FR3117481A1 - USE OF GLASS-RESIN COMPOSITE FIBERS FOR CONCRETE REINFORCEMENT - Google Patents
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29B7/88—Adding charges, i.e. additives
- B29B7/90—Fillers or reinforcements, e.g. fibres
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
L’invention concerne un monobrin en composite verre-résine comportant des filaments de verre noyés dans une résine réticulée, le monobrin présentant une longueur comprise dans un domaine allant de 5 à 85 mm, un diamètre allant de 0,2 à 1,3 mm, et un taux de porosité inférieur à 2%, à un ballotin comprenant une pluralité de ces monobrins, ainsi qu’à leurs utilisations pour renforcer du béton, réduire le poids du béton, réduire ou empêcher la fissuration du béton. L’invention se rapporte également au béton comprenant ces monobrins ainsi qu’au procédé d’obtention de ces monobrins. Figure pour l’abrégé : Figure 2The invention relates to a single strand of glass-resin composite comprising glass filaments embedded in a crosslinked resin, the single strand having a length within a range ranging from 5 to 85 mm, a diameter ranging from 0.2 to 1.3 mm , and a porosity rate of less than 2%, to a ballotin comprising a plurality of these single strands, as well as to their uses for reinforcing concrete, reducing the weight of concrete, reducing or preventing the cracking of concrete. The invention also relates to the concrete comprising these single strands as well as to the process for obtaining these single strands. Figure for abstract: Figure 2
Description
La présente invention est relative à des fibres composite verre-résine pour le renforcement du béton.The present invention relates to glass-resin composite fibers for reinforcing concrete.
Le béton est vraisemblablement le matériau de construction le plus utilisé à l’heure actuelle en raison de sa grande résistance à la compression, sa durabilité, sa longévité et sa résilience. Ses propriétés en font un matériau de choix notamment dans les domaines du bâtiment, de la voierie et des ouvrages d’art.Concrete is arguably the most widely used building material today due to its high compressive strength, durability, longevity, and resilience. Its properties make it a material of choice, particularly in the fields of building, roads and engineering structures.
Le béton est principalement composé de granulats maintenus par un liant, le plus souvent du ciment Portland. Pour améliorer les propriétés du béton, il est connu d’utiliser les additifs tels que des particules ultrafines (fumée de silice par exemple), des superplastifiants également appelés réducteurs d’eau ou des fibres métalliques, synthétiques ou minérales.Concrete is mainly composed of aggregates held together by a binder, most often Portland cement. To improve the properties of concrete, it is known to use additives such as ultrafine particles (silica fume for example), superplasticizers also called water reducers or metallic, synthetic or mineral fibres.
Bien que très résistant à la compression, le béton présente une faible résistance à la traction, s’accompagnant souvent d’apparition de fissures. Pour lutter contre ce problème, il est connu d’utiliser des fibres de renforcement. En raison de leurs propriétés mécaniques, les fibres métalliques sont particulièrement intéressantes pour renforcer le béton. Elles sont ainsi très largement utilisées pour rendre le béton plus ductile et améliorer sa résistance à la fissuration.Although very resistant to compression, concrete has a low tensile strength, often accompanied by the appearance of cracks. To combat this problem, it is known to use reinforcing fibers. Due to their mechanical properties, metal fibers are particularly interesting for reinforcing concrete. They are thus very widely used to make concrete more ductile and improve its resistance to cracking.
Toutefois, les fibres mécaniques présentent l’inconvénient d’être sensibles à la corrosion, ce qui peut être préjudiciable pour la longévité de béton comprenant de telles fibres. Par ailleurs, elle présente des densités souvent supérieures à 7,7 et ne sont par conséquent pas répartie de manière homogène dans le béton présentant une densité plus faible (les fibres métalliques ont tendance à couler sous l’effet de la gravité).However, mechanical fibers have the disadvantage of being sensitive to corrosion, which can be detrimental to the longevity of concrete comprising such fibers. In addition, it has densities often greater than 7.7 and are therefore not distributed evenly in concrete with a lower density (metal fibers tend to sink under the effect of gravity).
Pour résoudre ce problème il a été proposé de remplacer les fibres métalliques par des fibres de synthèses. Cependant, la résistance mécanique (Module Elastique (d’Young), résistance à la traction par exemple) de ces fibres n’est pas aussi bonne que celle des fibres métalliques. Par ailleurs, leur température d’utilisation (entre 100°C et 160°C généralement) est bien inférieure à celle des fibres métalliques (entre 600°C et 900°C environ), ce qui peut limiter leur utilisation pour certaines applications.To solve this problem it has been proposed to replace the metal fibers with synthetic fibers. However, the mechanical strength (Elastic Modulus (of Young), tensile strength for example) of these fibers is not as good as that of metal fibers. Furthermore, their operating temperature (between 100°C and 160°C generally) is much lower than that of metal fibers (between 600°C and 900°C approximately), which may limit their use for certain applications.
Ainsi, il demeure intéressant de disposer de fibres qui soient à la fois résistantes à la corrosion, pour améliorer la durée de vie du béton, et qui présentent des propriétés mécaniques améliorées par rapport aux fibres non-métalliques actuelles, pour améliorer la résistance à la fissuration.Thus, it remains advantageous to have fibers which are both resistant to corrosion, to improve the service life of the concrete, and which have improved mechanical properties compared to current non-metallic fibers, to improve the resistance to corrosion. cracking.
Poursuivant ses recherches, la Demanderesse a découvert de façon inattendue que l’utilisation de fibres particulières en composite verre-résine comportant des filaments de verre noyés dans une résine réticulée permet de résoudre le problème précité.Pursuing its research, the Applicant has unexpectedly discovered that the use of specific glass-resin composite fibers comprising glass filaments embedded in a cross-linked resin makes it possible to solve the aforementioned problem.
La Demanderesse a en outre constaté de nombreux avantages procurés par les fibres selon l’invention. Leur mise en œuvre est très facile comparée aux fibres pour béton de l’art antérieur, en particulier lors de la phase de mélangeage des différents composants du béton (facilement dispersibles), mais également lors de la phase de séchage du béton : en raison de leur densité proche de celle du béton, les fibres restent réparties de manière homogène dans le béton (elles n’ont pas tendance à couler comme les fibres métalliques plus denses que le béton, ni à remonter comme les fibres synthétiques moins denses que le béton). Les fibres de l’invention présentent également une température d’usage maximale bien plus élevée que les fibres synthétiques utilisées actuellement Par ailleurs, la couleur blanche des fibres selon l’invention permet leur utilisation dans des bétons clairs sans impacter l’esthétisme de ces bétons. Enfin, de manière plus générale, en raison de leur densité et de leur capacité de renforcement, l’utilisation des fibres selon l’invention permet de réduire fortement les émissions globales de CO2par rapport à l’utilisation d’autres fibres de l’art antérieur, à niveau de renforcement constant.The Applicant has also observed numerous advantages procured by the fibers according to the invention. Their implementation is very easy compared to the fibers for concrete of the prior art, in particular during the phase of mixing the various components of the concrete (easily dispersible), but also during the phase of drying of the concrete: due to their density close to that of concrete, the fibers remain evenly distributed in the concrete (they do not tend to flow like metal fibers denser than concrete, nor to rise like synthetic fibers less dense than concrete) . The fibers of the invention also have a much higher maximum use temperature than the synthetic fibers currently used. Furthermore, the white color of the fibers according to the invention allows them to be used in light concretes without impacting the aesthetics of these concretes. . Finally, more generally, because of their density and their capacity for reinforcement, the use of the fibers according to the invention makes it possible to greatly reduce the overall CO 2 emissions compared to the use of other fibers of the prior art, at a constant level of reinforcement.
Ainsi, l’invention a pour objet un monobrin en composite verre-résine comportant des filaments de verre noyés dans une résine réticulée, le monobrin présentant une longueur comprise dans un domaine allant de 5 à 85 mm, un diamètre allant de 0,2 à 1,3 mm, et un taux de porosité inférieur à 2%.Thus, the subject of the invention is a single strand of glass-resin composite comprising glass filaments embedded in a crosslinked resin, the single strand having a length within a range ranging from 5 to 85 mm, a diameter ranging from 0.2 to 1.3 mm, and a porosity rate of less than 2%.
L’invention a également pour objet un ballotin comprenant une pluralité de ces monobrins, l’utilisation de ces monobrins ou de ce ballotin pour le renforcement de béton, un béton comprenant ces monobrins, ainsi qu’un procédé de fabrication de ces monobrins.The invention also relates to a ballotin comprising a plurality of these single strands, the use of these single strands or of this ballotin for the reinforcement of concrete, a concrete comprising these single strands, as well as a method of manufacturing these single strands.
I- DÉFINITIONSI- DEFINITIONS
Dans la présente, sauf indication expresse différente, tous les pourcentages (%) indiqués sont des pourcentages (%) en masse.In the present, unless otherwise expressly indicated, all the percentages (%) indicated are percentages (%) by mass.
Par l'expression "composition à base de", il faut entendre une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction in situ des différents constituants utilisés, certains de ces constituants pouvant réagir et/ou étant destinés à réagir entre eux, au moins partiellement, lors des différentes phases de fabrication de la composition ; la composition pouvant ainsi être à l’état totalement ou partiellement réticulé ou à l’état non-réticulé.The expression "composition based on" means a composition comprising the mixture and/or the in situ reaction product of the various constituents used, some of these constituents being able to react and/or being intended to react with one another, less partially, during the various phases of manufacture of the composition; the composition thus possibly being in the totally or partially crosslinked state or in the non-crosslinked state.
D'autre part, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c’est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c’est-à-dire incluant les bornes strictes a et b). Dans la présente, lorsqu’on désigne un intervalle de valeurs par l’expression "de a à b", on désigne également et préférentiellement l’intervalle représenté par l’expression "entre a et b".On the other hand, any interval of values denoted by the expression "between a and b" represents the domain of values going from more than a to less than b (i.e. limits a and b excluded) while any interval of values denoted by the expression “from a to b” signifies the range of values going from a to b (that is to say including the strict limits a and b). In this document, when an interval of values is designated by the expression "from a to b", the interval represented by the expression "between a and b" is also and preferably designated.
Toutes les valeurs de température de transition vitreuse « Tg » décrites dans la présente sont mesurées de manière connue par DSC (Differential Scanning Calorimetry) selon la norme ASTM D3418 (1999).All the glass transition temperature “Tg” values described herein are measured in a known manner by DSC (Differential Scanning Calorimetry) according to standard ASTM D3418 (1999).
II- BREVE DESCRIPTION DES FIGURESII- BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
III- DESCRIPTION DE L’INVENTIONIII- DESCRIPTION OF THE INVENTION
L’invention concerne donc un monobrin (ou fibre, les deux termes pouvant être employés de manière équivalente) en composite verre-résine (en abrégé « CVR ») comportant des filaments de verre noyés dans une résine réticulée, caractérisé en ce que le monobrin présente une longueur comprise dans un domaine allant de 5 à 85 mm, un diamètre allant de 0,2 à 1,3 mm, et un taux de porosité inférieur à 2%.The invention therefore relates to a single strand (or fiber, the two terms being able to be used in an equivalent manner) made of glass-resin composite (abbreviated "CVR") comprising glass filaments embedded in a crosslinked resin, characterized in that the single strand has a length within a range ranging from 5 to 85 mm, a diameter ranging from 0.2 to 1.3 mm, and a porosity rate of less than 2%.
