MATERIAU COMPOSITE COMPOSITE MATERIAL
La présente invention se rapporte à un matériau composite à base de résine thermodurcissable renforcée de filaments de carbone, rethermoformable à volonté après polymérisation de la résine.The present invention relates to a composite material based on thermosetting resin reinforced with carbon filaments, rethermoformable at will after polymerization of the resin.
Il a déjà été proposé, notamment dans le EP-A2-174 216, un matériau d'orthèse composite thermoformable, destiné à former un élément d'orthèse, composé d'une résine polymérisée renforcée par des fibres. Un matériau similaire est décrit dans le FR-A1-2 284 634. Les fibres ou filaments utilisés sont destinés à renforcer le composite et sont choisis à cet effet dans la catégorie des matériaux dont le module d'élasticité est > 50 GPa. Parmi ces filaments, on trouve les filaments de carbone, de verre, d'aramide. Généralement ces filaments (ou multi-filaments) sont tissés pour être incorporés à la ré¬ sine.It has already been proposed, in particular in EP-A2-174 216, a thermoformable composite orthosis material, intended to form an orthosis element, composed of a polymerized resin reinforced with fibers. A similar material is described in FR-A1-2 284 634. The fibers or filaments used are intended to reinforce the composite and are chosen for this purpose from the category of materials whose elastic modulus is> 50 GPa. Among these filaments, there are carbon, glass, aramid filaments. Generally these filaments (or multi-filaments) are woven to be incorporated into the re¬ sine.
Le renforcement avec des filaments de verre donne au matériau une bonne résistance, il permet de le rethermoformer après polymérisation de la résine, mais la densité du verre conduit à un matériau relativement lourd, ce qui, dans le domaine de l'orthopédie notamment constitue un grave inconvé¬ nient.Reinforcement with glass filaments gives the material good resistance, it allows rethermoforming after polymerization of the resin, but the density of the glass leads to a relatively heavy material, which in the field of orthopedics in particular constitutes a serious drawback.
Le renforcement avec des filaments de carbone générale¬ ment tissés dont le module d'élasticité est beaucoup plus élevé que celui du verre et dont la densité est beaucoup plus faible, donne un matériau léger et de haute résistance mécani¬ que qui se prête particulièrement bien à des applications orthopédiques notamment. Toutefois de tels matériaux présen¬ tent une très mauvaise aptitude au thermoformage après polymé¬ risation de la résine ce qui constitue un grave inconvénient notamment en orthopédie. Dans certaines conditions, il est possible de thermoformer une fois le matériau formé de résine thermodurcissable renforcée de filaments de carbone, mais on ne connait pas de telles résines ainsi renforcée rettiermofor- mableε à volonté. Or, cette propriété est souhaitable, notam¬ ment dans le domaine orthopédique, pour permettre d'adapter
l'orthèse. En effet, après une fracture par exemple, il arrive que celle-ci soit accompagnée d'une enflure, nécessitant une réadaptation de l'orthèse après disparition de l'enflure. Après quelques semaines d'immobilisation, la musculature s'at¬ rophie nécessitant une nouvelle adaptation. Ces exemples mon¬ trent la nécessité de pouvoir effectuer de multiples rethermo- formages de la résine renforcée de filament de carbone pour adapter l'orthèse aux évolutions sus-mentionnées.Reinforcement with generally woven carbon filaments whose elastic modulus is much higher than that of glass and whose density is much lower, gives a light material with high mechanical resistance which lends itself particularly well to orthopedic applications in particular. However, such materials present a very poor aptitude for thermoforming after polymerization of the resin, which constitutes a serious drawback, especially in orthopedics. Under certain conditions, it is possible to thermoform once the material has been formed from thermosetting resin reinforced with carbon filaments, but no such resins are thus known, thus reinforced at will. However, this property is desirable, especially in the orthopedic field, to allow adaptation the orthosis. Indeed, after a fracture for example, it happens that it is accompanied by swelling, requiring a readjustment of the orthosis after disappearance of the swelling. After a few weeks of immobilization, the musculature atrophies requiring a new adaptation. These examples show the need to be able to carry out multiple rethermoformings of the resin reinforced with carbon filament in order to adapt the orthosis to the above-mentioned developments.
