CA2086568C

CA2086568C - Procede pour le piquage d'une piece fibreuse, piece fibreuse ainsi obtenue et piece composite fibres-matrice obtenue a partir de ladite piece fibreuse

Info

Publication number: CA2086568C
Application number: CA002086568A
Authority: CA
Inventors: Etienne Lemaire; Lucien Fantino
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1992-01-24
Filing date: 1992-12-31
Publication date: 2000-09-26
Anticipated expiration: 2012-12-31
Also published as: JPH0686877A; EP0553000B1; CA2086568A1; JP3396244B2; FR2686627B1; FR2686627A1; DE69305755T2; EP0553000A1; US5333562A; DE69305755D1

Abstract

- Procédé pour le piquage, au moyen d'un fil en fibre technique (carbone, verre, aramide, etc...), d'une pièce fibreuse (1) destinée à la réalisation d'une pièce composite fibres-matrice.
- Selon l'invention :
. le fil d'aiguille (4) est constitué par un fil souple résistant à la traction ;
. le fil de navette (5) est constitué par ledit fil en fibre technique ;
. la tension du fil de navette (5) et la tension du fil d'aiguille (4) sont réglées à des niveaux suffisamment faible et suffisamment élevé, respectivement, pour que, à la fin d'un point de piqûre (7), ledit fil de navette (5) fasse saillie (en 9A) à l'extérieur de ladite pièce fibreuse (1), du côté de la face (2) de celle-ci, et ledit fil d'aiguille (4) se trouve complètement à l'extérieur de ladite pièce fibreuse (1), également du côté de ladite face (2).

Description

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Procédé pour le piquage d'une pièce fibreuse, pièce fibreuse ainsi obtenue et pièce _c_o_mposite fibres-matrice obtenue à partir de ladite pièce fibreuse.
La présente invention concerne la réalisation d'arma-tures pour la fabrication de pièces composites fibres-matrice à hautes performances mécaniques et/ou ther-miques.
On sait que, pour la réalisation de telles pièce s composites, on réalise des armatures fibreuses que l'on emprisonne dans une matrice durcissable. Les fibres susceptibles d'être utilisées pour la réalisation de telles armatures fibreuses sont par exemple en carbone, en bore, en verre, en aramide, etc... Ci-après, de telles fibres seront appelées "fibres techniques".
On sait de plus que, dans la réalisation desdites armatures fibreuses, on met souvent en oeuvre des processus de piquage au moyen de telles fibres tech-niques. En effet, par piquage on peut, par exemple .
- assembler des pièces fibreuses individuelles pour former l'armature dêsirée - lier entre elles des couches de matière fibreuse superposées pour former une pièce fibreuse, à partir de laquelle on réalisera une armature ou un élément d'armature ;
- introduire des fibres de direction désirêe dans une pièce fibreuse.
Les essais de piquage de telles pièces fibreuses avec des fils continus constituês de fibres techniques, par la mise en oeuvre de machines à coudre classiques, se sont révêlés dêcevants, sinon impossibles. En effet, à
cause de leur nature, les fils de fibres techniques introduits par l'aiguille de piquage dans lesdites pièces fibreuses sont dëtériorés par cette aiguille, au ~~~Jüûz~~(~
point de se rompre fréquemment, arrêtant un processus de piquage en cours. Par ailleurs, la fréquence des rup-tures des fils de piquage est alors d'autant plus grande que la pièce fibreuse est plus épaisse, de sorte que le piquage de pièces fibreuses épaisses est impossible.
De toute façon, même lorsque le fil en fibre technique ne casse pas lors du piquage, il peut casser après celui-ci, car, à chaque point de couture, une zone fragilisée est créée au croisement du fil d'aiguille et du fil de navette.
Aussi, pour pouvoir piquer une telle pièce fibreuse avec un fil en fibre technique, on a été amené à réaliser des dispositifs de piquage complexes et/ou comportant un support spécial pour la pièce fibreuse à piquer, comme ceux par exemple décrits dans les documents US-A-2 283 802 et US-A-3 322 868.
La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et de permettre le piquage de pièces en fibres techniques au moyen de fils, également en fibres techniques, par la mise en oeuvre de machines à coudre classiques, même dans le cas où lesdites pièces sont épaisses.
A cette fin, selon 1°invention, le procédé pour 1e piquage, au moyen d'un fil en fibre technique, d'une pièce fibreuse destinée à la rêalisation d'une pièce composite fibres-matrice, procédé selon lequel 1e piquage est réalisé avec entrelacement d'un fil d'ai-guille et d'un fil de navette d°une façan telle que, à
chaque point de piqûre, le fil d'aiguille est introduit dans ladite pièce fibreuse par une aiguille, qui est animêe d'un mouvement alternatif et qui, dans sa course aller, traverse ladite pièce fibreuse en pénétrant par n ~
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une première face de celle-ci et en en ressortant par une seconde face opposée à la premiêre, ledit fil de navette étant alors entremêlé audit fil d'aiguille du côté de ladite seconde face, tandis que, lors de la course retour de ladite aiguille, le fil de navette est tiré par ledit fil d'aiguille à l'intérieur de ladite pièce fibreuse, est remarquable en ce que .
- ledit fil d°aiguille est constitué par un fil souple résistant à la traction ;
- ledit fil de navette est constitué par ledit fil en fibre technique, et - la tension du fil de navette et la tension du fil d'aiguille sont réglées à des niveaux suffisamment faible et suffisamment élevë, respectivement, pour que, à la fin dudit point de piqûre, ledit fil de navette fasse saillie à l'extérieur de ladite pièce fibreuse, du côté de ladite premiêre face de celle-ci, et ledit fil d'aiguille se trouve complëtement à
l'extérieur de ladite pièce fibreuse, également du

