FR2743361A1 - Composition d'ensimage pour fils de verre, procede utilisant cette composition et produits resultants - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une composition d'ensimage pour fils de verre constituée d'une solution de viscosité inférieure ou égale à 400 cP comprenant moins de 5% en poids de solvant et comprenant au moins un système de base polymérisable thermiquement, ledit système de base comprenant au moins 60% en poids de composants de masse moléculaire inférieure à 750 et comprenant au moins 60% en poids d'un mélange: . de composant(s) présentant au moins une fonction réactive époxy, et . de composant(s) présentant au moins une fonction réactive anhydride. L'invention concerne également un procédé utilisant cette composition et les fils obtenus selon ce procédé et revêtus de ladite composition.
Description
COMPOSITION D'ENSIMAGE POUR FILS DE VERRE, PROCÉDÉ
UTILISANT CETTE COMPOSITION ET PRODUITS RÉSULTANTS
La présente invention concerne une composition d'ensimage pour fils de verre, cette composition réagissant à la chaleur. La présente invention concerne également un procédé de production de fils de verre de renforcement utilisant cette composition ainsi que les fils de verre obtenus et les composites réalisés à partir des fils.
UTILISANT CETTE COMPOSITION ET PRODUITS RÉSULTANTS
La présente invention concerne une composition d'ensimage pour fils de verre, cette composition réagissant à la chaleur. La présente invention concerne également un procédé de production de fils de verre de renforcement utilisant cette composition ainsi que les fils de verre obtenus et les composites réalisés à partir des fils.
Dans la suite du texte, par polymérisation , polymériser , polymérisable ..., on entend respectivement polymérisation et/ou réticulation , polymériser et/ou réticuler , polymérisable et/ou réticulable ...
La fabrication de fils de verre de renforcement se fait de façon connue à partir de filets de verre fondu s'écoulant des orifices de filières. Ces filets sont étirés sous forme de filaments continus, puis ces filaments sont rassemblés en fils de base, lesquels sont ensuite collectés.
Avant leur rassemblement sous forme de fils, les filaments sont revêtus d'un ensimage par passage sur un organe ensimeur. Ce dépôt est nécessaire à l'obtention des fils et permet leur association avec d'autres matières organiques et/ou inorganiques pour réaliser des composites.
L'ensimage sert en premier lieu de lubrifiant et protège les fils de l'abrasion résultant du frottement à grande vitesse des fils sur divers organes lors du procédé précédemment cité.
L'ensimage peut également assurer, notamment après polymérisation, I'intégrité des fils susmentionnés, c'est-à < Jire la liaison des filaments entre eux au sein des fils.
Cette intégrité est notamment recherchée dans les applications textiles où les fils sont soumis à de fortes contraintes mécaniques. En effet, si les filaments sont peu solidaires les uns des autres, ils se rompent plus facilement et viennent perturber le fonctionnement des machine textiles. Les fils non intègres sont, de plus, considérés comme difficiles à manipuler.
L'ensimage facilite également le mouillage et/ou l'imprégnation des fils par les matières à renforcer et aide à la création de liaisons entre lesdits fils et lesdites matières. De la qualité de l'adhérence de la matière aux fils et de l'aptitude au mouillage et/ou à l'imprégnation des fils par la matière dépendent notamment les propriétés mécaniques des composites obtenus à partir de ladite matière et desdits fils.
Les compositions d'ensimage utilisées doivent être suffisamment stables et compatibles avec les vitesses d'étirage des filaments devant les traverser (plusieurs dizaines de mètres par seconde). Elles doivent notamment résister au cisaillement induit par le passage des filaments et bien mouiller leur surface auxdites vitesses.
Dans le cas où elles polymérisent thermiquement, elles doivent présenter une température de réaction suffisamment élevée pour demeurer stables sous filière. II est également souhaitable que ces compositions présentent, après polymérisation, un taux de conversion maximal (ce taux correspondant au rapport entre le taux de fonctions ayant réagi dans l'ensimage après traitement thermique et le taux, dans l'ensimage, de fonctions réactives susceptibles de réagir, avant traitement thermique) pour garantir notamment l'obtention de fils ensimés de qualité constante (un ensimage présentant un taux de conversion très inférieur au taux théorique attendu étant susceptible d'évoluer dans le temps).
La plupart des ensimages actuellement utilisés sont des ensimages aqueux simples à manipuler, mais devant être déposés en grandes quantités sur les filaments pour être efficaces. L'eau représente généralement 90 % en poids de ces ensimages (pour des raisons de viscosité notamment), ce qui oblige à sécher les fils avant leur utilisation comme renforts, I'eau pouvant nuire à la bonne adhérence entre les fils et les matières à renforcer. Ces séchages sont longs et coûteux, doivent être adaptés aux conditions de fabrication des fils et leur efficacité n'est pas toujours optimale.
Lorsqu'ils sont faits pendant l'opération de fibrage (c'est-à-dire avant collecte des fils obtenus par rassemblement des filaments), au niveau des filaments (WO 92/05122) ou au niveau des fils (US-A-3 853 605), ils nécessitent l'implantation de dispositifs de séchage sous chaque filière et lorsqu'ils sont faits sur des enroulements de fils, ils entraînent des risques de migration irrégulière et/ou sélective des composants de l'ensimage au sein des enroulements (les ensimages aqueux ayant déjà tendance à se répartir sur les fils de façon irrégulière du fait de leur nature), et éventuellement des phénomènes de coloration des fils ou de déformation des enroulements.La déformation des enroulements s'observe également, en l'absence de séchage, sur les enroulements à bords droits (stratifils) de fils fins (c'est-à-dire présentant un titre ou masse linéique de 300-600 tex (g/km) ou moins) revêtus d'ensimages aqueux.
Quelques rares brevets décrivent des ensimages non aqueux mais ces ensimages font généralement appel à des solvants organiques délicats à manipuler et pouvant nuire à la santé des personnes se trouvant alentour parce que toxiques, et/ou posent des problèmes de viscosité qu'il convient de résoudre en chauffant ces ensimages (US 4 604 325) ou en rajoutant des agents adéquats (US 4 609 591). Ces ensimages nécessitent souvent, également, I'implantation de dispositifs particuliers au dessous de chaque filière ; il est notamment nécessaire, lorsque les fils sont collectés sous forme d'enroulements, de traiter les fils avant obtention des enroulements afin d'éviter le collage entre elles des spires de chaque enroulement, ce collage rendant le dévidage des fils difficile.Ces traitements, dont l'efficacité dépend des conditions opératoires, consistent, par exemple, à polymériser 'ensimage en soumettant les fils ensimés à l'action de rayonnements ultraviolets afin de leur conférer une intégrité suffisante et de les rendre manipulables (US-A-5 049 407).
L'ensimage polymérisé empêche cependant le glissement des filaments les uns par rapport aux autres, cette absence de mobilité entraînant l'éclatement, par dégradation mécanique de l'ensimage, des fils lorsqu'ils sont coupés et pouvant poser des problèmes dans les applications textiles où les fils utilisés doivent être à la fois intègres et souples.
La présente invention a pour objet une composition d'ensimage améliorée, ne présentant pas les inconvénients précédemment mentionnés, cette composition étant destinée à revêtir des fils de verre et étant apte à polymériser sous l'action de la chaleur, cette composition rendant les fils ensimés aisément manipulables, même avant polymérisation, et leur conférant une souplesse compatible avec leurs traitements ultérieurs, cette composition conférant une bonne intégrité aux fils après polymérisation et présentant un taux de conversion important, cette composition protégeant en outre efficacement les fils de l'abrasion, leur conférant la possibilité d'être associés à différentes matières à renforcer en vue de réaliser des pièces composites présentant de bonnes propriétés mécaniques, étant particulièrement stable, notamment sous filière, et étant compatible avec les vitesses d'étirage des filaments.
La présente invention a également pour objet un procédé amélioré de fabrication de fils de verre ensimés, ainsi que des fils de verre ensimés de manipulation facile et présentant des caractéristiques améliorées, lesdits fils étant aptes à renforcer efficacement des matières organiques et/ou inorganiques pour la réalisation de composites.
La composition d'ensimage selon l'invention est constituée d'une solution de viscosité inférieure ou égale à 400 cP comprenant moins de 5 % en poids de solvant et comprenant un système de base polymérisable thermiquement, ledit système de base comprenant au moins 60 % en poids de composants de masse moléculaire inférieure à 750 et comprenant au moins 60 % en poids d'un mélange: . de composant(s) présentant au moins une fonction réactive époxy, et de composant(s) présentant au moins une fonction réactive anhydride.
L'invention concerne aussi un procédé de production de fils de verre ensimés selon lequel on étire une multiplicité de filets de verre fondu, s'écoulant d'une multiplicité d'orifices disposés à la base d'une ou plusieurs filières, sous la forme d'une ou plusieurs nappes de filaments continus, puis on rassemble les filaments en un ou plusieurs fils que l'on collecte sur un support en mouvement, ledit procédé consistant à déposer à la surface des filaments en cours d'étirage et avant rassemblement des filaments en fils la composition d'ensimage précédemment définie.
