear areas of lightening and areas of accumulation of glass fibers in the product obtained, as a result of what is called "floating" of the chopped strands, which leads to local differences in strength. This is why, for this treatment process, binders which are hardly soluble in styrene have been developed (see the German patent application published under No. 2,461,442), and a dissolution time in styrene greater than 10 minutes has been reached. The amount of binder deposited, generally between 2.5 and 10 percent by mass, determines the breaking strength and the adaptability to contours of the mat formed from glass fibers, in which case a high resistance to fracture conditions a low capacity for adaptation to contours, and a good capacity for adaptation to contours results in lower resistance to rupture.

Un inconvénient des mats connus formés de fibres de verre et liés par voie chimique réside dans le fait que le temps de traitement lors de la fabrication de la matière plastique composite est limité par la stabilité limitée de l'article en forme de nappe, en raison de la solubilité du liant du mat dans le styrène. A disadvantage of the known mats formed from glass fibers and chemically bonded lies in the fact that the processing time during the manufacture of the composite plastic material is limited by the limited stability of the sheet-like article, due the solubility of the mat binder in styrene.

Des fils coupés ou des soies de verre peuvent se détacher des mats formés de fibres de verre, déjà avant la réduction de la stabilité de l'article en forme de nappe. Il en résulte des zones d'éclaircissement ou des zones d'entassement des fibres de verre, qui conduisent à des différences locales de résistance et ne permettent pas un traitement propre. Cut strands or glass bristles can detach from glass fiber mats already before the stability of the web-like article is reduced. This results in areas of lightening or areas of accumulation of glass fibers, which lead to local differences in strength and do not allow proper treatment.

De même le liant a un effet nuisible sur les propriétés du produit stratifié lors du traitement de mats formés de fibres de verre et liés chimiquement, en ce que ce liant doit être dissous avant l'imprégnation des fibres de verre avec une résine et que le temps de traitement s'en trouve limité. Likewise, the binder has a detrimental effect on the properties of the laminated product during the treatment of mats formed from glass fibers and chemically bonded, in that this binder must be dissolved before impregnating the glass fibers with a resin and that the processing time is limited.

Un inconvénient réside en outre dans le fait que dans le cas d'exigences élevées imposées du point de vue de la résistance du mat à la rupture la capacité d'adaptation à des contours est limitée. L'énergie nécessaire pour fabriquer le mat formé de fibres de verre et lié chimiquement dépasse fortement la dépense nécessaire pour le mat de fibres de verre consolidé mécaniquement. A disadvantage further lies in the fact that in the case of high requirements imposed from the point of view of the strength of the mat at break the capacity of adaptation to contours is limited. The energy required to manufacture the chemically bonded glass fiber mat greatly exceeds the expense required for the mechanically consolidated glass fiber mat.

On connaît en outre des mats formés de fibres de verre et qui sont consolidés mécaniquement par des aiguilles à l'aide de crochets, auquel cas la structure de l'article en forme de nappe est fortement influencée et on obtient un produit moins approprié pour la fabrication particulière de matières plastiques composites. Also known are glass fiber mats which are mechanically consolidated by needles using hooks, in which case the structure of the sheet-like article is strongly influenced and a less suitable product is obtained for the special manufacture of composite plastics.

Ce produit présente comme inconvénient le fait qu'il est très volumineux et ne permet par conséquent pas une désaération complète de l'ensemble stratifié pendant le processus de traitement. Il n'est également pas possible d'utiliser des fils formés de soies de verre et comportant des apprêts contenant un adhésif. This product has the disadvantage that it is very bulky and therefore does not allow complete deaeration of the laminate assembly during the treatment process. It is also not possible to use wires formed from glass bristles and containing primers containing an adhesive.

L'invention a pour but de créer un mat formé de fibres de verre et servant de matériau de renforcement pour des matières plastiques composites, et dont la consolidation est réalisée sans influence notable sur la structure de l'article en forme de nappe, et qui n'entraîne aucune limitation de la stabilité de l'article en forme de nappe lors du procédé de traitement des matières plastiques, possède une faible résistance å la flexion et présente par conséquent une capacité élevée d'adaptation à des contours, possède une résistance variable à la rupture et un caractère volumineux variable et permet un travail propre lors de la fabrication de matières plastiques composites. The object of the invention is to create a mat formed from glass fibers and serving as a reinforcement material for composite plastics, and the consolidation of which is carried out without appreciable influence on the structure of the sheet-like article, and which does not limit the stability of the sheet-like article during the plastics treatment process, has a low resistance to bending and therefore has a high capacity for adaptation to contours, has a variable resistance at break and variable in volume and allows clean work when manufacturing composite plastics.