2~ côté de ladite première face de celle-ci.
Ainsi, grâce â l'invention, le fil de fibre technique ne peut être rompu ou fragilisé par l'aiguille de piquage.
Le fil de fibre technique n'est qu'au contact du fil souple d'aiguille, qui le tire dans la piêce fibreuse.
On remarquera que la prësente invention va à l'encontre des connaissances de l'homme du métier, puisque celui-ci a toujours utilisé comme fil d'aiguille, le fil avec lequel il désirait rêaliser un piquage.
A cause du réglage particulier des tensions de fils utilisés dans la présente invention, seul le fil de fibre technique est emprisonné â l'intérieur de ladite pièce fibreuse. Le fil souple est extérieur à celle-ci et ne peut donc constituer une hétërogënë:ité pour ladite pièce fibreuse. Un tel fil souple d'aiguille, n'int er-venant que comme moyen auxilïaire de traction du fil de navette en fibre technique, peut être formë par tout fil connu présentant la résistance à la traction appropriée à son office. I1 peut, par exemple, être constitué par un fil textile connu, en fibre naturelle ou synthëtique.
De plus, étant extérieur â ladite pièce fibreuse, il peut être facilement éliminé de cette dernière.
On remarquera, de plus, que, étant donnê la texture fibreuse de ladite pièce, les portions du fïl de fibre technique se trouvant à l'intérieur de la pièce fibreuse sont maintenues en place par 1a pression latërale exercée par les autres fibres de ladite pièce. Par suite, il est possible, êventuellement, d'éliminer les parties du fil de fibre technique qui apparaissent sur lesdites première et seconde faces de la pièce fibreuse, sans pour cela nuire à la solïditë des points de piqûre.
On sait que, sur les machines â coudre classiques, il existe des moyens de réglage de la tension du fil d'aiguille et des moyens de freinage du fil de navette.
Afin d'obtenir le "point" de piqûre conforme à la présente invention, il peut être nëcessaire de prévoir des moyens supplëmentaires, tels que chicanes, freins de fil à flasques, etc..., pour augmenter jusqu'au niveau appropriê la tension du fil textile d'aiguille. En revanche, il peut être nécessaire de diminuer la tension imposée au fil de navette par lesdits moyens de frei-nage, par exemple en rêduisant au maximum les frotte-ments intervenant dans leur fonctionnement.
Par ailleurs, an remarquera qu'il est avantageux gue la machine â coudre utilisée pour mettre en oeuvre le procédé conforme à la prësente invention comporte, de façon usuelle, un pied-de-biche poux engager et guider ~ûôû~~~
ladite pièce fibreuse dans un déplacement relatif par rapport à l'aiguille, permettant la réalisation de suites de points de piqûre. En effet, 1e pied-de-biche exerce une pression sur ladite pièce fibreuse et donc un 5 tassage de celle-ci. Un tel tassage favorise la rëali-sation du point conforme à l'invention et la mise à
ëpaisseur de ladite pièce fibreuse.
La présente invention concerne, de plus, une pièce fibreuse destinëe à la réalisation d'une pièce composite fibres-matrice soumise à une opération de piquage à
l'aide d'un fil d'aiguille et d'un fil de navette et remarquable en ce qu'elle comporte des fibres techniques la traversant parallèlement à son épaisseur et formëes par ledit fil de navette.
L'invention concerne également une pièce composite fibres-matrice réalisée à partir d'une telle pièce fibreuse par formation de ladite matrice dans cette dernière. De préférence, dans cette pièce composite, lesdites fibres techniques ne sont pas reliêes les unes aux autres par des portions de fil de navette transver-sales à l'épaisseur de ladite pièce fibreuse.
Les figures du dessin annexê feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments sem blables.
La figure 1 est une vue schématique, en coupe, d'une pièce fibreuse, permettant d'illustrer la formation, de façon connue, de points de couture dans ladite pièce à
l'aide d'un fil d'aiguille et d'un fil de navette.