L'invention concerne encore des fils revêtus d'un ensimage présentant la composition précédemment définie et/ou obtenus selon le procédé ci-dessus mentionné.
Par la suite, par composant(s) époxy et par composant(s) anhydride on entend, respectivement, composant(s) présentant au moins une fonction réactive époxy et composant(s) présentant au moins une fonction réactive anhydride .
Dans la composition selon l'invention, les solvants éventuels sont essentiellement des solvants organiques nécessaires à la mise en solution de certains composés polymérisables. La présence de ces solvants en quantité limitée ne requiert pas de traitements particuliers pour les éliminer; dans la majeure partie des cas, les ensimages selon l'invention sont, de surcroît, totalement dénués de solvant, c'est-àdire de composés jouant uniquement un rôle de solvant dans la solution.
Du fait de sa faible viscosité (inférieure ou égale à 400 cP et, de préférence, inférieure ou égale à 200 cP), la composition d'ensimage selon l'invention est compatible avec les conditions d'obtention des fils de verre imposées par le procédé direct, la viscosité de la composition étant choisie en fonction de la vitesse d'étirage et du diamètre des filaments amenés à la traverser. La composition selon l'invention présente également une vitesse de mouillage sur le fil compatible avec la vitesse d'étirage des fils.
Par système de base polymérisable thermiquement selon l'invention, il faut comprendre le ou les composés indispensables à l'ensimage et ayant pour fonction essentielle de participer à la structure de l'ensimage polymérisé, ces composés étant aptes à polymériser thermiquement. En règle générale, le système de base représente entre 60 et 100 % en poids de la composition d'ensimage selon l'invention principalement entre 70 et 99,5 % en poids de la composition et, dans la plupart des cas, entre 75 et 90 % en poids de la composition.
Le système de base est en majorité constitué (de préférence à 80 % en poids et jusqu'à 100 % en poids dans la majorité des cas) de composant(s) époxy et de composant(s) anhydride, I'utilisation de ce mélange de composants permettant l'obtention, après polymérisation, de copolymères époxy-anhydride (polyester) participant de façon majoritaire à la structure de l'ensimage polymérisé, les propriétés des fils ensimés dépendant directement de cette structure.
En outre, le système de base comprend une majorité (de préférence au moins 70-75 % en poids et jusqu'à 100 % en poids) de composant(s) de masse moléculaire inférieure à 750, ce(s) composant(s) faisant normalement partie, pour la plupart (et dans la majorité des cas, pour chacun d'entre eux), des composants époxy et anhydride précités.
De préférence et en général selon l'invention, les composants de masse moléculaire inférieure à 750 précédemment mentionnés sont de masse moléculaire inférieure à 500. De même, dans la plupart des cas selon l'invention et de façon préférée, ces composants sont des monomères (mono ou polyfonctionnels comme explicité ultérieurement), mais le système de base peut également comprendre des composants de masse moléculaire inférieure à 750 sous forme d'oligomères ou de polymères à fonctions partiellement polymérisées.
Selon certains modes de réalisation, le système de base selon l'invention peut éventuellement comprendre une faible proportion de composant(s) participant à la structure de 'ensimage polymérisé mais ne présentant pas de fonctions époxy ou anhydride et/ou présentant une masse moléculaire plus élevée.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention permettant d'obtenir des résultats particulièrement satisfaisants, le système de base est uniquement constitué de composants présentant au moins une fonction réactive époxy ou anhydride et/ou, éventuellement, est constitué uniquement de composants de masse moléculaire inférieure à 750.
Les composants époxy ou anhydride pouvant être utilisés dans le système de base peuvent présenter une (composants monofonctionnels) ou plusieurs fonctions réactives identiques (composants polyfonctionnels) parmi les fonctions époxy et anhydride.
Le ou les composants époxy du système de base peuvent être notamment un ou plusieurs des composants suivants : alkyl glycidyl éther à chaîne aliphatique C4 C16... ; crésyl- ou phényl- ou nonylphényl- ou ptert-butyl phényl- ou 2-éthylhexyletc... glycidyl éther; limonène époxyde ; cyclohéxène monoxyde ; glycidyl ester de l'acide versatique ou de l'acide néodécanoique ; etc... (les composants précédents étant des composants monofonctionnels) ; 1,4 butanediol- ou néopentylglycol- ou résorcinol- ou cyclohexane diméthanol- ou 1,6 hexanediol- ou dibromonéopentylglycol- etc... diglycidyl éther; dérivé diépoxydé des bisphénols A ou F ; 3,4-époxycyclohexylméthyl-3,4-époxycyclohexane carboxylate ; bis-(3,4 époxycyclohexyl) adipate, polyglycol diépoxyde ; diglycidyl ester de l'anhydride hexahydrophtalique ; diglycidyl hydantoïne ; 2-(3,4-époxycyclohexyl)-5, 5-spiro-(3,4- époxycyclohexyl)-m < iioxane, vinylcyclohexène dioxyde ; triméthyloléthane ou triméthylolpropane- ou trisphénylolméthane-; etc... triglycidyléther, triglycidyl éther d'huile de palme; triglycidyl éther du paraaminophénol ; tétra (paraglycidoxyphényl) éthane ; 4, 4'- (diglycidyl amino) diphényl méthane ; polyglycidyl éther d'un polyol aliphatique, polybutadiène époxydé; résine époxyphénol novolaque ou époxy crésol novolaque ; triglycidyl isocyanurate ; N, N, N ',N '-tétraglycidyl-A,A'-bis(4- aminophényl)- ou N, N,N ', N '-tétraglycidyl-A,A'-bis(4-am i no-3,5-di méthyl-phényl)- etc... p-diisopropyibenzène; etc... (ces composants étant des composants polyfonctionnels).
En règle générale selon l'invention, la proportion de composant(s) époxy du système de base est comprise entre 15 et 85 % en poids de la composition d'ensimage, principalement entre 25 et 70 % en poids environ de la composition d'ensimage. Dans la plupart des cas, elle est comprise entre 35 et 60 % en poids de la composition d'ensimage.
Le ou les composants anhydride du système de base peuvent être notamment un ou plusieurs des composants suivants : méthyl bicyclo (2,2,1) heptène-2,3- dicarboxylique anhydride ; anhydride hexahydrophtalique ; anhydride dodécylsuccinique ; anhydride phtalique; 1,4,5,6, 7,7-hexachlornbicyclo(2,2, 1)-S- heptène-2,3dicarboxylique anhydride ; endo-cis-bicyclo(2,2,1)-heptène-2,3 dicarboxylique anhydride ; tétrachlorophtalique anhydride d dianhydride pyrromellitique; ; 1,2,3,4cyclopentane tétracarboxyl ique dianhydride; polyanhydride polyazélaïque; anhydride polysébacique; anhydride glutarique; ou encore polyester anhydride ; anhydride bromo ou dibromo phtalique ; anhydride sulfopivalique cyclique ; bicyclodicarboxylique anhydride ; anhydride diphénoxy phosphinylsuccinique ; anhydride de l'acide alkylène-2-glutarique ; polyanhydride cycloaliphatique; anhydride styrène-maléïque; anhydride cyclooctadiènemaléique; anhydride perchlorocoumal ine-maléïque ; anhydride myrcène monoépoxyde- maléique ; anhydride cyclohexadiène dicarboxyl ique-maléïque ; anhydride poly(cyclopentadiényl)-maléïque; dérivé de l'anhydride trimellitique (anhydride bistrimellitique du néopentyl glycol, produit d'acidolyse d'un anhydride tricarboxylique et d'un ester ou d'une amine, dérivé oxyalkylé de l'anhydride trimellitique) anhydride du phénylène bis(3-butane dicarboxylique acide) ; dianhydride de l'acide benzophénone tétracarboxylique ; dianhydride de l'acide phényl alkyl pentane tétracarboxylique ; dianhydride de l'acide tricyclodécane carboxylique alkyl substitué; dianhydride de l'acide dicarboxy tétrahydronaphtalène succinique; etc...
En règle générale selon l'invention, la proportion de composant(s) anhydride du système de base est comprise entre 5 et 65 % en poids de la composition d'ensimage, principalement entre 10 et 55 % en poids environ de la composition.
Dans la plupart des cas, elle est comprise entre 15 et 45 % en poids de la composition d'ensimage.
De préférence selon l'invention, les composants du système de base et leurs taux au sein du système de base sont choisis de façon à ce que le rapport r entre le nombre de sites réactifs anhydride et le nombre de sites réactifs époxy en présence soit compris entre 0,2 et 6 (une fonction époxy comptant pour un site réactif époxy et une fonction anhydride comptant pour deux sites réactifs anhydride) de façon à permettre une polymérisation suffisante de la composition d'ensimage, par formation notamment de copolymères époxy-anhydride (polyester), lors du traitement thermique de polymérisation.Dans la plupart des cas selon l'invention, ce rapport r est compris entre 0,3 et 4 et, de préférence, il est supérieur à 0,4 et inférieur ou égal à 2,0 environ de façon à favoriser la formation de copolymères époxy-anhydride de type diesters, plus stables (la formation de copolymères de type monoesters n'étant cependant pas exclue lorsque le rapport r est supérieur à 1 et pouvant présenter des avantages pour le renforcement de certaines matrices).