Typiquement, les filaments de verre sont présents sous la forme d’une fibre multifilamentaire unique ou de plusieurs fibres multifilamentaires associées entres elles. Dans ce dernier cas, les fibres multifilamentaires sont de préférence essentiellement unidirectionnelles. Chacune des fibres multifilamentaires peut comporter plusieurs dizaines, centaines voire milliers de filaments de verre unitaires. Ces filaments unitaires très fins ont généralement et de préférence un diamètre moyen de l’ordre de 5 à 30 µm, plus préférentiellement de 10 à 20 µm. La section des filaments unitaires est de préférence cylindrique. A titre d’exemple de fibre de verre utilisable dans le cadre de la présente invention, on peut citer les fibres « R25H » ou « SE1200 » de la société Owens Corning.Typically, glass filaments are present as a single multifilament fiber or multiple multifilament fibers associated with each other. In the latter case, the multifilament fibers are preferably essentially unidirectional. Each of the multifilament fibers may comprise several tens, hundreds or even thousands of individual glass filaments. These very fine individual filaments generally and preferably have an average diameter of the order of 5 to 30 μm, more preferably of 10 to 20 μm. The section of the individual filaments is preferably cylindrical. By way of example of fiberglass that can be used in the context of the present invention, mention may be made of the “R25H” or “SE1200” fibers from the company Owens Corning.
Par « résine », on entend ici la résine en tant que telle et toute composition à base de cette résine et comportant au moins un additif (c’est-à-dire un ou plusieurs additifs). Par résine « réticulée », on entend bien entendu que la résine est durcie (photodurcie et/ou thermodurcie), en d’autres termes sous la forme d’un réseau de liaisons tridimensionnelles, dans un état propre aux polymères dits thermodurcissables (par opposition aux polymères dits thermoplastiques).By “resin”, we mean here the resin as such and any composition based on this resin and comprising at least one additive (that is to say one or more additives). By "crosslinked" resin, it is understood of course that the resin is cured (photocured and/or thermocured), in other words in the form of a network of three-dimensional bonds, in a state specific to so-called thermosetting polymers (as opposed to to so-called thermoplastic polymers).
Ainsi, le monobrin CVR selon l’invention comprend une pluralité de filaments unitaires de verre, de préférence essentiellement parallèles les uns aux autres, noyés dans une résine durcie après réticulation.Thus, the single strand CVR according to the invention comprises a plurality of individual glass filaments, preferably essentially parallel to each other, embedded in a hardened resin after crosslinking.
Selon l’invention, le monobrin en CVR présente un taux de porosité inférieure à 2%, de préférence inférieur à 1%, de préférence inférieur à 0,5%. Avantageusement, le taux de porosité du monobrin CVR est compris entre 0% et 2%, de préférence entre 0,01% et 1%, de préférence entre 0,05% et 0,5%.According to the invention, the CVR single strand has a porosity rate of less than 2%, preferably less than 1%, preferably less than 0.5%. Advantageously, the porosity rate of the CVR single strand is between 0% and 2%, preferably between 0.01% and 1%, preferably between 0.05% and 0.5%.
Le taux de porosité peut être mesuré par microscopie, par exemple par microscopie électronique à balayage, de préférence en utilisant un logiciel de calcul des surfaces, tel que Programme FIJI. Pour effectuer la mesure, on réalise de préférence le protocole suivant :
- on prend un monobrin en CVR réticulé,
- on l’enrobe avec une résine d’enrobage à froid, de type époxy par exemple, par exemple dans un appareil d’enrobage sous vide (CitoVac de la société Stuers par exemple),
- on coupe le monobrin en CVR enrobé, par exemple à l’aide d’une guillotine hydraulique, telle que la « SH-5214 » de la société Baileigh,
- on polit la section du monobrin CVR, par exemple à l’aide d’une polisseuse mécanique, de la société Mecapol par exemple, de préférence jusqu’à un grain final de 0,25µm,
- on effectue un dépôt de 1 à 4 nm d’or, par exemple à l’aide d’un métaliseur à or, tel que Cerssington de la série 108 ou 208 de la société Eloïse,
- on observe la section du monobrin en CVR au microscope électronique à balayage, de préférence sous vide (15kV), et
- à l’aide d’un programme de traitement d’image, FIJI par exemple, on calcule le pourcentage surfacique de la porosité. On entend par « porosité » du monobrin en CVR, tout gaz (notamment de l’air) ou du vide présent au sein du monobrin CVR.The porosity rate can be measured by microscopy, for example by scanning electron microscopy, preferably using surface calculation software, such as Program FIJI. To perform the measurement, the following protocol is preferably carried out :
- we take a single strand in reticulated CVR,
- it is coated with a cold mounting resin, of the epoxy type for example, for example in a vacuum coating device (CitoVac from the company Stuers for example),
- the single strand in coated CVR is cut, for example using a hydraulic guillotine, such as the "SH-5214" from the company Baileigh,
- the section of the single strand CVR is polished, for example using a mechanical polisher, from the company Mecapol for example, preferably to a final grain of 0.25 μm,
- a deposit of 1 to 4 nm of gold is made, for example using a gold metallizer, such as Cerssington of the 108 or 208 series from the company Eloïse,
- the section of the single strand is observed in CVR under a scanning electron microscope, preferably under vacuum (15kV), and
- using an image processing program, FIJI for example, the surface percentage of the porosity is calculated. The term "porosity" of the CVR single strand means any gas (in particular air) or vacuum present within the CVR single strand.
Avantageusement, le monobrin en CVR présente une contrainte ruptureCrsupérieure à 1 050 MPa, de préférence supérieure ou égale à 1 100 MPa, plus préférentiellement supérieure ou égale à 1 200 MPa. De préférence, le monobrin présente une contrainte rupture comprise entre 1 050 et 1 600 MPa, de préférence de 1 200 à 1 500 MPa.Advantageously, the CVR single strand has a breaking stress Cr greater than 1050 MPa, preferably greater than or equal to 1100 MPa, more preferably greater than or equal to 1200 MPa. Preferably, the single strand has a breaking stress of between 1050 and 1600 MPa, preferably of 1200 to 1500 MPa.
Avantageusement également, le monobrin en CVR présente un module initial en extension (notéE 23 ), également appelé Module d’Young, mesuré à 23°C, supérieur à 35 GPa, de préférence supérieur ou égal à 40 GPa, de préférence supérieur ou égal à 42 GPa, de préférence supérieur ou égal à 48 GPa.Also advantageously, the CVR single strand has an initial extension modulus (denoted E 23 ), also called Young's Modulus, measured at 23° C., greater than 35 GPa, preferably greater than or equal to 40 GPa, preferably greater than or equal to equal to 42 GPa, preferably greater than or equal to 48 GPa.
Les propriétés mécaniques en extension du monobrin en CVR (moduleE 23 , contrainte ruptureCret allongement à la ruptureAr) peuvent également être mesurées de manière connue à l'aide d'une machine de traction « INSTRON » du type 5944 (logiciel BLUEHILL® UNIVERSAL fourni avec la machine de traction), selon la norme ASTM D2343, sur des monobrins en CVR encollés (c’est-à-dire prêts à l’emploi). Avant mesure, ces monobrins sont soumis à un conditionnement préalable (stockage des monobrins pendant au moins 24 heures dans une atmosphère standard selon la norme européenne DIN EN 20139 (température de 23 ± 2°C ; hygrométrie de 50 ± 5 %)). Le module de traction est déterminé par régression linéaire de la courbe contrainte en fonction de la déformation, entre 0,1% et 0,6% de déformation. Cette déformation est enregistrée par l’extensomètre MultiXtens 1995DA801. Les échantillons de 260 mm testés subissent une traction à une vitesse nominale de 5 m/min, sous une précharge avant essai de 0,5 MPa (longueur de référence 50 mm, distance entres les mors : 150 mm). Tous les résultats donnés sont une moyenne de 10 mesures.The mechanical properties in extension of the single strand in CVR (modulus E 23 , breaking stress Cr and elongation at break Ar ) can also be measured in a known manner using an “INSTRON” tensile machine of the 5944 type (BLUEHILL software ® UNIVERSAL supplied with the tensile machine), according to the ASTM D2343 standard, on glued (ready to use) CVR single strands. Before measurement, these single strands are subjected to prior conditioning (storage of the single strands for at least 24 hours in a standard atmosphere according to European standard DIN EN 20139 (temperature of 23 ± 2°C; humidity of 50 ± 5%)). The tensile modulus is determined by linear regression of the stress curve as a function of the strain, between 0.1% and 0.6% strain. This deformation is recorded by the MultiXtens 1995DA801 extensometer. The 260 mm specimens tested undergo traction at a nominal speed of 5 m/min, under a pre-test preload of 0.5 MPa (reference length 50 mm, distance between the jaws: 150 mm). All results given are an average of 10 measurements.
Par ailleurs, le monobrin CVR conforme à l’invention présente avantageusement les propriétés suivantes :
- la température de transition vitreuse (notéeTg) de la résine est égale ou supérieure à 180°C, de préférence égale ou supérieure à 190°C ;
- l’allongement à la rupture (notéAr) du monobrin, mesuré à 23°C, est égal ou supérieur à 3,0%, de préférence supérieur à 4,0% ;
- le module initial en extension (notéE 23 ) du monobrin, mesuré à 23°C, est supérieur à 35 GPa, de préférence supérieur à 48 GPa ; et
la partie réelle du module complexe (notéE’ 190 ) du monobrin, mesurée à 190°C par la méthode DTMA, est supérieure à 30 GPa.Furthermore, the single-strand CVR in accordance with the invention advantageously has the following properties:
- the glass transition temperature (denoted Tg ) of the resin is equal to or greater than 180° C., preferably equal to or greater than 190° C.;
- the elongation at break (denoted Ar ) of the single strand, measured at 23° C., is equal to or greater than 3.0%, preferably greater than 4.0%;
- the initial tensile modulus (denoted E 23 ) of the single strand, measured at 23° C., is greater than 35 GPa, preferably greater than 48 GPa; And
the real part of the complex modulus (denoted E′ 190 ) of the single strand, measured at 190° C. by the DTMA method, is greater than 30 GPa.
La température de transition vitreuse notéeTgde la résine est de préférence supérieure à 190°C, plus préférentiellement supérieure à 195°C, en particulier supérieure à 200°C. Elle est mesurée de manière connue par DSC (Differential Scanning Calorimetry), au second passage, par exemple et sauf indications différentes spécifiées dans la présente demande, selon la norme ASTM D3418 de 1999 (appareil DSC "822-2" de Mettler Toledo ; atmosphère azote ; échantillons préalablement portés de la température ambiante (23°C) à 250°C (10°C/min), puis refroidis rapidement jusqu'à 23°C, avant enregistrement final de la courbe de DSC de 23°C à 250°C, selon une rampe de 10°C/min).The glass transition temperature denoted Tg of the resin is preferably greater than 190°C, more preferably greater than 195°C, in particular greater than 200°C. It is measured in a known manner by DSC ( Differential Scanning Calorimetry ), on the second pass, for example and unless otherwise specified in the present application, according to standard ASTM D3418 of 1999 (DSC apparatus "822-2" from Mettler Toledo; atmosphere nitrogen; samples previously brought from room temperature (23°C) to 250°C (10°C/min), then rapidly cooled to 23°C, before final recording of the DSC curve from 23°C to 250 °C, according to a ramp of 10°C/min).
L’allongement à la rupture notéArdu monobrin en CVR, mesuré à 23°C, est de préférence supérieur à 4,0%, plus préférentiellement supérieur à 4,2%, en particulier supérieur à 4,4%.The elongation at break noted Ar of the CVR single strand, measured at 23° C., is preferably greater than 4.0%, more preferably greater than 4.2%, in particular greater than 4.4%.