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La figure 2 est une vue en coupe schématique, analogue à
la figure 1, illustrant les points de couture conformé-ment à la prêsente invention.
La figure 3 montre, en vue analogue, la pièce fibreuse de la figure 2, après élimination des parties des fils d'aiguille et de navette extérieures à ladite pièce fibreuse.
La pièce 1, montrée sur les figures 1 à 3, est cons-tituée de fibres techniques (carbone, verre, aramide, bore, etc...) et elle présente des faces opposées z et

3. Elle peut se présenter sous la forme d'un tissu, éventuellement imprégné de résine durcissable, ou bien sous la forme d'un matelas dans lequel les fibres, sèches ou préimprégnêes de résine durcissable, sont disposées de façon organisée, suivant deux ou plusieurs directions déterminées ou bien distribuées de façon aléatoire. La pièce fibreuse 1 peut même être constituée de plusieurs couches individuelles superposées.
Sur la figure 1, on a illustré schématiquement le processus de piquage de ladite pièce fibreuse 1 au moyen d'un fil d'aiguille 4 provenant d'une bobine, par l'in-termédiaire de moyens de réglage de tension, et d'un fil de navette 5 provenant d'une canette, par l'intermé-diaire de moyens de freinage de fil. Sur cette figure, à
des fins de clarté, on n'a pas représenté l'aiguille, la navette, la bobine de fil d'aiguille, la canette, lesdits moyens de réglage de tension et lesdits moyens de freinage ; de plus, on y a supposé qu'un mouvement relatif de déplacement existait entre l'aiguille et la pièce fibreuse 1, ce déplacement relatif étant symbolisé
par la flèche D.