Dans un mode de réalisation de l'invention, la composition d'ensimage comprend, en plus du système de base, au moins un catalyseur spécifique favorisant la polymérisation de l'ensimage sous l'action de la chaleur, en facilitant l'ouverture des fonctions anhydrides et/ou époxy, principalement dans le cas où le ou les composants anhydrides du système de base sont peu réactifs et/ou éventuellement dans le cas où le système de base est dénué de composants époxy cycloaliphatiques.
Ce catalyseur est préférentiellement choisi parmi les dérivés aminés tels que les trialkyl amines, I'hexaméthylène tétramine, les produits de condensation aniline/formaldéhyde, les condensats aniline substituée/aldéhyde aliphatique (anhydrobutyraldéhyde/toluidine), les époxy amines (N-2,3 diépoxy propyl aniline), les amines tertiaires basiques, les N,N dialkylalkanol amines, les sels aminés de polyacides, les sels d'ammonium quaternaire, les sels d'imidazoline quaternaire, la dicyanodiamide, etc... ou parmi les dérivés du bore et du phosphore tels que les sels organoboriques d'ammonium, les trialkanolamine borates, les fluoroborates, les phosphines organosubstituées, etc... ou parmi les dérivés métalliques tels que le tétrachlorure d'étain (SnCI4), les sels divalents d'étain, les chélates métalliques contenant des groupes époxydes, les oxydes de magnésium, baryum, zinc, cadmium, etc... ou encore parmi les alcools.
La polymérisation des composants époxy et anhydride peut également être initiée par la présence d'eau (même à l'état de traces), par les groupements hydroxyles ou carboxyles de composants de l'ensimage (présence par exemple de silanes hydrolysés), par l'humidité de l'air ambiant, etc... En l'absence de catalyseur(s) tel(s) que précédemment défini(s), le rapport r est en outre généralement inférieur à 3 et, de préférence, inférieur à 2.
Le taux de composants spécifiques précédemment définis jouant uniquement le rôle de catalyseurs dans la composition d'ensimage est inférieur à 3 % en poids de la composition d'ensimage, dans la plupart des cas inférieur à 1 % en poids et, de préférence, est inférieur ou égal à 0,5 % en poids de la composition d'ensimage. La présence d'un catalyseur favorisant l'ouverture des composants anhydride permet d'utiliser des anhydrides moins réactifs et d'abaisser la température de polymérisation de 'ensimage, comme explicité ultérieurement. Dans le cas de composants anhydride très réactifs tels que l'anhydride phtalique, I'anhydride maléïque ou l'anhydride succinique, la présence d'un catalyseur est par contre généralement évitée.
Outre la structure de base et le(s) catalyseur(s) spécifique(s), la composition selon l'invention peut comprendre des additifs en faible quantité, ces additifs donnant des propriétés particulières à la composition d'ensimage mais ne participant pas de manière essentielle à la structure de l'ensimage, contrairement au système de base. Même si ces additifs sont à distinguer du système de base, ils peuvent être néanmoins polymérisables thermiquement comme les composés du système de base.
La composition selon l'invention peut ainsi comprendre, à titre d'additif, au moins un agent de couplage permettant d'accrocher 'ensimage sur le verre, la proportion du ou des agents de couplage étant comprise entre 0 et 25 % en poids de l'ensimage et étant, de préférence, inférieure ou égale à 15 % en poids de l'ensimage. Ces agents peuvent être un ou plusieurs des composants suivants : silanes tels que le gamma-glycidoxypropyltriméthoxysilane, le gamma-méthacryloxypropyl triméthoxysi lan e, le triméthoxysilane polyéthoxylé-propoxylé, le gammaacryloxypropyl triméthoxysilane, le vinyl triméthoxysilane, le phénylaminopropyl triméthoxysilane, etc... ; titanates, z i rconates, siloxannes, etc...
La composition selon l'invention peut également comprendre, à titre d'additif, au moins un agent filmogène jouant uniquement un rôle d'agent de glissement et facilitant le fibrage, dans des proportions comprises entre 0 et 10 % en poids et, de préférence, inférieures ou égales à 5 % en poids. La présence de ce ou ces agents empêche un frottement important des filaments sur le dispositif ensimeur lorsque les filaments sont étirés à grande vitesse (plus de 40 m/s) et/ou lorsqu'ils sont très fins, ces agents étant cependant coûteux et pouvant entraîner une diminution des caractéristiques mécaniques des composites.Ces agents de fibrage peuvent être un ou plusieurs des composants suivants : silicones, siloxannes ou polysiloxannes tels que le glydicyl(n)polydiméthyl siloxanne, I'alpha-oméga acryloxypolydiméthyl siloxanne, etc..., dérivés de silicones tels que des huiles de silicone, etc...
La composition selon l'invention peut également comprendre, à titre d'additif, au moins un agent de mise en oeuvre textile jouant essentiellement un rôle de lubrifiant, dans des proportions comprises entre 0 et 15 % en poids et, de préférence, comprises entre 0 et 8 % en poids. Ces agents textiles peuvent être un ou plusieurs des composants suivants : esters gras (éventuellement éthoxylés ou propoxylés), dérivés des glycols (notamment de l'éthylène ou du propylène glycol), tels que des palmitates d'isopropyle ou de cétyle, des stéarates d'isobutyle, des laurates de décyle, des adipates d'éthylène glycol, des polyéthylène glycols ou des polypropylène glycols de poids moléculaire inférieur à 2000, des stéarates d'isopropyle, etc...
L'ensimage peut également comprendre, à titre d'additif, au moins un agent d'adaptation aux matières à renforcer, dans le cas des matières cimentaires notamment.
La composition d'ensimage selon l'invention protège efficacement les fils de l'abrasion, est stable notamment sous filière (la composition selon l'invention ne polymérisant pas réellement avant 100"C et étant soumise sous filière à des températures n'excédant pas 70"C), est compatible avec les vitesses d'étirage des filaments et ne nécessite pas le recours à une opération de séchage avant polymérisation ou le recours à un traitement particulier entre le dépôt sur le fil et l'opération de collecte des fils ensimés.
Par ailleurs, lorsque la composition selon l'invention est déposée sur les filaments en cours d'étirage, elle se répartit très rapidement sur toute leur surface et forme un véritable film de protection pour chacun d'entre eux. Le fil obtenu par rassemblement des filaments et revêtu de la composition non traitée thermiquement (c'est-àclire non encore polymérisée) est ainsi constitué d'un faisceau de filaments gainés qui peuvent glisser les uns sur les autres, ce fil présentant alors une souplesse importante, particulièrement avantageuse dans le cas où ce fil est destiné à être coupé, le gainage des filaments offrant en outre une protection supplémentaire contre l'abrasion.Un tel fil ne présente pas une intégrité au sens ordinaire du terme, c'est-àdire qu'il n'est pas constitué de filaments fixés entre eux grâce notamment à une liaison par collage provoquée par un ou plusieurs constituants de l'ensimage telle que peuvent la provoquer des agents filmogènes collants présents en quantité importante dans un ensimage. Malgré cela, ce fil revêtu de la composition non encore polymérisée est aisément manipulable et, lorsqu'il est bobiné sous forme d'enroulements, peut facilement être extrait des enroulements sans avoir subi au préalable de traitement de polymérisation de l'ensimage.Les fils revêtus de la composition d'ensimage non encore polymérisée ont par ailleurs une très bonne aptitude au mouillage et à l'imprégnation par des matières à renforcer, I'imprégnation pouvant ainsi se faire plus rapidement (gain de productivité) et les composites obtenus présentant ainsi un aspect plus homogène et certaines propriétés mécaniques améliorées.
L'intégrité proprement dite des fils par collage des filaments les constituant est obtenue après polymérisation de la composition d'ensimage par action de la chaleur.
Cette intégrité est recherchée au niveau des fils devant être soumis à de fortes contraintes mécaniques, par exemple dans des applications textiles (le rapport r de la composition est préférentiellement compris entre 0,5 et 2 environ lorsque les fils sont destinés à être tissés), ou, le cas échéant, après coupe, au niveau des fils coupés destinés à renforcer des matières organiques et/ou inorganiques. II est préférable, dans de tels cas, d'effectuer la polymérisation de l'ensimage avant respectivement la mise en oeuvre des fils dans des applications textiles ou l'association des fils coupés avec une matière à renforcer.