Le moduleE’ 190 est de préférence supérieur à 33 GPa, plus préférentiellement supérieur à 36 GPa.The E′ modulus 190 is preferably greater than 33 GPa, more preferably greater than 36 GPa.
Pour un compromis optimisé de propriétés thermiques et mécaniques du monobrin en CVR de l'invention, le rapportE’ (Tg’ – 25) / E’ 23 est avantageusement supérieur à 0,85, de préférence supérieur à 0,90,E’ 23 etE’ (Tg’ – 25) étant la partie réelle du module complexe du monobrin mesurée par DMTA, respectivement à 23°C et à une température exprimée en °C égale à (Tg’ - 25), expression dans laquelleTg’représente la température de transition vitreuse mesurée cette fois par DMTA. For an optimized compromise of thermal and mechanical properties of the CVR single strand of the invention, the ratio E′ (Tg′ – 25) / E′ 23 is advantageously greater than 0.85, preferably greater than 0.90, E′ 23 and E' (Tg' – 25) being the real part of the complex modulus of the single strand measured by DMTA, respectively at 23°C and at a temperature expressed in °C equal to (Tg' - 25), expression in which Tg' represents the glass transition temperature measured this time by DMTA .
Avantageusement encore, le rapportE’ (Tg’ – 10) / E’ 23 est supérieur à 0,80, de préférence supérieur à 0,85,E’ (Tg’ – 10) étant la partie réelle du module complexe du monobrin mesuré par DMTA à une température exprimée en °C égale à (Tg’ - 10).Advantageously again, the ratio E' (Tg' – 10) / E' 23 is greater than 0.80, preferably greater than 0.85, E' (Tg' – 10) being the real part of the complex modulus of the single strand measured by DMTA at a temperature expressed in °C equal to (Tg' - 10).
Les mesures deE’etTg’sont effectuées de manière connue par DMTA («Dynamical Mechanical Thermal Analysis »), avec un viscoanalyseur « DMA+450 » de ACOEM (France), utilisant le logiciel « Dynatest 6.83 / 2010 » pilotant des essais de flexion, traction ou torsion.The measurements of E' and Tg' are carried out in a known manner by DMTA (" Dynamic Mechanical Thermal Analysis" ), with a "DMA + 450" viscoanalyzer from ACOEM (France), using the "Dynatest 6.83 / 2010" software controlling tests bending, pulling or twisting.
Selon ce dispositif, le test de flexion trois points ne permettant pas de manière connue de rentrer les données géométriques initiales pour un monobrin de section circulaire, on peut seulement introduire la géométrie d’une section rectangulaire (ou carrée). Afin d’obtenir une mesure précise du moduleE’pour un monobrin de diamètreD, on introduit donc par convention dans le logiciel une section carrée de côté «a» ayant le même moment d’inertie de surface, ceci afin de travailler à même raideurRdes éprouvettes.According to this device, the three-point bending test not allowing in a known way to enter the initial geometric data for a single strand of circular section, it is only possible to introduce the geometry of a rectangular (or square) section. In order to obtain an accurate measurement of the modulus E' for a single strand of diameter D , we therefore introduce by convention into the software a square section with side " a " having the same surface moment of inertia, in order to work at the same stiffness R of the specimens.
Les relations bien connues qui suivent doivent s’appliquer (E étant le module du matériau, Isle moment d’inertie de surface du corps considéré, et * le symbole de multiplication) :
R= Ecomposite* Isection circulaire= Ecomposite* Isection carrée
avec : Isection circulaire= π *D 4/ 64 et Isection carrée=a 4/12The following well-known relationships must apply (E being the modulus of the material, I s the surface moment of inertia of the body considered, and * the multiplication symbol):
R = E composite * I circular section = E composite * I square section
with: I circular section = π * D 4/64 and I square section = a 4/12
On en déduit aisément la valeur du côté «a» du carré équivalent de même inertie de surface que celle de la section (circulaire) du monobrin de diamètreD, selon l’équation :
a=D* (π/6)0,25 We easily deduce the value of the side “ a ” of the equivalent square with the same surface inertia as that of the (circular) section of the monofilament of diameter D , according to the equation:
a = D * (π/6) 0.25
Dans le cas où la section droite de l’échantillon testé n’est pas circulaire (ni rectangulaire), quelle que soit sa forme particulière, le même mode de calcul s’appliquera en déterminant préalablement le moment d’inertie de surface Issur une coupe droite de l’échantillon testé.In the case where the cross section of the sample tested is not circular (nor rectangular), whatever its particular shape, the same method of calculation will apply by determining beforehand the surface moment of inertia I s on a straight section of the sample tested.
L’éprouvette à tester, généralement de section circulaire et de diamètreD, a une longueur de 35 mm. Elle est disposée horizontalement sur deux appuis distants de 24 mm. Une sollicitation répétée en flexion est appliquée perpendiculairement au centre de l’éprouvette, à mi-distance des deux appuis, sous la forme d’un déplacement vertical d’amplitude égale à 0,1 mm (déformation donc asymétrique, l’intérieur de l’éprouvette étant uniquement sollicité en compression et pas en extension), à une fréquence de 10 Hz.The specimen to be tested, generally of circular section and of diameter D , has a length of 35 mm. It is arranged horizontally on two supports 24 mm apart. A repeated bending stress is applied perpendicular to the center of the specimen, halfway between the two supports, in the form of a vertical displacement of amplitude equal to 0.1 mm (therefore asymmetrical deformation, the interior of the specimen being only stressed in compression and not in extension), at a frequency of 10 Hz.
Le programme suivant est ensuite appliqué : sous cette sollicitation dynamique, l’éprouvette est progressivement chauffée de 25°C à 260°C avec une rampe de 2°C/min. A la fin du test on obtient les mesures du module élastique E’, du module visqueux E’’ et de l’angle de perte (δ) en fonction de la température (où E’ est la partie réelle et E’’ la partie imaginaire du module complexe) ; Tg’ est la température de transition vitreuse correspondant au maximum (pic) de tan(δ).The following program is then applied: under this dynamic stress, the specimen is gradually heated from 25°C to 260°C with a ramp of 2°C/min. At the end of the test, we obtain the measurements of the elastic modulus E', of the viscous modulus E'' and of the loss angle (δ) as a function of the temperature (where E' is the real part and E'' the part imaginary of the complex module); Tg' is the glass transition temperature corresponding to the maximum (peak) of tan(δ).
Avantageusement, la déformation élastique en compression sous flexion est supérieure à 3,0%, plus préférentiellement supérieure à 3,5%, en particulier supérieure à 4,0%. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, la contrainte de rupture en compression sous flexion est supérieure à 1 050 MPa, plus préférentiellement supérieure à 1 200 MPa, en particulier supérieure à 1 400 MPa.Advantageously, the elastic deformation in compression under bending is greater than 3.0%, more preferably greater than 3.5%, in particular greater than 4.0%. According to another preferred embodiment, the breaking stress in compression under bending is greater than 1050 MPa, more preferably greater than 1200 MPa, in particular greater than 1400 MPa.
Les propriétés ci-dessus en compression sous flexion sont mesurées sur le monobrin en CVR comme décrit dans la demande EP 1 167 080, par la méthode dite du test de boucle (D. Inclair, J. App. Phys. 21, 380, 1950). Dans le cas présent, on réalise une boucle que l’on amène progressivement au point de rupture. La nature de la rupture, facilement observable en raison de la grande taille de la section, permet immédiatement de se rendre compte que le monobrin en CVR de l’invention, sollicité en flexion jusqu’à rupture, se rompt du côté où la matière est en extension, ce que l’on identifie par simple observation. Etant donné que dans ce cas les dimensions de la boucle sont importantes, il est possible à tout instant de lire le rayon du cercle inscrit dans la boucle. Le rayon du cercle inscrit juste avant le point de rupture correspond au rayon de courbure critique, désigné par Rc.The above properties in compression under bending are measured on the single strand in CVR as described in application EP 1 167 080, by the so-called loop test method (D. Inclair, J. App. Phys. 21, 380, 1950 ). In this case, we make a loop that we gradually bring to the breaking point. The nature of the break, easily observable due to the large size of the section, immediately makes it possible to realize that the CVR single strand of the invention, stressed in bending until it breaks, breaks on the side where the material is in extension, what is identified by simple observation. Given that in this case the dimensions of the loop are important, it is possible at any time to read the radius of the circle inscribed in the loop. The radius of the inscribed circle just before the breaking point corresponds to the critical radius of curvature, denoted by Rc.
La formule suivante permet ensuite de déterminer par le calcul la déformation élastique critique notée Ec (où r correspond au rayon du monobrin, c’est-à-dire D/2) :
Ec = r / (Rc + r)The following formula then makes it possible to determine by calculation the critical elastic deformation noted Ec (where r corresponds to the radius of the single strand, i.e. D/2):
Ec = r / (Rc + r)
La contrainte de rupture en compression sous flexion notée σ c est obtenue par le calcul par la formule suivante (où E est le module initial en extension) :
σ c = Ec * EThe breaking stress in compression under bending noted σ c is obtained by calculation using the following formula (where E is the initial modulus in extension):
σ c = Ec * E
Puisque, dans le cas du monobrin en CVR selon l’invention, la rupture de la boucle apparaît dans la partie en extension, on conclut que, en flexion, la contrainte de rupture en compression est supérieure à la contrainte de rupture en extension.Since, in the case of the single strand in CVR according to the invention, the rupture of the loop appears in the part in extension, it is concluded that, in bending, the breaking stress in compression is greater than the breaking stress in extension.
On peut également procéder à la rupture en flexion d’un barreau rectangulaire selon la méthode dite des trois points (ASTM D 790). Cette méthode permet également de vérifier, visuellement, que la nature de la rupture est bien en extension.It is also possible to break a rectangular bar in bending using the so-called three-point method (ASTM D 790). This method also makes it possible to check, visually, that the nature of the rupture is indeed in extension.
Avantageusement, la contrainte de rupture en compression pure est supérieure à 700 MPa, plus préférentiellement supérieure à 900 MPa, en particulier supérieure à 1 100 MPa. Pour éviter le flambage du monobrin en CVR sous compression, cette grandeur est mesurée selon la méthode décrite dans la publication« Critical compressive stress for continuous fiber unidirectional composites »de Thompson et al, Journal of Composite Materials, 46(26), 3231-3245.Advantageously, the breaking stress in pure compression is greater than 700 MPa, more preferably greater than 900 MPa, in particular greater than 1100 MPa. To avoid buckling of the single strand in CVR under compression, this quantity is measured according to the method described in the publication “Critical compressive stress for continuous fiber unidirectional composites” by Thompson et al, Journal of Composite Materials, 46(26), 3231-3245 .
Préférentiellement, dans le monobrin en CVR de l'invention, le taux d’alignement des filaments de verre est tel que plus de 85% (% en nombre) des filaments ont une inclinaison par rapport à l’axe du monobrin qui est inférieure à 2,0 degrés, plus préférentiellement inférieure à 1,5 degrés, cette inclinaison (ou défaut d’alignement) étant mesurés comme décrit dans la publication ci-dessus de Thompson et al. Préférentiellement également, le monobrin en CVR selon l’invention n’est pas déformé hélicoïdalement, c’est-à-dire qu’il n’est pas vrillé. En tout état de cause, le monobrin en CVR présente un nombre de spire par mètre inférieur à 5, de préférence inférieur à 2, de préférence inférieur à 0,5 de préférence de 0 à 0,5.Preferably, in the CVR single strand of the invention, the degree of alignment of the glass filaments is such that more than 85% (% by number) of the filaments have an inclination with respect to the axis of the single strand which is less than 2.0 degrees, more preferably less than 1.5 degrees, this inclination (or misalignment) being measured as described in the above publication by Thompson et al. Also preferably, the CVR single strand according to the invention is not helically deformed, that is to say it is not twisted. In any event, the CVR single strand has a number of turns per meter of less than 5, preferably less than 2, preferably less than 0.5, preferably from 0 to 0.5.