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Ainsi, comme cela est illustré schématiquement â l'ex-trémité de droite de la figure 1, l'aiguille dans laquelle passe le fil d'aiguille 4 pénètre dans la pièce fibreuse 1 à travers la face 2 de celle-ci, traverse ladite pièce fibreuse parallèlement à son épaisseur e et fait saillie à l'extérieur de la face 3 en formant une boucle 6 avec le fil d'aiguille 4. La navette, disposée du côté de la face 3 et contenant la canette de fil de navette 5, traverse alors la boucle 6. Dès que la boucle 6 a ainsi été traversée par le fil de navette 5, l' ai-guille se relève, tire avec elle son propre fil d'ai-guille 4 et serre la boucle 6 qui emprisonne le fil 5 provenant de la navette et le tire par l'intermédiaire du fil d'aiguille 4. Ce processus est répété tout au long d'une ligne de piqûre grâce au mouvement de dëpla-cement relatif D. On obtient ainsi une suite de points de piqûre 7.
A chaque point de piqûre 7 terminê, le fil d'aiguille 4 et 1e fil de navette 5 forment chacun une boucle, respectivement 8 et 9, lesdites boucles 8 et 9 passant l'une dans l'autre et formant un point de contact 10 entre le fil d'aiguille 4 et le fil de navette 5.
De façon usuelle, les mayens de réglage de la tension du fil d'aiguille 4 et les moyens de freinage du .fil de navette 5 sont réglés pour que les points de contant 10 se trouvent dans ,l'épaisseur de la pièce fibreuse 1, comme cela est représenté sur la figure 1.
Les différents points de piqûre 7 sont reliés 1°un à
l'autre par des ponts 11 du fil d'aiguille et par des ponts 12 du fil de navette, lesdits ponts 11 reposant sur la face 2 de la pièce fibreuse 1, tandis que les ponts 12 reposent sur la face 3 de cette dernière.

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Si,l'on désire ïntroduire dans la pièce fibreuse 1 des fibres techniques par piquage et que, à cet effet, on utilise pour le fil d'aiguille 4 et pour le fil de navette 5 des fils continus constituës de telles fibres techniques, on constate que le fil d'aïguille 4 casse fréquemment, d'autant plus fréquemment que 1a pièce fibreuse 1 est plus épaisse, rendant le piquage pratiquement impossible. De plus, dans les points 7 réalisés entre deux casses de fil, aux points de contact 0 10, le fil d'aiguille 4 est grandement fragilïsé, de sorte que des ruptures dudit fil d'aiguille 4 peuvent se produire au niveau des points de contact 10 après piquage.
Pour remédier à cet inconvénient et permettre d'intro-~5 duite dans la pièce fibreuse 1 des fibres techniques par piquage au moyen d'une machine à coudre ordinaire, selon l'invention - on choisit, pour le fil d'aiguille 4, un fil textile classique résistant à la traction ;
20 - on choisit, pour le fil de navette 5, le fil en fibre technique que l'on veut introduire dans la pièce fibreuse 1 ;
- on règle la tension du fil d'aiguille 4 à un niveau ëlevé, par rêglage adéquat desdits moyens de réglage Z5 lie tension et, éventuellement, en prévoyant de tels moyens additionnels ; et - on règle la tension du fil de navette 5 à un niveau faible, par réduction du freinage procuré par lesdits moyens de freinage.
30 Ainsi, par rëglage adëquat des tensions du fil d°ai guille 4 et du fil de navette 5 à ces niveaux, élevé et faible, respectifs, on fait.en sorte que, selon l'inven tion, à la fin d'un point de piqîire (réalisé comme expliquê ci-dessus en regard de 1a partie droite de la 35 figure 1) .