L'intégrité obtenue après polymérisation de l'ensimage est particulièrement importante alors que le taux d'ensimage sur les fils est relativement faible (la perte au feu des fils revêtus de la composition d'ensimage et/ou obtenus selon le procédé de l'invention n'excédant pas 3 % en poids). La quantité de composition d'ensimage devant être déposée sur les fils pour être efficace est avantageusement peu importante et permet cependant d'obtenir des fils présentant de très bonnes caractéristiques, dont l'intégrité (I'intégrité obtenue étant élevée même pour des taux d'ensimage sur les filaments de l'ordre de 0,6 % en poids).
La composition d'ensimage selon l'invention présente également après polymérisation un taux de conversion maximal, le taux de conversion des composants anhydride étant, par exemple, proche de 100 % lorsque le rapport r est inférieur à 1 environ.
On observe par ailleurs que, de façon surprenante, des propriétés comme la résistance à la traction des fils selon l'invention sont meilleures après un début de vieillissement en milieu humide que celles obtenues avant vieillissement des fils.
Les fils selon l'invention peuvent être associés avantageusement à différentes matières à renforcer en vue de la réalisation de pièces composites présentant de bonnes propriétés mécaniques. La composition selon l'invention rend les fils particulièrement compatibles avec les matières à renforcer, notamment avec les matières organiques et en particulier les matières époxy, mais également avec les matières minérales telles que les matières cimentaires. Elle permet également l'imprégnation des fils ensimés par la matière à renforcer. Cette composition est particulièrement adaptée pour la production de fils continus collectés sous forme de stratifils, de gâteaux, de cops, de mats..., ou pour la production de fils coupés, ces différents fils étant composés de filaments de diamètre pouvant aller de 5 à environ 24 microns.La composition d'ensimage selon l'invention est notamment adaptée à la production de fils fins (de titre inférieur à 600 tex) collectés sous forme de stratifils, contrairement aux ensimages aqueux traditionnels.
La composition d'ensimage selon l'invention est déposée avantageusement au cours du procédé selon l'invention sur des filaments destinés à être rassemblés en fils puis est polymérisée sous l'action d'un traitement thermique, ledit traitement se faisant indépendamment de l'opération de fibrage (des dispositifs n'étant ainsi pas nécessaires en < iessous de chaque filière) et pouvant être effectué à différents stades du procédé après fibrage.
Le traitement thermique peut notamment se faire sur les fils collectés ou lors de la réalisation d'un composite par association des fils ensimés à une matière organique. Dans le cas où les fils obtenus sont collectés sous forme d'enroulements, le traitement thermique peut se faire sur les enroulements de fils préalablement à
I'utilisation des fils, notamment dans des applications textiles. Si le traitement thermique se fait au niveau des enroulements de fils avant débobinage des fils, il est souhaitable que les spires de fil constituant lesdits enroulements présentent un angle de croisure au moins égal à 1,5 pour éviter des collages entre spires par l'intermédiaire de 'ensimage polymérisé, ces collages rendant le dévidage des fils difficile.
I'utilisation des fils, notamment dans des applications textiles. Si le traitement thermique se fait au niveau des enroulements de fils avant débobinage des fils, il est souhaitable que les spires de fil constituant lesdits enroulements présentent un angle de croisure au moins égal à 1,5 pour éviter des collages entre spires par l'intermédiaire de 'ensimage polymérisé, ces collages rendant le dévidage des fils difficile.
Les fils obtenus après rassemblement des filaments peuvent également être collectés sur des supports récepteurs en translation. Ils peuvent en effet être projetés par un organe servant également à les étirer, vers la surface de collecte se déplaçant transversalement à la direction des fils projetés en vue d'obtenir une nappe de fils continus entremêlés appelée mat , auquel cas le traitement thermique peut se faire sur les fils répartis sur la surface de collecte. Le cas échéant, un liant (ce liant pouvant, éventuellement, comprendre et apporter à l'ensimage le(s) catalyseur(s) mentionné(s) précédemment) peut avoir été projeté sur le mat avant traitement thermique de l'ensemble et le traitement thermique peut permettre de polymériser à la fois le liant et l'ensimage.
Les fils peuvent également être coupés avant collecte par un organe servant également à les étirer, les fils coupés étant collectés sur des supports récepteurs en translation, auquel cas le traitement thermique se fait préférentiellement au niveau des fils coupés répartis sur les supports récepteurs.
Les temps de traitement pour des fils collectés sous forme de stratifils de plusieurs kilogrammes sont d'au moins 1 heure à des températures supérieures à environ 140"C, de préférence de l'ordre de 1 60 C, lorsque les fils sont revêtus d'une composition selon l'invention ne comprenant pas de catalyseur(s) spécifique(s) (une température élevée favorisant la formation de composés plus stables), le temps de traitement variant selon la forme et le poids du stratifil et la majeure partie de ce temps étant consacrée à l'élévation de température de la masse de verre contenue dans l'enroulement. Lorsque les fils revêtus d'une composition selon l'invention ne comprenant pas de catalyseur(s) spécifique(s) sont collectés sur un ou plusieurs supports en translation et lorsque le traitement thermique se fait sur le ou les supports, le temps de traitement est de l'ordre de 15 à 20 minutes à des températures généralement supérieures à environ 140"C. La température de traitement, quel que soit le mode de collecte des fils, peut être abaissée de quelques dizaines de degrés (elle peut diminuer de 10 à 30"C par exemple et être comprise entre 120 et 1400C environ) et le temps de traitement réduit lorsque la composition revêtant les fils comprend au moins un catalyseur spécifique tel que précédemment mentionné.
Les fils peuvent également être collectés sans être soumis à un traitement thermique, le traitement thermique se faisant ultérieurement. Notamment, les fils peuvent être collectés sous forme d'enroulements, puis être extraits desdits enroulements pour subir des traitements supplémentaires (par exemple pour être coupés par un organe servant également à les entraîner mécaniquement), le traitement thermique pouvant se faire sur les fils avant, pendant ou après le ou les traitements supplémentaires (notamment pour la coupe, le traitement thermique peut se faire sur l'organe de collecte des fils coupés...).
Les fils ensimés peuvent également être collectés sans avoir été traités thermiquement, puis être traités thermiquement après association avec une matière organique lors de la réalisation d'un composite, ladite matière comprenant éventuellement au moins un catalyseur tel que précédemment mentionné. Selon la matière organique utilisée, le traitement thermique peut s'accompagner d'un traitement par rayonnement ultraviolet, d'un traitement par faisceau d'électrons, etc...
Le temps de traitement thermique lors de la réalisation d'un composite est généralement d'au moins 2 heures, à des températures supérieures à environ 1 300C et, de préférence, de l'ordre de 180-2000C.
Les fils de verre revêtus de l'ensimage selon l'invention et/ou obtenus selon le procédé de l'invention sont revêtus d'un ensimage non polymérisé, ou d'un ensimage polymérisé après traitement thermique. Ces fils présentent une perte au feu avantageusement inférieure à 3 % en poids et, de préférence, inférieure à 1,5 %. La faible quantité d'ensimage déposée sur le fil permet de réduire considérablement les problèmes de collage entre fils, notamment lorsqu'ils sont collectés sous forme d'enroulements, permet également une meilleure ouverture du fil lors de l'imprégnation par une matière à renforcer et est économiquement avantageuse.
Les fils obtenus selon l'invention sont aisément manipulables et peuvent, après collecte, se trouver sous différentes formes nécessitant ou non des étapes supplémentaires de traitement des fils, ces étapes se faisant avant ou après le traitement thermique et/ou la collecte des fils. Les fils de verre peuvent ainsi se présenter sous forme de fils continus, de fils coupés, peuvent avoir été assemblés sous forme de tresses, de rubans, de mats ou de réseaux, tissés ou non... Les fils selon l'invention présentent notamment de bonnes propriétés de résistance à la traction.
Les composites avantageusement obtenus par association d'au moins des fils de verre selon l'invention et d'au moins une matière organique et/ou inorganique (le taux de verre au sein de ces composites étant généralement compris entre 30 et 70 % en poids) présentent de bonnes propriétés mécaniques comme illustré ci-après dans les exemples.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lumière des exemples suivants donnant, à titre illustratif mais non exhaustif, des compositions d'ensimage selon l'invention et des caractéristiques des fils revêtus de ces compositions ou des caractéristiques des composites comprenant lesdits fils.
EXEMPLE 1
Des filaments de 14 microns de diamètre obtenus par étirage de filets de verre fondu selon le procédé de l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante exprimée en pourcentages pondéraux
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750: . triméthylolpropane triglycidyl éther''' 34,0 %
diglycidyl éther du 1,4 butanediol(2) 18,4 % . 1,2-époxyhexadécane(3) 29,1 W0 . anhydride méthyltétrahydrophtalique(4) 10,0 %
Catalyseur.
Des filaments de 14 microns de diamètre obtenus par étirage de filets de verre fondu selon le procédé de l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante exprimée en pourcentages pondéraux
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750: . triméthylolpropane triglycidyl éther''' 34,0 %
diglycidyl éther du 1,4 butanediol(2) 18,4 % . 1,2-époxyhexadécane(3) 29,1 W0 . anhydride méthyltétrahydrophtalique(4) 10,0 %
Catalyseur.