Préférentiellement, le taux pondéral de fibres (c’est-à-dire filaments) de verre dans le monobrin en CVR est compris dans un domaine allant de 65% à 85%, de préférence de 70% à 80%.Preferably, the weight content of glass fibers (that is to say filaments) in the CVR single strand is included in a range ranging from 65% to 85%, preferably from 70% to 80%.
Ce taux pondéral est calculé en faisant le rapport du titre de la fibre de verre initiale sur le titre du monobrin en CVR final. Le titre (ou densité linéique) est déterminé sur au moins trois échantillons, chacun correspondant à une longueur de 50 m, par pesée de cette longueur ; le titre est donné en tex (poids en grammes de 1000 m de produit – pour rappel, 0,111 tex équivaut à 1 denier).This weight rate is calculated by taking the ratio of the titer of the initial glass fiber to the titer of the single strand in final CVR. The titer (or linear density) is determined on at least three samples, each corresponding to a length of 50 m, by weighing this length; the title is given in tex (weight in grams of 1000 m of product – as a reminder, 0.111 tex is equivalent to 1 denier).
Par ailleurs, la résine réticulée représente de 15% à 35%, de préférence de 20% à 30%, en poids, du monobrin en CVR de l’invention.Furthermore, the crosslinked resin represents from 15% to 35%, preferably from 20% to 30%, by weight, of the CVR single strand of the invention.
De préférence, la densité (ou masse volumique en g/cm3) du monobrin en CVR est comprise entre 1,8 et 2,1. Elle est mesurée (à 23°C) à l’aide d’une balance spécialisée de la société Mettler Toledo de type « PG503 DeltaRange » ; les échantillons, de quelques cm, sont successivement pesés dans l’air et plongés dans de l’éthanol ; le logiciel de l’appareil détermine ensuite la densité moyenne sur trois mesures.Preferably, the density (or density in g/cm 3 ) of the CVR single strand is between 1.8 and 2.1. It is measured (at 23° C.) using a specialized scale from Mettler Toledo of the “PG503 DeltaRange” type; the samples, a few cm long, are successively weighed in air and immersed in ethanol; the device software then determines the average density over three measurements.
Le diamètreDdu monobrin en CVR de l'invention est de préférence compris dans un domaine allant de 0,25 et 1,25 mm, plus préférentiellement entre 0,3 et 1,2 mm, en particulier entre 0,4 et 1,1 mm.The diameter D of the CVR single strand of the invention is preferably within a range ranging from 0.25 and 1.25 mm, more preferably between 0.3 and 1.2 mm, in particular between 0.4 and 1, 1mm.
Cette définition couvre aussi bien des monobrins de forme essentiellement cylindrique (à section droite circulaire) que des monobrins de forme différente, par exemple des monobrins oblongs (de forme plus ou moins aplatie) ou de section droite rectangulaire. Dans le cas d’une section non circulaire et sauf indication spécifique différente,Dest par convention le diamètre dit d’encombrement, c’est-à-dire le diamètre du cylindre de révolution imaginaire enveloppant le monobrin, en d’autres termes le diamètre du cercle circonscrit entourant sa section droite.This definition covers both single strands of essentially cylindrical shape (with a circular cross section) and single strands of a different shape, for example single strands that are oblong (of more or less flattened shape) or with a rectangular cross section. In the case of a non-circular section and unless otherwise specifically indicated, D is by convention the so-called overall diameter, i.e. the diameter of the cylinder of imaginary revolution enveloping the single strand, in other words the diameter of the circumscribed circle surrounding its cross section.
Par ailleurs, la longueurLdu monobrin en CVR de l’invention est de préférence comprise dans un domaine allant de 10 à 80 mm, par exemple de 15 à 60 mm.Furthermore, the length L of the CVR single strand of the invention is preferably within a range ranging from 10 to 80 mm, for example from 15 to 60 mm.
Avantageusement, le rapport longueur/diamètreL/Ddes monobrins en CVR de l’invention est compris dans un domaine allant de 10 à 110, par exemple de 11 à 90, par exemple de 12 à 75, de préférence de 15 à 65, de préférence de 20 à moins de 60.Advantageously, the length/diameter L/D ratio of the CVR single strands of the invention is within a range ranging from 10 to 110, for example from 11 to 90, for example from 12 to 75, preferably from 15 to 65, preferably from 20 to less than 60.
La résine utilisée est par définition une résine réticulable (i.e., durcissable) susceptible d’être réticulée, durcie par toute méthode connue, en particulier par un rayonnement UV (ou UV-visible), de préférence émettant dans un spectre allant au moins de 300 nm à 450 nm.The resin used is by definition a crosslinkable resin ( ie , hardenable) capable of being crosslinked, hardened by any known method, in particular by UV (or UV-visible) radiation, preferably emitting in a spectrum ranging from at least 300 nm to 450 nm.
Avantageusement, la résine réticulée est à base :
- d’une résine réticulable choisie dans le groupe constitué par les résines vinylester (de préférence les résines vinylester uréthane), époxy, polyester et leurs mélanges,
- d’un système de réticulation comprenant de préférence un agent photoinitiateur réactif aux UV au-delà de 300 nm.Advantageously, the crosslinked resin is based:
- a crosslinkable resin chosen from the group consisting of vinyl ester resins (preferably vinyl ester urethane resins), epoxy, polyester and mixtures thereof,
- a crosslinking system preferably comprising a photoinitiator reactive to UV above 300 nm.
Lorsque l’on parle de la « composition de résine », il s’agit de la composition à base de laquelle est faite la résine, c’est-à-dire avant réticulation.When we speak of the "resin composition", it is the composition from which the resin is made, that is to say before crosslinking.
A titre de résine réticulable, on utilise de préférence une résine polyester ou vinylester, plus préférentiellement une résine vinylester. Par résine "polyester", on entend de manière connue une résine du type polyester insaturé. Les résines vinylester sont quant à elles bien connues dans le domaine des matériaux composites.As crosslinkable resin, a polyester or vinyl ester resin is preferably used, more preferably a vinyl ester resin. By “polyester” resin is meant in known manner a resin of the unsaturated polyester type. Vinyl ester resins are well known in the field of composite materials.
Sans que cette définition soit limitative, la résine vinylester est préférentiellement du type époxyvinylester. On utilise plus préférentiellement une résine vinylester, notamment du type époxyde, qui au moins pour partie est à base (c’est-à-dire greffée sur une structure du type) novolaque (encore appelée phénoplaste) et/ou bisphénolique, soit préférentiellement une résine vinylester à base novolaque, bisphénolique, ou novolaque et bisphénolique.Without this definition being limiting, the vinylester resin is preferably of the epoxyvinylester type. A vinyl ester resin, in particular of the epoxy type, is more preferably used, which at least in part is based (that is to say grafted on a structure of the type) novolac (also called phenoplast) and / or bisphenolic, preferably a vinyl ester resin based on novolac, bisphenol, or novolac and bisphenol.
De préférence, le module initial en extension de la résine, mesuré à 23°C, est supérieur à 3,0 GPa, plus préférentiellement supérieur à 3,5 GPa.Preferably, the initial tensile modulus of the resin, measured at 23° C., is greater than 3.0 GPa, more preferably greater than 3.5 GPa.
Une résine époxyvinylester à base novolaque (partie entre crochets dans la formule I ci-dessous) répond par exemple, de manière connue, à la formule (I) qui suit :
(I)A novolak-based epoxy vinyl ester resin (part in brackets in formula I below) corresponds, for example, in a known manner, to formula (I) which follows:
(I)
Une résine époxyvinylester à base bisphénolique A (partie entre crochets de la formule (II) ci-dessous) répond par exemple à la formule (le "A" rappelant que le produit est fabriqué à l'aide d'acétone) :
(II)A bisphenol A-based epoxy vinyl ester resin (part in square brackets of formula (II) below) corresponds for example to the formula (the "A" reminding that the product is manufactured using acetone):
(II)
Une résine époxyvinylester de type novolaque et bisphénolique a montré d’excellents résultats. A titre d'exemple d'une telle résine, on peut citer notamment les résines vinylester « ATLAC 590 » et « ATLAC E-Nova FW 2045 » de la société AOC (diluées avec environ 40% de styrène) décrites dans les demandes EP-A-1 074 369 et EP-A-1 174 250 précitées. Des résines époxyvinylester sont disponibles auprès d'autres fabricants tels que par exemple AOC (USA - résines « VIPEL »).A novolak and bisphenol type epoxy vinyl ester resin has shown excellent results. By way of example of such a resin, mention may be made in particular of the vinyl ester resins "ATLAC 590" and "ATLAC E-Nova FW 2045" from the company AOC (diluted with approximately 40% styrene) described in the EP applications A-1 074 369 and EP-A-1 174 250 cited above. Epoxy vinyl ester resins are available from other manufacturers such as, for example, AOC (USA - "VIPEL" resins).
De préférence, le système de réticulation de la résine (composition de résine) d’imprégnation comprend un photo-initiateur sensible (réactif) aux UV au-delà de 300 nm, de préférence entre 300 et 450 nm. Ce photo-initiateur est utilisé à un taux préférentiel de 0,5 à 3%, plus préférentiellement de 1 à 2,5%. De préférence, le système de réticulation de la résine comporte également un agent de réticulation, par exemple à un taux compris entre 5% et 15% (% en poids de composition d’imprégnation), l’agent de réticulation étant tel que défini ci-dessus.Preferably, the curing system of the impregnating resin (resin composition) comprises a photoinitiator sensitive (reactive) to UV above 300 nm, preferably between 300 and 450 nm. This photoinitiator is used at a preferential rate of 0.5 to 3%, more preferentially of 1 to 2.5%. Preferably, the resin crosslinking system also comprises a crosslinking agent, for example at a rate of between 5% and 15% (% by weight of impregnating composition), the crosslinking agent being as defined above. -above.
De préférence, ce photo-initiateur est de la famille des composés phosphine, plus préférentiellement un oxyde de bis(acyl)phosphine comme par exemple l’oxyde de bis-(2,4,6-triméthylbenzoyl)-phénylphosphine (« Omnirad 819 » de la société IGM ou « speedcureBPO » de la société Lambson) ou un oxyde de mono(acyl)phosphine (par exemple "Esacure TPO" de la société IGM), de tels composés phosphine pouvant être utilisés en mélange avec d’autres photo-initiateurs, par exemple des photo-initiateurs de type alpha-hydroxy-cétone tels que par exemple la diméthylhydroxy-acétophénone (e.g. « Omnirad 1173 » de IGM) ou la 1-hydroxy-cyclohexyl-phényl-cétone (e.g. « Omnirad 184 » de IGM), des benzophénones telles que la 2,4,6-triméthylbenzophénone (e.g. « Esacure TZT » de IGM) et/ou des dérivés de thioxanthones comme par exemple l’isopropylthioxanthone (e.g. « Esacure Omnirad ITX » de IGM).Preferably, this photo-initiator is from the family of phosphine compounds, more preferably a bis(acyl)phosphine oxide such as for example bis-(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphine oxide ("Omnirad 819" from the company IGM or "speedcureBPO" from the company Lambson) or a mono(acyl)phosphine oxide (for example "Esacure TPO" from the company IGM), such phosphine compounds being able to be used as a mixture with other photo- initiators, for example photoinitiators of the alpha-hydroxy-ketone type such as for example dimethylhydroxy-acetophenone (e.g. "Omnirad 1173" from IGM) or 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone (e.g. "Omnirad 184" from IGM), benzophenones such as 2,4,6-trimethylbenzophenone (e.g. “Esacure TZT” from IGM) and/or thioxanthone derivatives such as for example isopropylthioxanthone (e.g. “Esacure Omnirad ITX” from IGM).