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la boucle 8 du fil d'aiguille 4 disparaît, ledit fil 4 reposant de façon rectiligne sur la face 2 de la pièce fibreuse 1 ; et - la boucle 9 du fil de navette 5, traversée par ledit fil 4, est tirée par celui-ci, jusqu'à ce que son extrémité 9A (qui coopère avec le fil d'aiguille 4 pour la traction à travers la pièce fibreuse 1) fasse saillie par rapport à ladite face 2 de la pièce fibreuse 1.
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Ainsi, à l'intérieur de la pièce fibreuse 1, seules subsistent les deux branches 9B de chacune des boucles 9, le fil 4 reposant, tendu, sur la face 2 de la pièce fibreuse 1, tandis que, du côté de la face 3 de celle-ci, subsistent des ponts 12. Ceci est illustré schéma-tiquement par la figure 2.
Les branches 9B des boucles 9 du fil de navette 5 (fil en fibre technique) sont pressëes et maintenues en place à l'intërieur de la pièce fibreuse 1 par les fibres constituant celle-ci. Par suite, comme cela est illustrê
sur la figure 3, après piquage, il est possible d°ëli-miner, du côté de la face 2, le fil textile 4 et les extrémités 9A des boucles 9 du fil de navette 5, et/ou, du côté de la face 3, les ponts 12 dudit fil de navette 5, sans nuire à la qualité de la liaison êtablie à
travers la pièce fibreuse 1 par les branches 9B, consti-tuant ainsi des fibres techniques transversales à la pièce fibreuse 1.
De telles fibres transversales 9B peuvent servir à
assembler des couches fibreuses individuelles de la piêce fibreuse 1 (pour former un êlément fibreux épais ou bien pour solidariser les bords chevauchants de deux êlêments fibreux individuels), ou bien encore à former c'~ ~j': (~ n .,. ~e T) ~UÜØ~iØ~
des fibres techniques de renfort parallèlement à 1°épais-seur de ladite pièce fibreuse 1.
Si, de façon usuelle, la machine à coudre utilisée pour mettre en oeuvre l'invention comporte un pied-de-biche 5 destiné à guider la pièce fibreuse 1 dans son défilement D par rapport à l'aiguille, on comprend que ce pied-de-biche peut servir au tassement, parallèlement à l'épais-seur de la pièce fibreuse 1, des fibres constituant celle-ci, de sorte que cette ëpaïsseur est régulée et que la formation du point de piqûre, conforme à l'in-vention et illustrée par la figure 2, en est facilitée.
Bien entendu, après réalisation du piquage selon 1°inven-tion, la pièce fibreuse 1 peut subir toutes les opéra-tions connues d'imprégnation et de durcissement de 5 matrice. On remarquera d'ailleurs que l'élimination du fil 4, des extrémités 9A et/au des ponts 12 peut étre réalisée éventuellement après obtention de la pièce composite-matrice réalisée à partir de la pièce fi-breuse 1.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme suit:

1- Procédé pour le piquage d'une pièce fibreuse au moyen d'un fil en fibre technique dans le but de réaliser une pièce composite fibres-matrice, comportant, à chaque point de piqûre, les étapes suivantes:
(a) insérer dans ladite pièce fibreuse, par une aiguille, un fil d'aiguille constitué
d'un fil souple résistant à la traction, ladite aiguille étant introduite selon un mouvement alternatif et passant, durant sa course aller, au travers de ladite pièce fibreuse, pénétrant par une première face de celle-ci et ressortant par une seconde face opposée à la première;
(b) entremêler un fil de navette en fibre technique avec ledit fil d'aiguille du côté
de ladite seconde face, et alors durant la course retour de ladite aiguille, le fil de navette est tiré par ledit fil d'aiguille à l'intérieur de ladite pièce fibreuse pour former une boucle de fil de navette; et (c) ajuster la tension du fil de navette à un niveau relativement faible, ajuster la tension du fil d'aiguille à un niveau relativement élevé, tirer la boucle du fil de navette jusqu'à ce que l'extrémité de la boucle fasse saillie à l'extérieur de ladite pièce fibreuse sur ladite première face de celle-ci, déplaçant simultanément le fil d'aiguille jusqu'à ce que le fil d'aiguille se trouve complètement à l'extérieur de ladite pièce fibreuse sur ladite première face de celle-ci.

2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fil souple constituant le fil d'aiguille est un fil textile en fibre naturelle ou synthétique.

3- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit fil souple constituant le fil d'aiguille est éliminé après piquage de ladite pièce fibreuse.

4- Procédé selon l'une quelconques des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parties du fil de navette, qui apparaissent sur lesdites première et seconde faces de ladite pièce fibreuse sont éliminées après piquage de celle-ci.