L'objet de la présente invention est de développer un matériau de renforcement textile en forme de nappe possédant des propriétés quasi-isotropes et constitué par des fibres de verre,en vue de fabriquer des matières plastiques composites,et qui est consolidé mécaniquement. The object of the present invention is to develop a textile reinforcing material in the form of a sheet having quasi-isotropic properties and constituted by glass fibers, with a view to manufacturing composite plastics, and which is mechanically consolidated.

Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait qu'une masse de fils, qui est formée par des boucles, disposées de façon aléatoire, d'un nombre assez important de fils formés de fibres de verre, est perforée suivant des rangées transversales à l'aide d'aiguilles à tricoter dans une machine de couture-tricotage, et est consolidée par un sys thème de fils formant des mailles. En outre la masse de fils peut être consolidée avec et reliée à un ou plusieurs articles en forme de nappes textiles, déjà fabriqués,ou à une bande de fils, suivant la direction de chaîne et/ou suivant la direction de trame. Le produit conforme à l'invention peut être modifié conformément aux paramètres, que sont la finesse de la machine,la longueur des points, le type de liaison et les paramètres des fils de la soie de verre et de fils de consolidation ainsi que le grammage, la largeur et la configuration du bord. This problem is solved in accordance with the invention thanks to the fact that a mass of threads, which is formed by loops, randomly arranged, of a fairly large number of threads formed of glass fibers, is perforated in rows cross using knitting needles in a sewing-knitting machine, and is consolidated by a sys theme of threads forming stitches. Furthermore, the mass of threads can be consolidated with and connected to one or more articles in the form of textile tablecloths, already manufactured, or to a strip of threads, in the warp direction and / or in the weft direction. The product according to the invention can be modified in accordance with the parameters, which are the fineness of the machine, the length of the stitches, the type of bond and the parameters of the glass fiber and consolidation threads, as well as the grammage. , the width and the configuration of the edge.

L'avantage le plus important du produit conforme à l'invention tient au fait que, grâce à son utilisation dans la fabrication de matières plastiques composites, la stabilité de l'article en forme de nappe peut être maintenue sans aucune limitation, pendant l'action de la résine et que de ce fait le temps de traitement n'est pas limité. Ceci permet d'éviter l'apparition de différences locales du pourcentage du vo lume des fibres de verre et de réaliser un traitement plus propre. The most important advantage of the product according to the invention is that, thanks to its use in the manufacture of composite plastics, the stability of the sheet-like article can be maintained without any limitation, during the action of the resin and therefore the treatment time is not limited. This makes it possible to avoid the appearance of local differences in the percentage of the volume of the glass fibers and to carry out a cleaner treatment.

Un autre avantage du mat de fibres de verre, consolidé mécaniquement réside dans le fait que la configuration variable possible de la consolidation mécanique , ( finesse de la machine, longueur despoinX typedeliaison,paramètres des fils de consolidation) garantit une résistance variable à la rupture et un caractère volumineux variable, moyennant le maintien d'une capacité élevée d'adaptation à des contours. Another advantage of the mechanically consolidated glass fiber mat lies in the fact that the possible variable configuration of mechanical consolidation (fineness of the machine, length of connection type, parameters of consolidation wires) guarantees variable resistance to breakage and a variable voluminous character, by maintaining a high capacity of adaptation to contours.

Le produit conforme å la présente invention possède, selon la réglementation référencée TCL 50 551/02, une résistance à la flexion can- prise entre 0,72 Nmm et 1,22 Nmm dans la direction de fabrica tion, et entre 1,20Nmm et 100 Nmm dans la direction transversale. La force de rupture du produit est égale à 293 N, pour un coefficient de variation de 27 %.The product according to the present invention has, according to the regulation referenced TCL 50 551/02, a flexural strength between 0.72 Nmm and 1.22 Nmm in the direction of manufacture, and between 1.20Nmm and 100 Nmm in the transverse direction. The breaking force of the product is equal to 293 N, for a coefficient of variation of 27%.

Comparativement un mat C5-P45-LO-450 formé de fils coupés et d'un liant présente une force d'arrachement égal à 92 N pour un coefficient de variation de 39 % et possède une résistance à la flexion comprise entre 2,42 Nmm et 12,58 Nmm dans la direction de fabrication, et entre 6,39 Nmm et 7,-37 Nmm dans la direction transversale. Comparatively, a C5-P45-LO-450 mat formed from cut wires and a binder has a tearing force equal to 92 N for a coefficient of variation of 39% and has a flexural strength of between 2.42 Nmm and 12.58 Nmm in the direction of manufacture, and between 6.39 Nmm and 7. -37 Nmm in the transverse direction.