. 1-méthyl imidazole(5) 0,5 %
Additifs : agent de couplage alkylsilane polyéthoxylé(6) 8,0 %
Le rapport r dans cette composition est de 0,24.
Additifs : agent de couplage alkylsilane polyéthoxylé(6) 8,0 %
Le rapport r dans cette composition est de 0,24.
Les filaments sont rassemblés en fils, lesquels sont bobinés sous forme de stratifils présentant une masse approximative de 1 3,5 kg, puis les stratifils sont chauffés à 140"C pendant 6 heures.
Les fils sont ensuite extraits des enroulements pour mesurer leur force et leur ténacité à la rupture en traction dans les conditions définies par la norme ISO 3341.
Les résultats sur 8 à 10 éprouvettes (avec les écarts-types indiqués entre parenthèses) sont rapportés dans le tableau comparatif I en annexe donnant également le titre et la perte au feu des fils obtenus.
EXEMPLE 2
Des filaments de 14 microns de diamètre obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750 . 3,4-époxycyclohexylméthyl-3,4-époxycyclohexane carboxylate(7) 28 %
mélange à base de vinylcyclohexène monoxyde(8) 28 %
mélange d'anhydride phtalique, d'anhydride hexahydrophtal ique
et d'anhydride tétrahydrophtalique(9) 28 %
Additifs :: agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl triméthoxy silane('0' 10% . agent textile palmitate d'isopropyle 6 %
Le rapport r dans cette composition est de 0,7 et cette composition présente une viscosité de 64 cP à 20"C.
Des filaments de 14 microns de diamètre obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750 . 3,4-époxycyclohexylméthyl-3,4-époxycyclohexane carboxylate(7) 28 %
mélange à base de vinylcyclohexène monoxyde(8) 28 %
mélange d'anhydride phtalique, d'anhydride hexahydrophtal ique
et d'anhydride tétrahydrophtalique(9) 28 %
Additifs :: agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl triméthoxy silane('0' 10% . agent textile palmitate d'isopropyle 6 %
Le rapport r dans cette composition est de 0,7 et cette composition présente une viscosité de 64 cP à 20"C.
Les filaments sont rassemblés en fils, lesquels sont bobinés sous forme de stratifils présentant une masse approximative de 1 3,5 kg. Les fils ainsi collectés ne sont pas traités thermiquement.
A partir des fils obtenus présentant un titre de 320 tex, des plaques composites à fils parallèles sont réalisées conformément à la norme NF 57152. La résine renforcée est la résine Epoxy LY 556 commercialisée sous cette référence par la société CIBA GEIGY à laquelle on ajoute, pour 100 parts en poids de résine époxy, 90 parts d'un durcisseur commericalisé sous la référence HY 91 7 par la société
CIBA GEIGY et 0,5 parts d'un accélérateur commercialisé sous la référence DY 070 par la société CIBA GEIGY.
CIBA GEIGY et 0,5 parts d'un accélérateur commercialisé sous la référence DY 070 par la société CIBA GEIGY.
Les plaques réalisées sont ensuite traitées thermiquement et les propriétés mécaniques présentées par ces plaques, en flexion et en cisaillement, sont mesurées respectivement selon les normes ISO 1 78 et ISO 4585, avant vieillissement et après immersion de ces plaques dans l'eau à 98"C pendant 24 heures. Les résultats obtenus sur 8 à 10 éprouvettes sont rapportés dans le tableau comparatif Il en annexe donnant le type de résine utilisée pour les plaques, la contrainte à la rupture en flexion pour un taux de verre ramené à 100 Wo, avant et après vieillissement, et la contrainte à la rupture en cisaillement avant et après vieillissement. Les écarts-types sont indiqués entre parenthèses.
EXEMPLE 3
On procède de la même manière que dans l'exemple 2, en effectuant cependant le traitement thermique au niveau des enroulements de fils et non au niveau des plaques composites. Les stratifils de fils obtenus dans l'exemple 2 sont ainsi chauffés, dans le présent exemple, à 160"C pendant 8 heures. Aucune déformation de ces stratifils n'est observée. Les résultats obtenus sur plaques composites dans le présent exemple sont rapportés dans le tableau Il.
On procède de la même manière que dans l'exemple 2, en effectuant cependant le traitement thermique au niveau des enroulements de fils et non au niveau des plaques composites. Les stratifils de fils obtenus dans l'exemple 2 sont ainsi chauffés, dans le présent exemple, à 160"C pendant 8 heures. Aucune déformation de ces stratifils n'est observée. Les résultats obtenus sur plaques composites dans le présent exemple sont rapportés dans le tableau Il.
On mesure également la force et la ténacité à la rupture en traction des fils traités thermiquement extraits des enroulements, comme dans l'exemple 1. Les résultats sont rapportés dans le tableau I.
EXEMPLE 4
Des filaments de 14 microns de diamètre obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750 . 3,4-époxycyclohexylméthyl-3,4-époxycyclohexane carboxylate(7) 25,0 %
diglycidyl éther du 1,4 butanediol(2' 10,0 % . 2-éthylhexyl glycidyl éther 20,0 % . anhydride méthyl-5-norbornène-2,3-dicarboxylique('2) 36,5 %
Catalyseur: . 1-méthyl imidazole(5) 0,5 % Additifs ::
agent de couplage alkylsilane polyéthoxy1é(6 > 8,0 %
Le rapport r dans cette composition est de 1,3 et cette composition présente une viscosité de 72 cP à 20OC.
Des filaments de 14 microns de diamètre obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750 . 3,4-époxycyclohexylméthyl-3,4-époxycyclohexane carboxylate(7) 25,0 %
diglycidyl éther du 1,4 butanediol(2' 10,0 % . 2-éthylhexyl glycidyl éther 20,0 % . anhydride méthyl-5-norbornène-2,3-dicarboxylique('2) 36,5 %
Catalyseur: . 1-méthyl imidazole(5) 0,5 % Additifs ::
agent de couplage alkylsilane polyéthoxy1é(6 > 8,0 %
Le rapport r dans cette composition est de 1,3 et cette composition présente une viscosité de 72 cP à 20OC.
Les filaments sont rassemblés en fils, lesquels sont bobinés sous forme de stratifils de 13,5 kg environ puis sont chauffés à 1600C pendant 6 heures. La force et la ténacité de rupture en traction des fils sont ensuite mesurées comme dans l'exemple 1 (tableau 1). La résistance à l'abrasion des fils est également évaluée en pesant la quantité de bourre formée après passage des fils sur une série de tiges. Pour différents fils revêtus de l'ensimage polymérisé décrit dans le présent exemple, la quantité de bourre à l'issue du test est de l'ordre de 1 mg par kg de fil testé.
A titre de comparaison, des fils revêtus d'un ensimage aqueux à base d'une émulsion de résine époxy, de silanes et de tensioactifs, ces fils étant séchés selon des méthodes ordinaires peuvent former 200 voire 500 mg de bourre par kg de fil.
EXEMPLE 5
Des filaments de 10 microns de diamètre obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire Inférieure à 750 . diglycidyl éther sur base phénol novolaque(13) 25,0 %
diglycidyl éther du 1,4 butanediol(2) 10,0 %
2-éthylhexyl glycidyl éther() 16,5 % . anhydride méthyltétrahydrophtalique(4) 40,0 %
Catalyseur.
Des filaments de 10 microns de diamètre obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire Inférieure à 750 . diglycidyl éther sur base phénol novolaque(13) 25,0 %
diglycidyl éther du 1,4 butanediol(2) 10,0 %
2-éthylhexyl glycidyl éther() 16,5 % . anhydride méthyltétrahydrophtalique(4) 40,0 %
Catalyseur.
. 1-méthyl imidazole(5) 0,5 % Additifs : . agent de couplage alkylsilane polyéthoxylé(6) 8,0 %
Le rapport r dans cette composition est de 1,57 et cette composition présente une viscosité de 104 cP à 20 C.
Le rapport r dans cette composition est de 1,57 et cette composition présente une viscosité de 104 cP à 20 C.
Les filaments sont rassemblés en fils, lesquels sont bobinés sous forme de gâteaux de 7 kg environ puis sont chauffés à 140 C pendant 6 heures. La force et la ténacité à la rupture en traction des fils sont ensuite mesurées comme dans l'exemple 1 (tableau 1).
EXEMPLE 6
Des filaments obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750: . triméthylolpropane triglycidyl éther() 24 % . 2-éthylhexyl glycidyl éther(") > 24 % . anhydride méthyl-5-norbornène-2,3-dicarboxylique(12) 40 %
Additifs : agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl triméthoxy silane ) 12 12 %
Le rapport r dans cette composition est de 1,9.