Compte tenu de leur module d'élasticité élevé, les fila¬ ments de carbone ne peuvent pas s'allonger lors du thermofor¬ mage du matériau composite. En outre, la mouillabilité de ces filaments de carbone par la résine n'est pas très bonne. Il en résulte que lors du thermoformage, une face de la nappe de renforcement est soumise à un effort de traction tandis que la face opposée est soumise à un effort de compression lors du cintrage du composite. De ce fait, la résine se fissure sur la face convexe et forme des bourrelets sur la face concave. Compte tenu des efforts de cisaillement entre la nappe de filaments de carbone et la résine et des problèmes de mouilla¬ bilité, le matériau composite se délamine. Dans tous les cas un tel matériau ne peut être thermoformé qu'à l'aide d'un outillage particulier et ne peut ensuite plus être rethermo- forroé, ce qui empêche les adaptations successives que peut demander une orthèse, comme on l'a expliqué précédemment.In view of their high modulus of elasticity, the carbon filaments cannot elongate during the thermoforming of the composite material. In addition, the wettability of these carbon filaments by the resin is not very good. As a result, during thermoforming, one face of the reinforcing ply is subjected to a tensile force while the opposite face is subjected to a compressive force during the bending of the composite. As a result, the resin cracks on the convex face and forms beads on the concave face. In view of the shear forces between the sheet of carbon filaments and the resin and the problems of wettability, the composite material delaminates. In all cases, such a material can only be thermoformed using a special tool and can then no longer be rethermo-forroated, which prevents the successive adaptations that an orthosis may require, as explained. previously.
Il apparaît donc qu'actuellement les filaments de carbone ne sont utilisables pour renforcer de la résine que pour fabriquer des éléments, dans le domaine de l'orthopédie ou dans d'autres domaines, qui ne nécessitent pas d'être rether- oformés à volonté après polymérisation de la résine consti¬ tuant la matrice et que seules les résines renforcées de filaments de verre se prêtent à des rethermoformages à vo¬ lonté, mais en conduisant à un matériau beaucoup plus lourd et à un module d'élasticité inférieur à celui renforcé par des filaments de carbone.It therefore appears that currently the carbon filaments can only be used to reinforce the resin for manufacturing elements, in the field of orthopedics or in other fields, which do not need to be retheroformed at will. after polymerization of the resin constituting the matrix and only the resins reinforced with glass filaments lend themselves to rethermoforming as desired, but leading to a much heavier material and to a lower modulus of elasticity than that reinforced by carbon filaments.
Le but de la présente invention est de permettre la réalisation d'un matériau composite léger, renforcé par des filaments de carbone qui soit rethermoformable à volonté.
A cet efet, la présente invention a pour objet un matériau stratifié thermoformable selon la revendication 1.The object of the present invention is to allow the production of a light composite material, reinforced with carbon filaments which is rethermoformable at will. To this end, the present invention relates to a thermoformable laminate material according to claim 1.
La présence d'une couche médiane à pores ouverts à faible module d'élasticité, compressible, permet de réaliser un excellent accrochage entre la résine et la couche médiane et d'absorber les contraintes de traction et de compression grâce à la capacité de compression de cette couche médiane. Dès lors on ne constate plus ni fissures, ni bourrelets, ni délaminage après cintrage du matériau composite et celui-ci peut être rethermoformé des dizaines de fois sans subir aucune dégrada¬ tion.The presence of an open pore middle layer with low elastic modulus, which is compressible, makes it possible to achieve excellent bonding between the resin and the middle layer and to absorb the tensile and compressive stresses thanks to the compression capacity of this middle layer. Therefore there are no more cracks, beads, or delamination after bending the composite material and it can be rethermoformed dozens of times without undergoing any degradation.
D'autres avantages du matériau composite objet de l'in¬ vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre.Other advantages of the composite material which is the subject of the invention will become apparent during the description which follows.
La structure du matériau composite selon l'invention est toujours symétrique par rapport à une couche médiane qui peut être fabriquée notamment à partir de polyuréthannes, polyolé- fines, polychlorure de vinyle (PVC), etc. sous forme d'une couche de 0,1 à 10 mm d'épaisseur, poreuse à pores ouverts et présentant un module d'élasticité < 2 GPa et une densité inférieure à 1.The structure of the composite material according to the invention is always symmetrical with respect to a middle layer which can be produced in particular from polyurethanes, polyolefins, polyvinyl chloride (PVC), etc. in the form of a layer 0.1 to 10 mm thick, porous with open pores and having a modulus of elasticity <2 GPa and a density less than 1.
De part et d'autre de cette couche médiane, le matériau comporte au moins une nappe de filaments de renforcement qui peut être sous forme d'un tissu dont le module d'élasticité est > 50 GPa composé de filaments de carbone.On either side of this middle layer, the material comprises at least one layer of reinforcing filaments which can be in the form of a fabric whose elastic modulus is> 50 GPa composed of carbon filaments.
L'ensemble de cette structure est noyé dans une matrice de résine qui est une résine thermodurcissable, de préférence un mélange d'une résine insaturée à basse fonctionnalité, qui confère la flexibilité, et d'une résine insaturée à haute fonctionnalité, qui confère la dureté, la proportion entre les deux, variant selon la balance de dureté/flexibilité désirée. L'initiateur de polymérisation est un peroxyde organique.The whole of this structure is embedded in a resin matrix which is a thermosetting resin, preferably a mixture of an unsaturated resin with low functionality, which confers flexibility, and of an unsaturated resin with high functionality, which confers hardness, the proportion between the two, varying according to the desired hardness / flexibility balance. The polymerization initiator is an organic peroxide.