L’agent de réticulation est préférentiellement choisi dans le groupe consistant en la famille des triacrylates.The crosslinking agent is preferably chosen from the group consisting of the family of triacrylates.
Le monobrin en CVR peut être préparé selon le procédé décrit dans la demande WO 2015/014579 suivi d’une étape de découpage du monobrin à une longueur souhaitée.The single strand in CVR can be prepared according to the method described in application WO 2015/014579 followed by a step of cutting the single strand to a desired length.
Ainsi, la présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de monobrins en composite verre-résine comportant des filaments de verre noyés dans une résine réticulée comprenant les étapes successives suivantes :
- réaliser un arrangement rectiligne de fibres (filaments) de verre et entraîner cet arrangement dans une direction d’avancement,
- dans une chambre à vide, dégazer l’arrangement de filaments de verre par l’action du vide,
- en sortie de la chambre à vide, après dégazage, traverser une chambre d’imprégnation sous vide de manière à imprégner ledit arrangement de filaments de verre par une composition de résine photoréticulable, à l’état liquide, « dite résine d’imprégnation », pour obtenir un imprégné contenant les filaments de verre et la composition de résine,
- faire passer ledit imprégné au travers d’une filière de calibrage ayant une section de surface et de forme prédéfinies, pour lui imposer une forme de monobrin (par exemple un monobrin de section droite ronde ou un ruban de section droite rectangulaire),
- en aval de la filière, dans une chambre d’irradiation UV, polymériser la résine sous l’action des UV,
- découper le filament de manière à obtenir des monobrins d’une longueur comprise dans un domaine allant de 5 à 85 mm.Thus, the present invention also relates to a process for manufacturing single strands of glass-resin composite comprising glass filaments embedded in a crosslinked resin comprising the following successive steps:
- make a rectilinear arrangement of glass fibers (filaments) and drive this arrangement in a forward direction,
- in a vacuum chamber, degas the arrangement of glass filaments by the action of vacuum,
- at the outlet of the vacuum chamber, after degassing, pass through a vacuum impregnation chamber so as to impregnate said arrangement of glass filaments with a photo-crosslinkable resin composition, in the liquid state, "called impregnation resin" , to obtain an impregnated containing the glass filaments and the resin composition,
- pass said impregnated through a calibration die having a predefined surface section and shape, to impose a single strand shape on it (for example a single strand of round cross section or a ribbon of rectangular cross section),
- downstream of the die, in a UV irradiation chamber, polymerize the resin under the action of UV,
- cutting the filament so as to obtain single strands of a length comprised in a range ranging from 5 to 85 mm.
Avantageusement, la polymérisation est réalisée dans une chambre d’irradiation comportant un tube transparent aux UV, dit tube d’irradiation, à travers lequel circule le monobrin en cours de formation, parcouru par un courant de gaz inerte, la vitesse (notéeV ir ) de passage du monobrin dans la chambre d’irradiation étant supérieure à 50 m/min, la durée d’irradiation (notéeD ir ) du monobrin dans la chambre d’irradiation étant égale ou supérieure à 1,5 secondes.Advantageously, the polymerization is carried out in an irradiation chamber comprising a tube transparent to UV, called irradiation tube, through which circulates the single strand being formed, traversed by a current of inert gas, the speed (denoted V ir ) passage of the single strand in the irradiation chamber being greater than 50 m/min, the irradiation time (denoted D ir ) of the single strand in the irradiation chamber being equal to or greater than 1.5 seconds.
Le procédé peut bien entendu comprendre une étape d’enroulement pour stockage du monobrin après son passage dans la chambre d’irradiation UV et avant d’être découpé.The method can of course include a rolling step for storage of the single strand after it has passed through the UV irradiation chamber and before being cut.
Toutes les étapes ci-dessus (arrangement, dégazage, imprégnation, calibrage, polymérisation, enroulage éventuel et découpage) du procédé de l'invention sont des étapes connues de l'homme du métier, ainsi que les matières (fibres multifilamentaires et compositions de résine) utilisées ; elles ont par exemple été décrites dans l'une et/ou l'autre des demandes EP-A-1 074 369 et EP-A-1 174 250.All of the above steps (arrangement, degassing, impregnation, calibration, polymerization, optional winding and cutting) of the process of the invention are steps known to those skilled in the art, as well as the materials (multifilament fibers and resin compositions ) used; they have for example been described in one and/or the other of applications EP-A-1 074 369 and EP-A-1 174 250.
On rappellera notamment qu’avant toute imprégnation des fibres, doit être conduite une étape essentielle de dégazage de l’arrangement de fibres par l’action du vide, afin notamment de renforcer l’efficacité de l’imprégnation ultérieure et surtout de garantir l'absence de bulles à l'intérieur du monobrin composite final.It will be recalled in particular that before any impregnation of the fibers, an essential step of degassing the arrangement of fibers by the action of a vacuum must be carried out, in particular in order to reinforce the effectiveness of the subsequent impregnation and above all to guarantee the absence of bubbles inside the final composite monofilament.
Après traversée de la chambre à vide, les filaments de verre entrent dans une chambre d’imprégnation qui est totalement pleine de résine d’imprégnation, donc dépourvue d’air : c’est en ce sens qu’on peut qualifier cette étape d’imprégnation d’« imprégnation sous vide ».After passing through the vacuum chamber, the glass filaments enter an impregnation chamber which is completely full of impregnation resin, and therefore devoid of air: it is in this sense that this stage can be qualified as impregnation of "vacuum impregnation".
La filière dite "de calibrage" permet, grâce à une section droite de dimensions déterminées, généralement et de préférence circulaire ou rectangulaire, d'ajuster la proportion de résine par rapport aux fibres de verre tout en imposant à l'imprégné la forme et l'épaisseur visées pour le monobrin.The so-called "calibration" die makes it possible, thanks to a cross section of determined dimensions, generally and preferably circular or rectangular, to adjust the proportion of resin in relation to the glass fibers while imposing on the impregnated the shape and l target thickness for the monofilament.
La chambre de polymérisation ou d’irradiation UV a ensuite pour fonction de polymériser, réticuler la résine sous l’action des UV. La chambre d’irradiation UV comporte un ou de préférence plusieurs irradiateurs UV, constitué(s) par exemple chacun par une lampe UV de longueur d’onde de 200 à 600 nm.The polymerization or UV irradiation chamber then has the function of polymerizing and cross-linking the resin under the action of UV. The UV irradiation chamber comprises one or preferably several UV irradiators, each consisting for example of a UV lamp with a wavelength of 200 to 600 nm.
Le monobrin en CVR final ainsi formé à travers la chambre d’irradiation UV, dans lequel la résine est maintenant à l’état solide, est ensuite récolté par exemple sur une bobine de réception sur laquelle il peut être enroulé sur une très grande longueur.The final CVR single strand thus formed through the UV irradiation chamber, in which the resin is now in a solid state, is then collected, for example, on a take-up spool on which it can be rolled up over a very long length.
Entre la filière de calibrage et le support de réception finale, on préfère maintenir les tensions subies par les fibres de verre à un niveau modéré, de préférence compris entre 0,2 et 2,0 cN/tex, plus préférentiellement entre 0,3 et 1,5 cN/tex ; pour contrôler cela, on pourra par exemple mesurer ces tensions directement en sortie de la chambre d’irradiation, à l'aide de tensiomètres appropriés bien connus de l'homme du métier.Between the calibration die and the final receiving support, it is preferred to maintain the tensions undergone by the glass fibers at a moderate level, preferably between 0.2 and 2.0 cN/tex, more preferably between 0.3 and 1.5 cN/tex; to check this, it is possible, for example, to measure these voltages directly at the output of the irradiation chamber, using appropriate tensiometers well known to those skilled in the art.
De manière particulièrement avantageuse, le procédé pour fabriquer le monobrin en CVR de l'invention comporte les étapes essentielles qui suivent :
- la vitesse (V ir ) de passage du monobrin dans la chambre d’irradiation est supérieure à 50 m/min ;
- la durée (D ir ) de passage du monobrin dans la chambre d’irradiation est égale ou supérieure à 1,5 s et égale ou inférieure à 10 s ;
- la chambre d’irradiation comporte un tube transparent aux UV (tel qu’un tube en quartz ou de préférence en verre), dit tube d’irradiation, à travers lequel circule le monobrin en cours de formation, ce tube étant parcouru par un courant de gaz inerte, de préférence de l’azote.In a particularly advantageous manner, the method for manufacturing the CVR single strand of the invention comprises the following essential steps:
- the speed ( V ir ) of passage of the single strand in the irradiation chamber is greater than 50 m/min;
- the duration ( D ir ) of passage of the single strand in the irradiation chamber is equal to or greater than 1.5 s and equal to or less than 10 s;
- the irradiation chamber comprises a tube transparent to UV (such as a quartz or preferably glass tube), called the irradiation tube, through which the single strand being formed circulates, this tube being traversed by a stream of inert gas, preferably nitrogen.
Ces étapes combinées, permettent d’atteindre les propriétés améliorées préférées du monobrin en CVR de l'invention, à savoir notamment deTg, d’allongementAret de modules (EetE’).These combined steps make it possible to achieve the preferred improved properties of the CVR single strand of the invention, namely in particular Tg , Ar elongation and moduli ( E and E′ ).
En particulier, en l’absence de balayage de gaz neutre tel que de l’azote dans le tube d’irradiation, on a constaté que les propriétés ci-dessus du monobrin en CVR étant dégradées assez rapidement en cours de fabrication et donc que la performance industrielle n’était plus garantie.In particular, in the absence of scavenging of inert gas such as nitrogen in the irradiation tube, it has been found that the above properties of the CVR single strand being degraded fairly quickly during manufacture and therefore that the industrial performance was no longer guaranteed.
Par ailleurs, si la durée d’irradiationD ir du monobrin dans la chambre d’irradiation est trop courte (inférieure à 1,5 s), de nombreux essais ont révélé (voir résultats du tableau ci-dessous, tests conduits à différentes vitessesV ir supérieures à 50 m/min) que soit les valeurs deTgétaient insuffisantes, inférieures à 190°C, soit les valeurs deArétaient trop faibles, inférieures à 4,0%. Par ailleurs, si la durée d’irradiationD ir du monobrin dans la chambre d’irradiation est trop longue (supérieur à 10 s par exemple), cela fait augmenter le risque de monter la résine à ébullition et donc de créer d’avantage de porosité et de dégrader les propriétés mécaniques, dont la contrainte rupture.Furthermore, if the irradiation time D ir of the single strand in the irradiation chamber is too short (less than 1.5 s), numerous tests have revealed (see results in the table below, tests conducted at different speeds V ir greater than 50 m/min) that either the Tg values were insufficient, less than 190° C., or the Ar values were too low, less than 4.0%. Furthermore, if the duration of irradiation D ir of the single strand in the irradiation chamber is too long (greater than 10 s for example), this increases the risk of bringing the resin to a boil and therefore of creating more porosity and degrade the mechanical properties, including the breaking stress.