Des filaments obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750: . triméthylolpropane triglycidyl éther() 24 % . 2-éthylhexyl glycidyl éther(") > 24 % . anhydride méthyl-5-norbornène-2,3-dicarboxylique(12) 40 %
Additifs : agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl triméthoxy silane ) 12 12 %
Le rapport r dans cette composition est de 1,9.
Les filaments sont rassemblés en fils, lesquels sont bobinés sous forme de stratifils. Les fils collectés ne sont pas traités thermiquement.
A partir de ces fils s'extrayant facilement des enroulements obtenus, des plaques composites sont réalisées de la même façon que dans l'exemple 2 puis traitées thermiquement et les propriétés mécaniques de ces plaques mesurées dans les mêmes conditions que dans l'exemple 2 sont rapportées dans le tableau Il.
EXEMPLE 7
On procède de la même manière que dans l'exemple 6 en utilisant une composition d'ensimage identique mais comprenant un taux plus faible d'agent de couplage (11,6 % au lieu de 12 %) et comprenant en outre un catalyseur sous forme d'un 2,4,6-tridiméthylaminométhylphénol commercialisé sous la référence Protex
NX3 par la société PROTEX, à des taux de 0,4 % en poids de la composition.
On procède de la même manière que dans l'exemple 6 en utilisant une composition d'ensimage identique mais comprenant un taux plus faible d'agent de couplage (11,6 % au lieu de 12 %) et comprenant en outre un catalyseur sous forme d'un 2,4,6-tridiméthylaminométhylphénol commercialisé sous la référence Protex
NX3 par la société PROTEX, à des taux de 0,4 % en poids de la composition.
Les résultats sont rapportés dans le tableau Il.
EXEMPLE 8
Des filaments obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750: . tétraglycidyl éther du 4,4'-diaminodiphényl méthane04) 20,0 %
crésyl glycidyl éther(15) 15,0 % e diglycidyl éther du cyclohexane diméthanol(16) 8,0 % . anhydride méthylhexahydrophtalique07) 42,0 %
Catalyseur: . 2-propyl imidazole(18) 0,3 %
Additifs :: . agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl triméthoxy silane('0' 8,7 % agent de couplage gamma-glycidoxypropyl triméthoxy silane(19) 6,0 %
Le rapport r dans cette composition est de 1,68.
Des filaments obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750: . tétraglycidyl éther du 4,4'-diaminodiphényl méthane04) 20,0 %
crésyl glycidyl éther(15) 15,0 % e diglycidyl éther du cyclohexane diméthanol(16) 8,0 % . anhydride méthylhexahydrophtalique07) 42,0 %
Catalyseur: . 2-propyl imidazole(18) 0,3 %
Additifs :: . agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl triméthoxy silane('0' 8,7 % agent de couplage gamma-glycidoxypropyl triméthoxy silane(19) 6,0 %
Le rapport r dans cette composition est de 1,68.
On procède ensuite comme dans l'exemple 6 en utilisant dans les plaques composites réalisées, à la place de la résine époxy, une résine polyester M 402 commercialisée sous cette référence par la société CIBA GEIGY à laquelle on ajoute, pour 100 parts en poids de résine polyester, 20 parts d'un assouplisseur commercialisé sous la référence F 8010 C par la société CIBA GEIGY, 16,5 parts de styrène et 1,5 parts d'un accélérateur commercialisé sous la référence THM 60 par la société CIBA GEIGY.
Les résultats sont rapportés dans le tableau Il.
EXEMPLE 9
On procède de la même façon que dans l'exemple 6 en remplaçant la composition d'ensimage utilisée par la composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire Inférieure à 750
bisphénol A diglycidyl éther(20) 21,0 % . crésyl glycidyl éther(15) 25,0 % . anhydride méthylhexahydrophtalique('7) 42,0 %
Catalyseur.
On procède de la même façon que dans l'exemple 6 en remplaçant la composition d'ensimage utilisée par la composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire Inférieure à 750
bisphénol A diglycidyl éther(20) 21,0 % . crésyl glycidyl éther(15) 25,0 % . anhydride méthylhexahydrophtalique('7) 42,0 %
Catalyseur.
. amine organométallique dans des polyglycols(20 0,4 %
Additifs : agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl triméthoxy silane(10) 11,6 W0
Le rapport r dans cette composition est de 1,98.
Additifs : agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl triméthoxy silane(10) 11,6 W0
Le rapport r dans cette composition est de 1,98.
On procède ensuite comme dans l'exemple 6. Les résultats sont rapportés dans le tableau Il.
EXEMPLE 10
Des filaments obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750: . diglycidyl éther du cyclohexane diméthanol('6) 10,0 %
2-éthylhexyl glycidyl éther 14,0 % . anhydride méthylhexahydrophtalique(") 40,0 %
Composants du système de base de masse moléculaire supérieure à 750:
triglycidyl éther sur base polyol aliphatique de masse
moléculaire moyenne 1950(22) 20,0 %
Catalyseur.
Des filaments obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750: . diglycidyl éther du cyclohexane diméthanol('6) 10,0 %
2-éthylhexyl glycidyl éther 14,0 % . anhydride méthylhexahydrophtalique(") 40,0 %
Composants du système de base de masse moléculaire supérieure à 750:
triglycidyl éther sur base polyol aliphatique de masse
moléculaire moyenne 1950(22) 20,0 %
Catalyseur.
. 2-propyl imidazole08) 0,4 % Additifs : . agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl triméthoxy silane(10) 11,6 % . agent textile palmitate d'isopropyle 4,0 %
Le rapport r dans cette composition est de 2,96.
Le rapport r dans cette composition est de 2,96.
Les filaments sont rassemblés en fils, lesquels sont bobinés sous forme de stratifils puis sont chauffés à 145 C pendant 8 heures. La force et la ténacité de rupture en traction des fils sont ensuite mesurées comme dans l'exemple 1 (tableau 1).
A partir des fils obtenus, s'extrayant facilement des enroulements, des plaques composites sont réalisées de la même façon que dans l'exemple 3 en utilisant toutefois comme résine, à la place de la résine époxy LY 556, une résine époxy CY 205 commercialisée sous cette référence par la société CIBA GEIGY à laquelle on ajoute, pour 100 parts en poids de résine époxy, 32 parts en poids d'un durcisseur commercialisé sous la référence HT 972 par la société CIBA GEIGY.
Les propriétés mécaniques des plaques obtenues sont mesurées comme dans l'exemple 2, avant vieillissement et après immersion des plaques dans l'eau à 98"C pendant cette fois 72 heures (tableau 11).
EXEMPLE 11
On procède comme dans l'exemple 2 en utilisant une composition d'ensimage identique mais comprenant un taux plus faible de 3,4-époxycyclohexylméthyl-3,4époxycyclohexane carboxylate (9,3 % au lieu de 28 %), un taux plus faible du mélange à base de vinylcyclohexène monoxyde (18,7 % au lieu de 28 %) et un taux plus élevé du mélange d'anhydride phtalique, d'anhydride hexahydrophtalique et d'anhydride tétrahydrophtalique (58 % au lieu de 28 %). Le rapport r dans cette composition est de 2,84 et cette composition présente une viscosité de 76 cP à 20"C.
On procède comme dans l'exemple 2 en utilisant une composition d'ensimage identique mais comprenant un taux plus faible de 3,4-époxycyclohexylméthyl-3,4époxycyclohexane carboxylate (9,3 % au lieu de 28 %), un taux plus faible du mélange à base de vinylcyclohexène monoxyde (18,7 % au lieu de 28 %) et un taux plus élevé du mélange d'anhydride phtalique, d'anhydride hexahydrophtalique et d'anhydride tétrahydrophtalique (58 % au lieu de 28 %). Le rapport r dans cette composition est de 2,84 et cette composition présente une viscosité de 76 cP à 20"C.
Les résultats sont rapportés dans le tableau Il.
EXEMPLE 12
On procède comme dans l'exemple 3 en utilisant la composition d'ensimage explicitée dans l'exemple 11.
On procède comme dans l'exemple 3 en utilisant la composition d'ensimage explicitée dans l'exemple 11.
Les résultats sont rapportés dans les tableaux I et Il.
La résistance à l'abrasion des fils est également mesurée comme dans l'exemple 4. La quantité de bourre pesée à l'issue du test est de 99 mg par kg de fil.
EXEMPLE 13
Des filaments de 14 microns de diamètre obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750 e 3,4poxycyclohexyl méthyl-3,4époxycyclohexane carboxylate(7) 9,25 % mélange à base de vinylcyclohexène monoxyde(8) 9,25 % mélange d'anhydride phtalique, d'anhydride hexahydrophtalique
et d'anhydride tétrahydrophtalique(9) 55,5 %
Additifs:: e agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl
triméthoxy silane('0' 20 % . agent textile palmitate d'isopropyle 6 %
Le rapport r dans cette composition est de 4,19 et cette composition présente une viscosité de 62 cP à 20"C.