Pour augmenter la flexibilité et diminuer la densité, on peut incorporer au mélange des charges fines, légères, poreu¬ ses, inorganiques ou organiques. La charge fine peut être obtenue par broyage cryogénique de polymères poreux, par exem¬ ple du PVC poreux dont la densité est inférieure à 1.To increase flexibility and decrease density, fine, light, porous, inorganic or organic fillers can be incorporated into the mixture. The fine filler can be obtained by cryogenic grinding of porous polymers, for example porous PVC whose density is less than 1.
La résine peut être teintée à l'aide d'un colorant compa¬ tible et une certaine proportion de charges minérales à haute
conductivité thermique peut y être incorporée pour accélérer la polymérisation.The resin can be tinted using a compatible dye and a certain proportion of high mineral charges. thermal conductivity can be incorporated to speed up polymerization.
De préférence, la structure décrite ci-dessus est complé¬ tée par au moins deux nappes d'un tissu dont le module d'élas¬ ticité est compris entre 2 et 5 GPa et l'allongement à la rupture se situe entre 40 % et 300 %. Ces tissus thermoplasti¬ ques sont couramment produits à partir de polyesters, de polyamides aliphatiques, de polyacryliques, etc. Ces deux nappes à moyen module d'élasticité sont disposées du cβté de la face externe de chaque nappe de filaments de renforcement. Au moins deux nappes à moyen module d'élasticité supplémen¬ taires peuvent être insérées respectivement entre .la couche médiane et les deux nappes de filaments de carbone.Preferably, the structure described above is complemented by at least two plies of a fabric whose elastic modulus is between 2 and 5 GPa and the elongation at break is between 40% and 300%. These thermoplastic fabrics are commonly produced from polyesters, aliphatic polyamides, polyacrylics, etc. These two plies with modulus of elasticity are arranged on the side of the external face of each ply of reinforcing filaments. At least two plies with additional modulus of elasticity can be inserted respectively between the middle layer and the two plies of carbon filaments.
Dans tous les cas chaque nappe de filaments de carbone et chaque nappe à moyen module d'élasticité peut être doublée pour se trouver par paires adjacentes dans le matériau compo¬ site plutôt que sous forme de nappe unique.In all cases each ply of carbon filaments and each ply with medium modulus of elasticity can be doubled so as to be in adjacent pairs in the composite material rather than in the form of a single ply.
Par ailleurs, en variante, la couche médiane peut égale¬ ment être doublée, une nappe de filaments de carbone étant insérée entre les deux couches médianes.Furthermore, as a variant, the middle layer can also be doubled, a sheet of carbon filaments being inserted between the two middle layers.
Une des particularités du matériau composite selon l'in¬ vention réside dans le fait que, la couche médiane étant formée par un polymère à pores ouverts, la résine peut pé¬ nétrer à une profondeur superficielle par les deux faces de cette couche médiane et former une interphase homogène de liaison. Cette caractéristique est extrêment importante, dans la mesure où il est bien connu dans la théorie de l'interface, que la présence d'une interphase évite la concentration des forces et permet ainsi de réduire les risques de délaminage sous l'effet du cisaillement. Cette interphase est également extrêmement importante pour transférer l'effet de renforcement entre les différentes couches du matériau stratifié.One of the characteristics of the composite material according to the invention lies in the fact that, the middle layer being formed by a polymer with open pores, the resin can penetrate to a surface depth by the two faces of this middle layer and form a homogeneous binding interphase. This characteristic is extremely important, insofar as it is well known in interface theory, that the presence of an interphase avoids the concentration of forces and thus makes it possible to reduce the risks of delamination under the effect of shearing. This interphase is also extremely important for transferring the reinforcing effect between the different layers of the laminate material.
Pour former la couche médiane, le PVC offre un grand intérêt dans la mesure où il peut participer au processus de polymérisation comme donneur de radicaux ou accélérateur de la décomposition du peroxyde. Une confirmation de ce phénomène est donnée par le fait que l'on observe une évolution thermi¬ que plus importante et un temps de polymérisation plus court
en présence de PVC dans la résine. En outre cette couche médiane confère au matériau stratifié une flexibilité, de basse à moyenne température et le rend en même temps compres¬ sible. Grâce à cette faculté de déformation et de compression et à la structure symétrique des couches, les contraintes peuvent être dissipées et redistribuées augmentant la durabi- lité du matériau et sa capacité de thermoformage et de multi¬ ples rethermoformage.To form the middle layer, PVC is of great interest since it can participate in the polymerization process as a radical donor or accelerator of the decomposition of peroxide. A confirmation of this phenomenon is given by the fact that there is a greater thermal development and a shorter polymerization time. in the presence of PVC in the resin. In addition, this middle layer gives the laminated material flexibility, from low to medium temperature, and at the same time makes it compressible. Thanks to this faculty of deformation and compression and to the symmetrical structure of the layers, the stresses can be dissipated and redistributed increasing the durability of the material and its capacity for thermoforming and multiple rethermoforming.