On a constaté en outre qu’une vitesse d’irradiationV ir élevée (supérieure à 50 m/min, de préférence comprise entre 50 et 150 m/min) était favorable d’une part à un excellent taux d’alignement des filaments de verre à l’intérieur du monobrin en CVR, d’autre part à un meilleur maintien du vide dans la chambre à vide avec un risque nettement réduit de voir remonter une certaine fraction de résine d’imprégnation de la chambre d’imprégnation vers la chambre à vide, et donc à une meilleure qualité d’imprégnation.It has also been found that a high irradiation speed V ir (greater than 50 m/min, preferably between 50 and 150 m/min) was favorable on the one hand to an excellent alignment rate of the filaments of glass inside the single strand in CVR, on the other hand to a better maintenance of the vacuum in the vacuum chamber with a markedly reduced risk of seeing a certain fraction of impregnation resin rise from the impregnation chamber towards the chamber empty, and therefore to a better quality of impregnation.
Le diamètre du tube d’irradiation (de préférence en verre) est préférentiellement compris entre 10 et 80 mm, plus préférentiellement entre 20 et 60 mm.The diameter of the irradiation tube (preferably glass) is preferably between 10 and 80 mm, more preferably between 20 and 60 mm.
Préférentiellement, la vitesseV ir est comprise entre 50 et 150 m/min, plus préférentiellement dans un domaine de 60 à 120 m/min.Preferably, the speed V ir is between 50 and 150 m/min, more preferably in a range of 60 to 120 m/min.
Préférentiellement, la durée d’irradiationD ir est comprise entre 1,5 et 10 s, plus préférentiellement dans un domaine de 2 à 5 s.Preferably, the irradiation time D ir is between 1.5 and 10 s, more preferably in a range of 2 to 5 s.
Avantageusement, la chambre d’irradiation comporte une pluralité d’irradiateurs (ou radiateurs) UV, c’est-à-dire au moins deux (deux ou plus de deux) qui sont disposés en ligne autour du tube d’irradiation. Chaque irradiateur UV comporte typiquement une (au moins une) lampe UV (émettant de préférence dans un spectre de 200 à 600 nm) et un réflecteur parabolique au foyer duquel se trouve le centre du tube d’irradiation ; il délivre une puissance linéique préférentiellement comprise entre 2 000 et 14 000 watts par mètre. Plus préférentiellement encore, la chambre d’irradiation comporte au moins trois, en particulier au moins quatre irradiateurs UV en ligne.Advantageously, the irradiation chamber comprises a plurality of UV irradiators (or radiators), that is to say at least two (two or more than two) which are arranged in line around the irradiation tube. Each UV irradiator typically comprises one (at least one) UV lamp (preferably emitting in a spectrum from 200 to 600 nm) and a parabolic reflector at the focus of which is the center of the irradiation tube; it delivers a linear power preferably between 2,000 and 14,000 watts per meter. More preferably still, the irradiation chamber comprises at least three, in particular at least four UV irradiators in line.
Encore plus préférentiellement, la puissance linéique délivrée par chaque irradiateur UV est comprise entre 2 500 et 12 000 watts par mètre, en particulier comprise dans un domaine de 3 000 à 10 000 watts par mètre.Even more preferably, the linear power delivered by each UV irradiator is between 2,500 and 12,000 watts per meter, in particular within a range of 3,000 to 10,000 watts per meter.
Des radiateurs UV convenant au procédé de l'invention sont bien connus de l’homme du métier, par exemple ceux commercialisés par la société Dr. Hönle AG (Allemagne) sous la référence « 1055 LCP AM UK », équipés de lampes « UVAPRINT » (lampes au mercure haute pression dopé au fer). La puissance nominale (maximale) de chaque radiateur de ce type est égale à environ 13 000 Watts, la puissance délivrée effectivement pouvant être réglée avec un potentiomètre entre 30 et 100% de la puissance nominale.UV radiators suitable for the method of the invention are well known to those skilled in the art, for example those marketed by the company Dr. Hönle AG (Germany) under the reference "1055 LCP AM UK", equipped with "UVAPRINT" lamps. (iron doped high pressure mercury lamps). The nominal (maximum) power of each radiator of this type is equal to approximately 13,000 Watts, the power delivered actually being adjustable with a potentiometer between 30 and 100% of the nominal power.
De préférence, la température de la résine (composition de résine), dans la chambre d’imprégnation, est comprise entre 50°C et 95°C, plus préférentiellement entre 60°C et 90°C.Preferably, the temperature of the resin (resin composition), in the impregnation chamber, is between 50°C and 95°C, more preferably between 60°C and 90°C.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel, les conditions d’irradiation sont ajustées de telle manière que la température du monobrin en CVR, en sortie de la chambre d’imprégnation, soit supérieure à la Tg de la résine réticulée ; plus préférentiellement, cette température est supérieure à la Tg de la résine réticulée et inférieure à 270°C.According to another preferred embodiment, the irradiation conditions are adjusted in such a way that the temperature of the single strand in CVR, at the outlet of the impregnation chamber, is higher than the Tg of the crosslinked resin; more preferably, this temperature is higher than the Tg of the crosslinked resin and lower than 270°C.
Un autre objet de l’invention est un monobrin en CVR susceptible d’être obtenu par un procédé tel que décrit ci-dessus, en particulier un monobrin en CVR susceptible d’être obtenu par un procédé comprenant les étapes successives suivantes :
- réaliser un arrangement rectiligne de fibres (filaments) de verre et entraîner cet arrangement dans une direction d’avancement,
- dans une chambre à vide, dégazer l’arrangement de filaments de verre par l’action du vide,
- en sortie de la chambre à vide, après dégazage, traverser une chambre d’imprégnation sous vide de manière à imprégner ledit arrangement de filaments de verre par une composition de résine photoréticulable, à l’état liquide, « dite résine d’imprégnation », pour obtenir un imprégné contenant les filaments de verre et la composition de résine,
- faire passer ledit imprégné au travers d’une filière de calibrage ayant une section de surface et de forme prédéfinies, pour lui imposer une forme de monobrin (par exemple un monobrin de section droite ronde ou un ruban de section droite rectangulaire),
- en aval de la filière, dans une chambre d’irradiation UV, polymériser la résine sous l’action des UV,
- découper le filament de manière à obtenir des monobrins d’une longueur comprise dans un domaine allant de 5 à 85 mm,
de préférence dans lequel :
- la vitesse (V ir ) de passage du monobrin dans la chambre d’irradiation est supérieure à 50 m/min ;
- la durée (D ir ) de passage du monobrin dans la chambre d’irradiation est égale ou supérieure à 1,5 s et égale ou inférieure à 10 s ;
- la chambre d’irradiation comporte un tube transparent aux UV (tel qu’un tube en quartz ou de préférence en verre), dit tube d’irradiation, à travers lequel circule le monobrin en cours de formation, ce tube étant parcouru par un courant de gaz inerte, de préférence de l’azote,
- le monobrin en CVR présentant de préférence un diamètre allant de 0,2 à 1,3 mm.Another object of the invention is a single strand in CVR which can be obtained by a process as described above, in particular a single strand in CVR which can be obtained by a process comprising the following successive steps:
- make a rectilinear arrangement of glass fibers (filaments) and drive this arrangement in a forward direction,
- in a vacuum chamber, degas the arrangement of glass filaments by the action of vacuum,
- at the outlet of the vacuum chamber, after degassing, pass through a vacuum impregnation chamber so as to impregnate said arrangement of glass filaments with a photo-crosslinkable resin composition, in the liquid state, "called impregnation resin" , to obtain an impregnated containing the glass filaments and the resin composition,
- pass said impregnated through a calibration die having a predefined surface section and shape, to impose a single strand shape on it (for example a single strand of round cross section or a ribbon of rectangular cross section),
- downstream of the die, in a UV irradiation chamber, polymerize the resin under the action of UV,
- cutting the filament so as to obtain single strands of a length comprised in a range from 5 to 85 mm,
preferably in which:
- the speed ( V ir ) of passage of the single strand in the irradiation chamber is greater than 50 m/min;
- the duration ( D ir ) of passage of the single strand in the irradiation chamber is equal to or greater than 1.5 s and equal to or less than 10 s;
- the irradiation chamber comprises a tube transparent to UV (such as a quartz or preferably glass tube), called the irradiation tube, through which the single strand being formed circulates, this tube being traversed by a stream of inert gas, preferably nitrogen,
- the CVR single strand preferably having a diameter ranging from 0.2 to 1.3 mm.
On décrit ci-après des exemples de fabrication de monobrins en CVR selon l'invention et leur utilisation comme renforts de bandages pneumatiques.Examples of the manufacture of CVR single strands according to the invention and their use as tire reinforcements are described below.
La
On y voit une bobine 11a contenant, dans l’exemple illustré, des fibres de verre 11b (sous forme de multifilaments). La bobine est déroulée en continu par entraînement, de manière à réaliser un arrangement rectiligne 12 de ces fibres 11b. En général, les fibres de renforcement sont livrées en "rovings", c’est-à-dire déjà en groupes de fibres enroulées en parallèle sur une bobine ; par exemple, on utilise des fibres commercialisées par Owens Corning sous la désignation de fibre "Advantex", de titre égal à 1200 tex (pour rappel, 1 tex = 1 g/1000 m de fibre). C'est par exemple la traction exercée par la réception tournante 26 qui va permettre l'avancement des fibres en parallèle et du monobrin en CVR tout le long de l'installation 1.It shows a coil 11a containing, in the example shown, glass fibers 11b (in the form of multifilaments). The reel is unwound continuously by driving, so as to produce a rectilinear arrangement 12 of these fibers 11b. In general, the reinforcing fibers are delivered in "rovings", i.e. already in groups of fibers wound in parallel on a reel; for example, fibers marketed by Owens Corning under the designation “Advantex” fiber are used, with a titer equal to 1200 tex (as a reminder, 1 tex=1 g/1000 m of fiber). It is for example the traction exerted by the rotating reception 26 which will allow the advancement of the fibers in parallel and of the single strand in CVR all along the installation 1.
Cet arrangement 12 traverse ensuite une chambre à vide 13 (reliée à une pompe à vide non représentée), disposée entre une tubulure d'entrée 13a et une tubulure de sortie 13b débouchant sur une chambre d'imprégnation 14, les deux tubulures de préférence à paroi rigide ayant par exemple une section minimale supérieure (typiquement deux fois plus) à la section totale de fibres et une longueur très supérieure (typiquement 50 fois plus) à ladite section minimale.This arrangement 12 then passes through a vacuum chamber 13 (connected to a vacuum pump, not shown), arranged between an inlet pipe 13a and an outlet pipe 13b leading to an impregnation chamber 14, the two pipes preferably rigid wall having for example a minimum section greater (typically twice as much) than the total section of fibers and a much greater length (typically 50 times more) than said minimum section.
Comme déjà enseigné par la demande EP-A-1 174 250 précitée, l'utilisation de tubulures à paroi rigide, aussi bien pour l’orifice d’entrée dans la chambre à vide que pour l’orifice de sortie de la chambre à vide et le transfert depuis la chambre à vide jusqu’à la chambre d’imprégnation, s’avère compatible à la fois avec des cadences élevées de passage des fibres au travers des orifices sans rompre les fibres, mais aussi permet d’assurer une étanchéité suffisante. Il suffit, au besoin expérimentalement, de rechercher la plus grande section de passage, compte tenu de la section totale des fibres à traiter, permettant encore d’offrir une étanchéité suffisante, compte tenu de la vitesse d’avancement des fibres et de la longueur des tubulures. Typiquement, le vide à l'intérieur de la chambre 13 est par exemple de l'ordre de 0,1 bar, la longueur de la chambre à vide est d’environ 1 mètre.As already taught by the aforementioned application EP-A-1 174 250, the use of pipes with rigid walls, both for the inlet orifice in the vacuum chamber and for the outlet orifice of the vacuum chamber and the transfer from the vacuum chamber to the impregnation chamber proves to be compatible both with high rates of passage of the fibers through the orifices without breaking the fibers, but also makes it possible to ensure sufficient sealing . It suffices, if necessary experimentally, to seek the largest passage section, taking into account the total section of the fibers to be treated, still making it possible to offer sufficient sealing, taking into account the speed of advancement of the fibers and the length tubing. Typically, the vacuum inside the chamber 13 is for example of the order of 0.1 bar, the length of the vacuum chamber is approximately 1 meter.