Des filaments de 14 microns de diamètre obtenus selon l'invention sont revêtus de l'ensimage de composition suivante (pourcentages pondéraux)
Composants du système de base de masse moléculaire inférieure à 750 e 3,4poxycyclohexyl méthyl-3,4époxycyclohexane carboxylate(7) 9,25 % mélange à base de vinylcyclohexène monoxyde(8) 9,25 % mélange d'anhydride phtalique, d'anhydride hexahydrophtalique
et d'anhydride tétrahydrophtalique(9) 55,5 %
Additifs:: e agent de couplage gamma-méthacryloxypropyl
triméthoxy silane('0' 20 % . agent textile palmitate d'isopropyle 6 %
Le rapport r dans cette composition est de 4,19 et cette composition présente une viscosité de 62 cP à 20"C.
Les filaments sont rassemblés en fils, lesquels sont bobinés sous forme de stratifils de 13,5 kg environ, puis sont chauffés à 1600C pendant 8 heures. La force et la ténacité de rupture en traction des fils sont ensuite mesurées comme dans l'exemple 1 (tableau 1).
La résistance à l'abrasion des fils est également mesurée comme dans l'exemple 4. La quantité de bourre pesée à l'issue du test est de 57 mg par kg de fil.
EXEMPLE COMPARATIF
Les caractéristiques mécaniques des composites obtenus à l'aide des fils décrits dans les exemples 2, 3, 6 à 12 sont comparées aux caractéristiques mécaniques des composites obtenus à l'aide de fils de référence revêtus d'un ensimage aqueux à base d'une émulsion de résine époxy, de silanes et de tensioactifs, ces derniers composites étant réalisés de la même façon que dans les exemples 8 (en effectuant cependant le traitement thermique au niveau des enroulements de fils et non au niveau des plaques composites) et 10 (le traitement thermique des fils se faisant cependant à température plus élevée) respectivement et les propriétés mécaniques de ces derniers composites mesurées comme dans les exemples 2 et 10 respectivement étant rapportées dans le tableau comparatif Il.
Les caractéristiques mécaniques des composites obtenus à l'aide des fils décrits dans les exemples 2, 3, 6 à 12 sont comparées aux caractéristiques mécaniques des composites obtenus à l'aide de fils de référence revêtus d'un ensimage aqueux à base d'une émulsion de résine époxy, de silanes et de tensioactifs, ces derniers composites étant réalisés de la même façon que dans les exemples 8 (en effectuant cependant le traitement thermique au niveau des enroulements de fils et non au niveau des plaques composites) et 10 (le traitement thermique des fils se faisant cependant à température plus élevée) respectivement et les propriétés mécaniques de ces derniers composites mesurées comme dans les exemples 2 et 10 respectivement étant rapportées dans le tableau comparatif Il.
On observe dans les exemples précédents que les fils revêtus d'ensimage selon l'invention sont aisément manipulables, qu'il aient été traités thermiquement ou non, et présentent de bonnes propriétés de résistance à la traction. De façon remarquable et avantageuse, les propriétés de résistance à la traction des fils revêtus d'ensimage selon l'invention sont meilleures après un début de vieillissement en milieu humide que celles obtenues avant vieillissement des fils ensimés.
Les fils obtenus selon l'invention présentent par ailleurs une faible perte au feu, une bonne résistance à l'abrasion et permettent de renforcer efficacement des matières organiques et/ou inorganiques.
Les faibles taux de bourre obtenus lors des tests de résistance à l'abrasion des fils et les bonnes propriétés de résistance à la traction des fils permettent également de dire que les fils obtenus selon l'invention présentent une bonne intégrité. Les fils obtenus donnent également de bons résultats en texturation.
Les fils revêtus d'ensimage selon l'invention permettent par ailleurs d'obtenir des composites présentant des propriétés mécaniques aussi bonnes que celles des composites obtenus à partir de fils revêtus d'ensimages aqueux traditionnels.
Les fils de verre selon l'invention peuvent servir à diverses applications, par exemple à des applications textiles telles que la fabrication de chaînes par ourdissage, ou directement à des applications de renforcement telles que le renforcement de matières organiques (par exemple des matières plastiques) ou inorganiques (par exemple des matières cimentaires) pour obtenir des produits composites.
(1) Commercialisé sous la référence Heloxy 5048. par la Société SHELL (2) Commercialisé sous la référence Heloxy 67 par la Société SHELL (3) Commercialisé sous la référence. UVR 6216. par la Société UNION CARBIDE (4) Commercialisé sous la référence. HV 917 par la Société CîHA GEIGY (5) Commercialisé sous la référence. DV 070. par la Société CîHA GEIGY (6) Commercialisé sous la référence. Silquest A 1230. par la Société OSI (7) Commercialisé sous la référence UVR 6110 par la Société UNION CARBIDE (8) Commercialisé sous la référence. UVR 6200. par la Société UNION CARBIDE (9) Commercialisé sous la référence.HY 905. par la Société CIBA GEIGY (10) Commercialisé sous la référence. Silquest A 174. par la Société OSI (11) Commercialisé sous la référence. Héloxy 116. par la Société SHELL (12) Commercialisé sous la référence HV 906. par la Société CIBA GEIGY (13) Commercialisée sous la référence . Araldite PV 307. par la Société CIBA GEIGY (14) Commercialisé sous la référence Araldite MV 722. par la Société CîHA GEIGY (15) Commercialisé sous la référence.Heloxy 62. par la Société SHELL (16) Commercialisé sous la référence Heloxy 107. par la Société SHELL (17) Commercialisé sous la référence. HV 1102 BD .parla Société CîHA GEIGY (18) Commercialisé sous la référence. Actiron NXJ 60 par la Société PROTEX (19) Commercialisé sous la référence. Silquest A 187. par la Société OSI (20) Commercialisé sous la référence. Araldite CV 250. par la Société CîHA GEIGY (21) Commercialisé sous la référence DV 071. par la Société CIBA GEIGY (22) Commercialisé sous la référence.Heloxy 84. par la Société SHELL
TABLEAU COMPARATIF I
TABLEAU COMPARATIF I
<tb> <SEP> Ex. <SEP> 1 <SEP> Ex. <SEP> 3 <SEP> Ex. <SEP> 4 <SEP> Ex. <SEP> 5 <SEP> Ex. <SEP> 10 <SEP> Ex. <SEP> 12 <SEP> Ex. <SEP> 13
<tb> Titre <SEP> (tex) <SEP> 320 <SEP> 320 <SEP> 320 <SEP> 84 <SEP> 320 <SEP> 320 <SEP> 320
<tb> Perte <SEP> au <SEP> feu <SEP> (%) <SEP> 0,93 <SEP> 0,58 <SEP> 0,82 <SEP> 0,56 <SEP> 0,42 <SEP> 0,39 <SEP> 0,40
<tb> Force <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture
<tb> en <SEP> traction <SEP> (kgf) <SEP> 16,5 <SEP> 18,2 <SEP> 19,0 <SEP> 4,7 <SEP> 17,2 <SEP> 18,7 <SEP> 18,1
<tb> <SEP> a <SEP> (0,8) <SEP> (1,1) <SEP> (0,7) <SEP> (0,2) <SEP> (0,6) <SEP> (0,8) <SEP> (1,4)
<tb> Ténacité <SEP> (g/tex) <SEP> 48,6 <SEP> 57,8 <SEP> 57,0 <SEP> 53,3 <SEP> 53,6 <SEP> 55,2 <SEP> 56,1
<tb> <SEP> a <SEP> (2,3) <SEP> (3,4) <SEP> (2,0) <SEP> (2,8) <SEP> (2,0) <SEP> (2,3) <SEP> (4,4)
<tb>
TABLEAU COMPARATIF II
<tb> Titre <SEP> (tex) <SEP> 320 <SEP> 320 <SEP> 320 <SEP> 84 <SEP> 320 <SEP> 320 <SEP> 320
<tb> Perte <SEP> au <SEP> feu <SEP> (%) <SEP> 0,93 <SEP> 0,58 <SEP> 0,82 <SEP> 0,56 <SEP> 0,42 <SEP> 0,39 <SEP> 0,40
<tb> Force <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture
<tb> en <SEP> traction <SEP> (kgf) <SEP> 16,5 <SEP> 18,2 <SEP> 19,0 <SEP> 4,7 <SEP> 17,2 <SEP> 18,7 <SEP> 18,1
<tb> <SEP> a <SEP> (0,8) <SEP> (1,1) <SEP> (0,7) <SEP> (0,2) <SEP> (0,6) <SEP> (0,8) <SEP> (1,4)
<tb> Ténacité <SEP> (g/tex) <SEP> 48,6 <SEP> 57,8 <SEP> 57,0 <SEP> 53,3 <SEP> 53,6 <SEP> 55,2 <SEP> 56,1
<tb> <SEP> a <SEP> (2,3) <SEP> (3,4) <SEP> (2,0) <SEP> (2,8) <SEP> (2,0) <SEP> (2,3) <SEP> (4,4)
<tb>
TABLEAU COMPARATIF II
<tb> <SEP> Ex. <SEP> 2 <SEP> Ex.3 <SEP> Ex.6 <SEP> Ex. <SEP> 7 <SEP> Ex. <SEP> 8 <SEP> Ex.9 <SEP> Ex. <SEP> 10 <SEP> Ex. <SEP> Il <SEP> Ex. <SEP> 12 <SEP> Ex. <SEP> Ex.