En particulier dans le cas de la liaison mécanique de la masse de fils avec d'autres articles en forme de nappe on obtient l'avantage consistant en ce que l'on peut obtenir, dans la matière plastique composite, des pourcentages supérieurs en volume de fibres de verre, qui fournissent des résistances supérieures. Avec une meilleure structure en couches, on obtient des produits qui résistent à des contraintes élevées de flexion, de traction et de compression. La liaison de masses de fils à d'autres articles en forme de nappes permet une mise en oeuvre rationnelle, nécessitant peu de temps, du procédé de traitement des matières plastiques. La perforation de la masse de fils lors de sa liaison mécanique avec d'autres articles en forme de nappes crée des conditions favorables d'imprégnation pour le matériau de renforcement. In particular in the case of the mechanical connection of the mass of threads with other articles in the form of a sheet, the advantage is obtained which consists in obtaining, in the composite plastic material, higher percentages by volume of glass fibers, which provide superior strength. With a better layered structure, products are obtained which withstand high flexural, tensile and compressive stresses. The bonding of masses of son to other articles in the form of plies allows a rational implementation, requiring little time, of the process for treating plastics. The perforation of the mass of threads during its mechanical connection with other articles in the form of plies creates favorable conditions of impregnation for the reinforcing material.

Il est en outre avantageux que la rentabilité de la fabrication du mat conforme à l'invention puisse être améliorée grâce à un besoin en énergie nettement plus faible, par rapport à un mat lié chimiquement. It is also advantageous that the profitability of the manufacture of the mat according to the invention can be improved by virtue of a significantly lower energy requirement, compared with a chemically bonded mat.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après de deux exemples de réalisation. Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description given below of two exemplary embodiments.

Exemple 1
Conformément à l'invention, un mat de fibres de verre renforcé mécaniquement et possédant un grammage de 450 g/m2, est constitué par des boucles de fils de soie de verre E possédant une finesse de 40 tex, avec des fils élémentaires d'un diamètre de 10 um, et le matériau du système de fils formant des mailles est constitué par un fil de polyester possédant une finesse de 33 tex. La mise en place des fils formant les mailles s'effectue comme la mise en place de franges, pour une finesse de la machine de couture-tricotage de 2,33 F. La longueur de points du système de fils contenant les mailles est égale à 2,7 mm.Example 1
According to the invention, a mat of glass fibers mechanically reinforced and having a grammage of 450 g / m2, is constituted by loops of E glass silk threads having a fineness of 40 tex, with elementary threads of a 10 µm in diameter, and the mesh system material is a polyester yarn with a fineness of 33 tex. The establishment of the threads forming the stitches is carried out like the establishment of fringes, for a fineness of the sewing-knitting machine of 2.33 F. The length of stitches of the thread system containing the stitches is equal to 2.7 mm.

Exemple 2
Lors de la liaison d'une masse de fils à un autre article en forme de nappe, on obtient un matériau de renforcement possédant un grammage de 930 g/m2. Le composant constitué par la masse de fils ayant pour grammage 450 g/m2 est formé de boucles de fils de soie de verre E d'une finesse de 30 tex, et dont les fils élémentaires possèdent un diamètre de 12 rm. L'article de support en forme de nappe est un tissu de soies de verre d'un grammage de 580 g/m2, la finesse des fils de chaîne étant égale à 1200 tex et la finesse des fils de trame étant égale aussi à 1200 tex. L'armure du tissu est une armure de laine. Le matériau du système de fils formant les mailles est une soie PA possédant une finesse de 20 tex.Example 2
When bonding a mass of threads to another sheet-like article, a reinforcing material is obtained having a grammage of 930 g / m2. The component constituted by the mass of threads having a grammage of 450 g / m2 is formed from loops of E glass silk threads with a fineness of 30 tex, and the elementary threads of which have a diameter of 12 rm. The tablecloth-shaped support article is a glass silk fabric with a grammage of 580 g / m2, the fineness of the warp threads being equal to 1200 tex and the fineness of the weft threads also being equal to 1200 tex . The weave of the fabric is a weave of wool. The material of the yarn system forming the stitches is a PA silk having a fineness of 20 tex.

La pose des fils formant les mailles s'effectue comme pour un tricot dans le cas d'une finesse de machine de 3,5 F. La longueur des points de couture du système de fils formant les mailles est égale à 4 mm. The threads forming the stitches are laid as in the case of a knitting in the case of a machine fineness of 3.5 F. The length of the stitching points of the system of threads forming the stitches is equal to 4 mm.

Claims

1. A mat of mechanically consolidated glass fibers, characterized in that a mass of threads, which is formed by loops, randomly deposited, of a fairly large number of threads formed of glass fibers, is perforated according to transverse rows using knitting needles in a sewing-knitting machine, and is consolidated by a system of threads forming stitches.

2. A mat of mechanically consolidated glass fibers according to claim 1, characterized in that the mass of threads is consolidated with and is connected to one or more articles in the form of already produced textile webs or to a strip of threads, in the direction warp and / or following the weft direction.