En sortie de la chambre à vide 13 et de la tubulure de sortie 13b, l'arrangement 12 de fibres 11b traverse une chambre d'imprégnation 14 comportant un réservoir d'alimentation 15 (relié à une pompe doseuse non représentée) et un réservoir d’imprégnation 16 étanche totalement rempli de composition d'imprégnation 17 à base d’une résine durcissable du type vinylester (e.g., "ALTAC® E-Nova FW 2045" de AOC). A titre d’exemple, la composition 17 comporte en outre (à un taux pondéral de 1 à 2%) un agent photo-initiateur approprié pour le rayonnement UV et/ou UV-visible par lequel la composition sera ultérieurement traitée, par exemple l’oxyde de bis-(2,4,6-triméthylbenzoyl)-phénylphosphine ("Omnirad 819" de la société IGM). Elle peut également comporter (par exemple environ 5% à 15 %) d’un agent réticulant tel que par exemple le tris(2-hydroxy éthyl)isocyanurate triacrylate (« SR 368 » de la société Sartomer). Bien entendu, la composition d'imprégnation 17 est à l'état liquide.At the outlet of the vacuum chamber 13 and the outlet pipe 13b, the arrangement 12 of fibers 11b passes through an impregnation chamber 14 comprising a supply reservoir 15 (connected to a metering pump not shown) and a reservoir of Impregnation 16 sealed completely filled with impregnating composition 17 based on a curable resin of the vinyl ester type (e.g., "ALTAC® E-Nova FW 2045" from AOC). By way of example, composition 17 further comprises (at a weight rate of 1 to 2%) a photoinitiator agent suitable for UV and/or UV-visible radiation with which the composition will be subsequently treated, for example bis-(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphine oxide ("Omnirad 819" from the company IGM). It may also comprise (for example approximately 5% to 15%) of a crosslinking agent such as, for example, tris(2-hydroxyethyl)isocyanurate triacrylate (“SR 368” from the company Sartomer). Of course, the impregnation composition 17 is in the liquid state.
Préférentiellement, la longueur de la chambre d’imprégnation est de plusieurs mètres, par exemple comprise entre 2 et 10 m, en particulier entre 3 et 5 m.Preferably, the length of the impregnation chamber is several meters, for example between 2 and 10 m, in particular between 3 and 5 m.
Ainsi, ressort de la chambre d’imprégnation 14, dans une tubulure de sortie 18 étanche (toujours sous vide primaire), un imprégné qui comporte par exemple (% en poids) de 65% à 75% de fibres solides 11b, le reste (25 à 35%) étant constitué par la matrice liquide d'imprégnation 17.Thus, spring from the impregnation chamber 14, in a sealed outlet pipe 18 (still under primary vacuum), an impregnated material which comprises for example (% by weight) from 65% to 75% of solid fibers 11b, the remainder ( 25 to 35%) being constituted by the liquid impregnation matrix 17.
L'imprégné passe ensuite à travers des moyens de calibrage 19 comportant au moins une filière de calibrage 20 dont le canal (non représenté ici), par exemple de forme circulaire, rectangulaire ou encore conique, est adapté aux conditions particulières de réalisation. A titre d’exemple, ce canal a une section droite minimale de forme circulaire dont l'orifice aval a un diamètre légèrement supérieur à celui du monobrin visé. Ladite filière a une longueur qui est typiquement supérieure d'au moins 100 fois à la dimension minimale de la section minimale. Elle a pour fonction d'assurer une grande précision dimensionnelle au produit fini, elle peut également jouer un rôle de dosage du taux de fibre par rapport à la résine. Selon une variante de réalisation possible, la filière 20 peut être directement intégrée à la chambre d'imprégnation 14, ce qui évite par exemple l’emploi de la tubulure de sortie 18.The impregnated then passes through calibrating means 19 comprising at least one calibrating die 20 whose channel (not shown here), for example of circular, rectangular or even conical shape, is adapted to the particular conditions of production. By way of example, this channel has a minimal cross-section of circular shape, the downstream orifice of which has a diameter slightly greater than that of the targeted monofilament. Said die has a length which is typically at least 100 times greater than the minimum dimension of the minimum section. Its function is to ensure high dimensional precision in the finished product, it can also play a role in dosing the fiber content with respect to the resin. According to a possible alternative embodiment, the die 20 can be directly integrated into the impregnation chamber 14, which avoids, for example, the use of the outlet pipe 18.
Préférentiellement, la longueur de la zone de calibrage est de plusieurs centimètres, par exemple comprise entre 5 et 50 cm, en particulier entre 5 et 20 cm.Preferably, the length of the calibration zone is several centimeters, for example between 5 and 50 cm, in particular between 5 and 20 cm.
Grâce aux moyens de calibrage (19, 20) est obtenu à ce stade un monobrin composite "liquide" 21 (liquide au sens que sa résine d'imprégnation est toujours liquide) dont la forme de la section droite est préférentiellement essentiellement circulaire.Thanks to the calibration means (19, 20), a "liquid" composite monofilament 21 (liquid in the sense that its impregnating resin is always liquid) is obtained at this stage, the shape of the cross-section of which is preferably essentially circular.
En sortie des moyens de calibrage (19, 20), le monobrin composite liquide 21 ainsi obtenu est ensuite polymérisé par passage à travers une chambre d’irradiation UV (22) comportant un tube en verre étanche (23) à travers lequel circule le monobrin composite ; ledit tube, dont le diamètre est typiquement de quelques cm (par exemple 2 à 3 cm), est irradié par une pluralité (ici, par exemple 4) d’irradiateurs UV (24) en ligne (lampes "UVAprint" de la société Dr. Hönle, de longueur d’onde 200 à 600 nm) disposés à courte distance (quelques cm) du tube en verre.On leaving the calibration means (19, 20), the liquid composite single strand 21 thus obtained is then polymerized by passing through a UV irradiation chamber (22) comprising a sealed glass tube (23) through which the single strand circulates. compound; said tube, the diameter of which is typically a few cm (for example 2 to 3 cm), is irradiated by a plurality (here, for example 4) of UV irradiators (24) in line ("UVAprint" lamps from the company Dr Hönle, wavelength 200 to 600 nm) arranged at a short distance (a few cm) from the glass tube.
Préférentiellement, la longueur de la chambre d’irradiation est de plusieurs mètres, par exemple comprise entre 2 et 15 m, en particulier entre 3 et 10 m.Preferably, the length of the irradiation chamber is several meters, for example between 2 and 15 m, in particular between 3 and 10 m.
Le tube d’irradiation (23) est dans cet exemple parcouru par un courant d’azote.The irradiation tube (23) in this example is traversed by a stream of nitrogen.
Les conditions d’irradiation sont préférentiellement ajustées de telle manière que, en sortie de la chambre d’imprégnation, la température du monobrin en CVR, mesurée en surface de ce dernier (par exemple à l’aide d’un thermocouple), soit supérieure à la Tg de la résine réticulée (en d’autres termes supérieure à 190°C), et plus préférentiellement inférieure à 270°C.The irradiation conditions are preferably adjusted in such a way that, at the outlet of the impregnation chamber, the temperature of the single strand in CVR, measured at the surface of the latter (for example using a thermocouple), is higher to the Tg of the crosslinked resin (in other words greater than 190°C), and more preferably less than 270°C.
Une fois la résine polymérisée (durcie), le monobrin en CVR (25), cette fois à l’état solide, entraîné dans le sens de la flèche F, arrive ensuite sur sa bobine de réception finale (26).Once the resin has polymerized (cured), the CVR single strand (25), this time in the solid state, driven in the direction of the arrow F, then arrives on its final receiving reel (26).
On obtient finalement un bloc composite terminé de fabrication tel que schématisé très simplement à la
Grâce aux conditions opératoires décrites ci-dessus, le procédé de l'invention peut être mise en œuvre à haute vitesse, supérieure à 50 m/min, de préférence entre 50 et 150 m/min, plus préférentiellement dans un domaine de 60 à 120 m/min.Thanks to the operating conditions described above, the method of the invention can be implemented at high speed, greater than 50 m / min, preferably between 50 and 150 m / min, more preferably in a range of 60 to 120 m/min.
Le monobrin en CVR continu (25) peut être découpé à une longueur déterminée (non représenté sur la
L’invention a également pour objet un ballotin comprenant une pluralité de monobrins en CVR selon l’invention et au moins un élément de maintien des monobrins entre eux. De préférence, cet élément de maintien est un film sécable, par exemple déchirable, dispersible, hydrosoluble. De préférence, l’au moins un élément de maintien est un fil hydrosoluble.The invention also relates to a ballotin comprising a plurality of single strands in CVR according to the invention and at least one element for holding the single strands together. Preferably, this holding element is a breakable film, for example tearable, dispersible, water-soluble. Preferably, the at least one holding element is a water-soluble yarn.
Avantageusement, l’élément de maintien est un film hydrosoluble, préférentiellement en matériau choisi dans le groupe constitué par les alcools polyvinyliques (PVA) ou tout polymère hydrosolubles ou bioplastiques, tels que les bioplastiques issus de la caséine du lait. De préférence, l’au moins un film hydrosolubles est en matériau choisi dans le groupe constitué par les alcools polyvinyliques.Advantageously, the holding element is a water-soluble film, preferably made of a material chosen from the group consisting of polyvinyl alcohols (PVA) or any water-soluble or bioplastic polymer, such as bioplastics derived from milk casein. Preferably, the at least one water-soluble film is made of a material chosen from the group consisting of polyvinyl alcohols.
Le ballotin selon l’invention comprend avantageusement un nombre de monobrins compris dans un domaine allant de 300 à 20 000.The ballotin according to the invention advantageously comprises a number of single strands comprised in a range ranging from 300 to 20,000.
Les monobrins composant le ballotin peuvent être de dimensions identiques ou différentes. Par exemple, un ballotin peut comprendre des monobrins de longueur, de diamètre et/ou de rapport longueur sur diamètres différents. Avantageusement, le ballotin comprend des monobrins selon l’invention ayant des longueurs et diamètres ne présentant pas plus de 10%, de préférence pas plus de 3%, d’écart les uns par rapport aux autres.The single strands making up the ballotin can be of identical or different dimensions. For example, a ballotin can comprise single strands of different length, diameter and/or length to diameter ratio. Advantageously, the ballotin comprises single strands according to the invention having lengths and diameters not having more than 10%, preferably not more than 3%, of difference with respect to each other.
Comme indiqué précédemment, les monobrins selon l’invention sont particulièrement utiles en tant qu’additif pour béton. Ainsi, l’invention a également pour objet l’utilisation de monobrins en CVR selon l’invention ou d’un ballotin selon l’invention, pour renforcer du béton et/ou réduire le poids du béton et/ou réduire ou empêcher la fissuration du béton.As indicated above, the single strands according to the invention are particularly useful as an additive for concrete. Thus, the invention also relates to the use of single strands in CVR according to the invention or of a ballotin according to the invention, to reinforce concrete and/or reduce the weight of the concrete and/or reduce or prevent cracking concrete.
La présente invention a également pour objet un béton comprenant une pluralité de monobrins en CVR selon l’invention. Le béton peut être préparé selon toute technique bien connue de l’homme du métier.The present invention also relates to a concrete comprising a plurality of CVR single strands according to the invention. The concrete can be prepared using any technique well known to those skilled in the art.