<tb>
<tb>
<SEP> Comparatif <SEP> Comparatif
<tb> Résine <SEP> utilisée <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Polyester <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Polyester <SEP> Epoxy
<tb> contrainte <SEP> à <SEP> la
<tb> rupture <SEP> en <SEP> flexion
<tb> pour <SEP> 100% <SEP> de <SEP> verre
<tb> (MPa)
<tb> 'Avant <SEP> vieillissement <SEP> 2341 <SEP> 2122 <SEP> 2207 <SEP> 2361 <SEP> 2268 <SEP> 2274 <SEP> 2022 <SEP> 2379 <SEP> 2334 <SEP> 2440 <SEP> 2280
<tb> <SEP> a <SEP> (65) <SEP> (62) <SEP> (46) <SEP> (63) <SEP> (68) <SEP> (66) <SEP> (83) <SEP> (43) <SEP> (49) <SEP> (70) <SEP> (40)
<tb> .<SEP> Après <SEP> vieillissement <SEP> 2241 <SEP> 1767 <SEP> 1822 <SEP> 1758 <SEP> 1406 <SEP> 1883 <SEP> 1408 <SEP> 2211 <SEP> 1977 <SEP> 1370 <SEP> 1400
<tb> <SEP> a <SEP> (89) <SEP> (65) <SEP> (29) <SEP> (81) <SEP> (38) <SEP> (69) <SEP> (67) <SEP> (99) <SEP> (85) <SEP> (40) <SEP> (20)
<tb> contrainte <SEP> à <SEP> la
<tb> rupture <SEP> en
<tb> cisaillement <SEP> (MPa)
<tb> 'Avant <SEP> vieillissement <SEP> 64,7 <SEP> 86,0 <SEP> 56,0 <SEP> 69,4 <SEP> 59,8 <SEP> 48,8 <SEP> 56,3 <SEP> 85,1 <SEP> 68,6 <SEP> 56,5 <SEP> 69,5
<tb> <SEP> o <SEP> (1,0) <SEP> (0,5) <SEP> (0,9) <SEP> (0,8) <SEP> (0,4) <SEP> (0,8) <SEP> (0,9) <SEP> (1,4) <SEP> (1,8) <SEP> (1,0) <SEP> (1,0)
<tb> . <SEP> Après <SEP> vieillissement <SEP> 42,3 <SEP> 72,1 <SEP> 49,4 <SEP> 50,8 <SEP> 28,6 <SEP> (49,0 <SEP> 41,2 <SEP> 64,7 <SEP> 49,0 <SEP> 25,0 <SEP> 40,0
<tb> <SEP> a <SEP> (5,1) <SEP> (1,3) <SEP> (1,3) <SEP> (1,4) <SEP> (0,2) <SEP> (0,5) <SEP> (0,7) <SEP> (2,1) <SEP> (1,6) <SEP> (0,5) <SEP> (0,4)
<tb>
<tb> Résine <SEP> utilisée <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Polyester <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Epoxy <SEP> Polyester <SEP> Epoxy
<tb> contrainte <SEP> à <SEP> la
<tb> rupture <SEP> en <SEP> flexion
<tb> pour <SEP> 100% <SEP> de <SEP> verre
<tb> (MPa)
<tb> 'Avant <SEP> vieillissement <SEP> 2341 <SEP> 2122 <SEP> 2207 <SEP> 2361 <SEP> 2268 <SEP> 2274 <SEP> 2022 <SEP> 2379 <SEP> 2334 <SEP> 2440 <SEP> 2280
<tb> <SEP> a <SEP> (65) <SEP> (62) <SEP> (46) <SEP> (63) <SEP> (68) <SEP> (66) <SEP> (83) <SEP> (43) <SEP> (49) <SEP> (70) <SEP> (40)
<tb> .<SEP> Après <SEP> vieillissement <SEP> 2241 <SEP> 1767 <SEP> 1822 <SEP> 1758 <SEP> 1406 <SEP> 1883 <SEP> 1408 <SEP> 2211 <SEP> 1977 <SEP> 1370 <SEP> 1400
<tb> <SEP> a <SEP> (89) <SEP> (65) <SEP> (29) <SEP> (81) <SEP> (38) <SEP> (69) <SEP> (67) <SEP> (99) <SEP> (85) <SEP> (40) <SEP> (20)
<tb> contrainte <SEP> à <SEP> la
<tb> rupture <SEP> en
<tb> cisaillement <SEP> (MPa)
<tb> 'Avant <SEP> vieillissement <SEP> 64,7 <SEP> 86,0 <SEP> 56,0 <SEP> 69,4 <SEP> 59,8 <SEP> 48,8 <SEP> 56,3 <SEP> 85,1 <SEP> 68,6 <SEP> 56,5 <SEP> 69,5
<tb> <SEP> o <SEP> (1,0) <SEP> (0,5) <SEP> (0,9) <SEP> (0,8) <SEP> (0,4) <SEP> (0,8) <SEP> (0,9) <SEP> (1,4) <SEP> (1,8) <SEP> (1,0) <SEP> (1,0)
<tb> . <SEP> Après <SEP> vieillissement <SEP> 42,3 <SEP> 72,1 <SEP> 49,4 <SEP> 50,8 <SEP> 28,6 <SEP> (49,0 <SEP> 41,2 <SEP> 64,7 <SEP> 49,0 <SEP> 25,0 <SEP> 40,0
<tb> <SEP> a <SEP> (5,1) <SEP> (1,3) <SEP> (1,3) <SEP> (1,4) <SEP> (0,2) <SEP> (0,5) <SEP> (0,7) <SEP> (2,1) <SEP> (1,6) <SEP> (0,5) <SEP> (0,4)
<tb>
Claims (13)
1. Fil de verre revêtu d'une composition d'ensimage constituée d'une solution de viscosité inférieure ou égale à 400 cP comprenant moins de 5 % en poids de solvant et comprenant au moins un système de base polymérisable et/ou réticulable thermiquement, ledit système de base comprenant au moins 60 % en poids de composants de masse moléculaire inférieure à 750 et comprenant au moins 60 % en poids d'un mélange: . de composant(s) présentant au moins une fonction réactive époxy, . et de composant(s) présentant au moins une fonction réactive anhydride.
2. Fil de verre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de base représente entre 60 et 100 % en poids de la composition d'ensimage.
3. Fil de verre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de base est uniquement constitué de composants présentant au moins une fonction réactive époxy ou une fonction réactive anhydride.
4. Fil de verre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la composition comprend, en outre, au moins un catalyseur facilitant l'ouverture des fonctions anhydride ou époxy sous l'action de la chaleur.
5. Fil de verre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la composition comprend en outre au moins un agent de couplage dans des proportions comprises entre 0 et 25 % en poids.
6. Fil de verre selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la composition comprend en outre au moins un agent filmogène dans des proportions comprises entre 0 et 10 % en poids.
7. Fil de verre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la composition comprend en outre au moins un agent textile dans des proportions comprises entre 0 et 15 % en poids.
8. Composition d'ensimage pour fil de verre constituée d'une solution de viscosité inférieure ou égale à 400 cP comprenant moins de 5 % en poids de solvant et comprenant au moins un système de base polymérisable et/ou réticulable thermiquement, ledit système de base comprenant au moins 60 % en poids de composants de masse moléculaire inférieure à 750 et comprenant au moins 60 % en poids d'un mélange: de composant(s) présentant au moins une fonction réactive époxy, et de composant(s) présentant au moins une fonction réactive anhydride.
9. Procédé de production de fils de verre ensimés selon lequel on étire une multiplicité de filets de verre fondu, s'écoulant d'une multiplicité d'orifices disposés à la base d'une ou plusieurs filières, sous la forme d'une ou plusieurs nappes de filaments continus, puis on rassemble les filaments en un ou plusieurs fils que l'on collecte sur un support en mouvement, ledit procédé consistant à déposer à la surface des filaments en cours d'étirage et avant rassemblement des filaments en fils une composition d'ensimage selon la revendication 8.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les fils sont collectés sous forme d'enroulements sur un support en rotation, I'angle de croisure des enroulements étant au moins égal à 1,5 .
11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la composition d'ensimage est soumise à un traitement thermique pendant ou après la collecte des fils revêtus de ladite composition.
12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les fils ensimés collectés sont mis en contact avec une matière organique à renforcer avant soumission de l'ensemble à un traitement thermique de façon à obtenir un composite.
13. Composite comprenant au moins une matière organique et/ou inorganique et des fils de verre ensimés, caractérisé en ce qu'il comprend au moins en partie des fils de verre ensimés selon l'une des revendications 1 ou 7.
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