Avantageusement, le taux volumique des monobrins selon l’invention dans le béton selon l’invention est compris dans un domaine allant de 0,1% à 6%, par exemple de 0,1% à 1,5% pour les bétons dit « classiques », par exemple de type BPS C40/50 XA3, ou de 1,5% à 6% pour les bétons fibrés à ultra hautes performances (BFUHP).Advantageously, the volumetric content of the single strands according to the invention in the concrete according to the invention is comprised in a range ranging from 0.1% to 6%, for example from 0.1% to 1.5% for concretes called " conventional”, for example of the BPS C40/50 XA3 type, or from 1.5% to 6% for ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC).
IV- EXEMPLESIV- EXAMPLES
IV-1 Mesures et tests utilisésIV-1 Measurements and tests used
Le taux de porosité a été mesuré selon le protocole :
- on a pris un monobrin en CVR réticulé,
- on l’a enrobé avec une résine d’enrobage à froid, de type époxy dans un appareil d’enrobage sous vide (CitoVac de la société Stuers),
-on a coupé le monobrin en CVR encollé à l’aide d’une guillotine hydraulique (SH-5214 de la société Baileigh)
- on a poli la section du monobrin en CVR à l’aide d’une polisseuse mécanique, de la société Mecapol jusqu’à un grain final de 0,25µm,
- on a effectué un dépôt de 1 à 4 nm d’or à l’aide d’un métaliseur à or (Cerssington de la série 108 ou 208 de la société Eloïse),
- on a observé la section du monobrin en CVR au microscope électronique à balayage sous vide (15kV), et
- à l’aide d’un programme de traitement d’image, FIJI par exemple, on a calculé le pourcentage surfacique de la porosité (%porosité = aire de porosité / (aire de porosité + aire des fibres + aire de la résine réticulée).The porosity rate was measured according to the protocol :
- we took a cross-linked CVR monofilament,
- it was coated with a cold mounting resin, of the epoxy type in a vacuum coating device (CitoVac from the company Stuers),
- the glued CVR single strand was cut using a hydraulic guillotine (SH-5214 from Baileigh)
- the section of the single strand was polished in CVR using a mechanical polisher, from the company Mecapol to a final grain of 0.25 µm,
- a deposit of 1 to 4 nm of gold was made using a gold metallizer (Cerssington of the 108 or 208 series from the company Eloïse),
- the section of the single strand was observed in CVR under a scanning electron microscope under vacuum (15kV), and
- using an image processing program, FIJI for example, the surface percentage of the porosity was calculated (%porosity = area of porosity / (area of porosity + area of the fibers + area of the crosslinked resin ).
Les propriétés mécaniques en extension du monobrin en CVR (moduleE 23 , contrainte ruptureCret allongement à la ruptureAr) ont été mesurées à l'aide d'une machine de traction « INSTRON » du type 5944 (logiciel BLUEHILL® UNIVERSAL fourni avec la machine de traction), selon la norme ASTM D2343, à une température de 23°C, sur des monobrins en CVR encollés (c’est-à-dire prêts à l’emploi). Pour éviter l’endommagement des renforts de verre lors de la préhension de l’échantillon dans les mors de la machine de traction, le collage de talon (Matériau : Carton de 50 mm de long ; Adhésif utilisé : Loctite EA 9483 (epoxy bi-composants)) a été réalisé de la manière suivante. Les surfaces des deux talons en vis-à-vis ont été encollées ainsi que le renfort afin de limiter au maximum les « zones sèches » (sans adhésif). Les talons ont été maintenus en place pour le temps de réticulation (12h à 23°C) dans un gabarit aux dimensions des éprouvettes d’essai, avec des masses sur les talons pour assurer un bon contact talon/renfort. Avant mesure, ces monobrins ont été soumis à un conditionnement préalable (stockage des monobrins pendant au moins 24 heures dans une atmosphère standard selon la norme européenne DIN EN 20139 (température de 23 ± 2°C ; hygrométrie de 50 ± 5 %)). Le module de traction a été déterminé par régression linéaire de la courbe contrainte en fonction de la déformation, entre 0,1% et 0,6% de déformation. Cette déformation a été enregistrée par l’extensomètre MultiXtens 1995DA801. Les échantillons de 260 mm testés ont subi une traction à une vitesse nominale de 5 m/min, sous une précharge avant essai de 0,5 MPa (longueur de référence 50 mm, distance entres les mors : 150 mm). Tous les résultats donnés sont une moyenne de 10 mesures.The mechanical properties in extension of the CVR single strand (modulus E 23 , breaking stress Cr and elongation at break Ar ) were measured using an "INSTRON" type 5944 tensile machine (BLUEHILL® UNIVERSAL software supplied with the tensile machine), according to the ASTM D2343 standard, at a temperature of 23° C., on glued CVR single strands (that is to say ready to use). To prevent damage to the glass reinforcements when gripping the sample in the jaws of the traction machine, the bead bonding (Material: Cardboard 50 mm long; Adhesive used: Loctite EA 9483 (epoxy bi- components)) was made in the following way. The surfaces of the two facing heels have been glued as well as the reinforcement in order to limit the "dry zones" as much as possible (without adhesive). The beads were held in place for the curing time (12 h at 23° C.) in a template with the dimensions of the test specimens, with weights on the beads to ensure good bead/reinforcement contact. Before measurement, these single strands were subjected to prior conditioning (storage of the single strands for at least 24 hours in a standard atmosphere according to European standard DIN EN 20139 (temperature of 23 ± 2° C.; humidity of 50 ± 5%)). The tensile modulus was determined by linear regression of the stress versus strain curve, between 0.1% and 0.6% strain. This deformation was recorded by the MultiXtens 1995DA801 extensometer. The 260 mm specimens tested underwent traction at a nominal speed of 5 m/min, under a pre-test preload of 0.5 MPa (reference length 50 mm, distance between the jaws: 150 mm). All results given are an average of 10 measurements.
IV-2 Essais sur les monobrinsIV-2 Tests on single strands
Des monobrins (M1 à M4) en CVR ont été fabriqués selon le procédé décrit précédemment avec un pourcentage massique de verre/résine de 70/30. La composition de résine utilisée était à base de résine vinylester (« ATLAC E-NOVA FW2045 » de la société), d’un durcisseur triacrylate (« SR 368 » de la société Sartomer) et d’un photoinitiateur (« Omnirad 819 » de la société IGM). Les fibres de verre des monobrins M1 et M2 étaient des fibres « R25H » de la société Owens Corning et celle des monobrins M3 et M4 étaient des fibres « SE1200 » de la société Owens Corning. Le diamètre et le tex des monobrins ainsi que leurs caractéristiques physiques et les propriétés mécaniques sont présentés dans le tableau 2 ci-dessous.Single strands (M1 to M4) in CVR were manufactured according to the process described previously with a mass percentage of glass/resin of 70/30. The resin composition used was based on vinylester resin (“ATLAC E-NOVA FW2045” from the company), a triacrylate hardener (“SR 368” from the company Sartomer) and a photoinitiator (“Omnirad 819” from IGM company). The glass fibers of the single strands M1 and M2 were “R25H” fibers from the company Owens Corning and that of the single strands M3 and M4 were “SE1200” fibers from the company Owens Corning. The diameter and the tex of the single strands as well as their physical characteristics and the mechanical properties are presented in Table 2 below.
(mm)Diameter
(mm)
(g/km)Glass fiber tex
(g/km)
Le taux de porosité et la contrainte rupture de ces monobrins ont été comparés à des fibres de renforcement pour béton de l’art antérieur. Il a été constaté que ces fibres de l’art antérieur présentent systématiquement un taux de porosité supérieur à 2% et une contrainte rupture inférieure ou égale à 1 050 Mpa.The porosity rate and the breaking stress of these single strands were compared to reinforcing fibers for concrete of the prior art. It has been found that these fibers of the prior art systematically have a porosity rate greater than 2% and a breaking stress less than or equal to 1050 MPa.
En raison de leur faible taux de porosité et de leur contrainte rupture élevée, les monobrins de l’invention permettent d’améliorer la résistance à la fissuration du béton.Due to their low level of porosity and their high breaking stress, the single strands of the invention make it possible to improve the resistance to cracking of concrete.
Il a ainsi été constaté que les monobrins conformes à l’invention présentent un compromis de performances entre notamment la résistance mécanique, la résistance à la corrosion, la processabilité (notamment la dispersibilité lors du mélangeage, la température de mise en œuvre et le maintien de l’homogénéité lors du séchage du béton).It has thus been found that the single strands in accordance with the invention have a performance compromise between in particular the mechanical strength, the corrosion resistance, the processability (in particular the dispersibility during mixing, the processing temperature and the maintenance of homogeneity during the drying of the concrete).
Claims (15)
- d’une résine réticulable choisie dans le groupe constitué par les résines vinylester, époxy, polyester et leurs mélanges,
- d’un système de réticulation comprenant un agent photoinitiateur réactif aux UV au-delà de 300 nm.
- a crosslinkable resin chosen from the group consisting of vinylester, epoxy, polyester resins and mixtures thereof,
- of a crosslinking system comprising a photoinitiator reactive to UV above 300 nm.
- réaliser un arrangement rectiligne de filaments de verre et entraîner cet arrangement dans une direction d’avancement,
- dans une chambre à vide, dégazer l’arrangement de filaments de verre par l’action du vide,
- en sortie de la chambre à vide, après dégazage, traverser une chambre d’imprégnation sous vide de manière à imprégner ledit arrangement de filaments de verre par une composition de résine photoréticulable ou thermodurcissable, à l’état liquide, « dite résine d’imprégnation », pour obtenir un imprégné contenant les filaments de verre et la composition de résine,
- faire passer ledit imprégné au travers d’une filière de calibrage ayant une section de surface et de forme prédéfinies, pour lui imposer une forme de monobrin,
- en aval de la filière, dans une chambre d’irradiation UV, polymériser la composition de résine sous l’action des UV, la chambre d’irradiation comportant un tube transparent aux UV, dit tube d’irradiation, à travers lequel circule le monobrin en cours de formation, parcouru par un courant de gaz inerte, la vitesse (notéeV ir ) de passage du monobrin dans la chambre d’irradiation étant supérieure à 50 m/min, la durée d’irradiation (notéeD ir ) du monobrin dans la chambre d’irradiation étant égale ou supérieure à 1,5 s,
- découper le filament de manière à obtenir des monobrins d’une longueur comprise dans un domaine allant de 5 à 85 mm.
- make a rectilinear arrangement of glass filaments and drive this arrangement in a direction of advance,
- in a vacuum chamber, degas the arrangement of glass filaments by the action of vacuum,
- at the outlet of the vacuum chamber, after degassing, pass through a vacuum impregnation chamber so as to impregnate said arrangement of glass filaments with a photo-crosslinkable or thermosetting resin composition, in the liquid state, "called impregnation resin », to obtain an impregnated containing the glass filaments and the resin composition,
- passing said impregnated through a calibration die having a surface section and predefined shape, to impose a single-strand shape on it,
- downstream of the die, in a UV irradiation chamber, to polymerize the resin composition under the action of UV, the irradiation chamber comprising a tube transparent to UV, called irradiation tube, through which the single strand circulates during formation, traversed by a current of inert gas, the speed (denoted V ir ) of passage of the single strand in the irradiation chamber being greater than 50 m/min, the duration of irradiation (denoted D ir ) of the single strand in the irradiation chamber being equal to or greater than 1.5 s,
- cutting the filament so as to obtain single strands of a length comprised in a range ranging from 5 to 85 mm.
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