Nous allons décrire ci-après, à titre d'exemple, diffé¬ rentes variantes de réalisation du matériau stratifié, objet de la présente invention.We will describe below, by way of example, different embodiments of the laminated material which is the subject of the present invention.
Exemple 1Example 1
On utilise deux résines méthacryliques commercialisées à différentes fonctionnalités, Degaplast , Orthocryl . Bien que l'on puisse varier les proportions en raison des propriétés recherchées, le mélange préféré pour des applications orthopé¬ diques est constitué par 20 parties en poids de résine à basse fonctionnalité et 80 parties en poids de résine à haute fonc¬ tionnalité. L'initiateur peroxyde de benzoyle (Roland Frey 5504 Othmarsingen, Suisse) utilisé est de l'ordre de 1 à 3 % en poids. On ajoute encore 2 % en poids d'un colorant bleu Ruconix (Ruff et Co, Glattbrugg, Suisse).Two methacrylic resins marketed with different functionalities are used, Degaplast, Orthocryl. Although the proportions can be varied due to the desired properties, the preferred mixture for orthopedic applications consists of 20 parts by weight of low functionality resin and 80 parts by weight of high functionality resin. The benzoyl peroxide initiator (Roland Frey 5504 Othmarsingen, Switzerland) used is of the order of 1 to 3% by weight. A further 2% by weight of a Ruconix blue dye (Ruff and Co, Glattbrugg, Switzerland) is added.
Comme renfort à module d'élasticité > 50 GPa on utiliseAs reinforcement with elastic modulus> 50 GPa we use
2 un tissu de multifilaments de carbone de 0,2 kg/m référence2 a 0.2 kg / m carbon multifilament fabric reference
028500-120 (Roland Frey 5504 Othmarsingen, Suisse).028500-120 (Roland Frey 5504 Othmarsingen, Switzerland).
Quant au tissu dont le module d'élasticité est compris entre 2 et 5 GPa, il s'agit d'un tissu polyamide Perlon® référence 028400-120 (Roland Frey 5504 Othmarsingen, Suisse).As for the fabric whose elastic modulus is between 2 and 5 GPa, it is a Perlon® polyamide fabric reference 028400-120 (Roland Frey 5504 Othmarsingen, Switzerland).
Enfin la couche médiane poreuse est du PVC de 3 mm d'épaisseur Aire ou Simosel .Finally, the porous middle layer is 3 mm thick PVC Aire or Simosel.
La structure du matériau stratifié est la suivante :The structure of the laminate material is as follows:
1. Deux nappes de tissu Perlon1. Two sheets of Perlon fabric
2. Deux nappes de tissu de multifilaments de carbone2. Two layers of carbon multifilament fabric
3. Couche médiane PVC Airex 3mm poncée et percée à intervalles réguliers
4. Deux nappes de tissu de multifilaments de carbone3. PVC Airex 3mm middle layer sanded and drilled at regular intervals 4. Two layers of carbon multifilament fabric
5. Deux nappes de tissu de Perlon5. Two tablecloths of Perlon fabric
Pour réaliser le matériau stratifié, on place dans un moule de 30 x 60 cm revêtu d'un film de PVA humidifié et servant au démoulage, l'ensemble des cinq composants dans l'ordre énuméré ci-dessus. On ferme le moule et on réalise un vide de 78,5 kPa pour y injecter 700 g de la résine métacryli- que sus-mentionnée avec les 3 % de peroxde de benzoyle. On laisse l'ensemble polymériser pendant 30 min.To make the laminated material, a set of five components in the order listed above is placed in a 30 x 60 cm mold coated with a humidified PVA film and used for demolding. The mold is closed and a vacuum of 78.5 kPa is produced in order to inject 700 g of the above-mentioned methacrylic resin with the 3% benzoyl peroxid therein. The whole is left to polymerize for 30 min.
Exemple 2Example 2
Le matériau stratifié de cet exemple ne diffère de celui de l'exemple 1 que par le fait que l'on intercale deux nappes de tissu Perlon entre les composants 2 et 3 ainsi qu'entre les composants 3 et 4 de l'Exemple 1.The laminated material of this example differs from that of Example 1 only by the fact that two sheets of Perlon fabric are interposed between components 2 and 3 as well as between components 3 and 4 of Example 1.
Exemple 3Example 3
Le matériau stratifié de cet exemple ne diffère de celui de l'Exemple 1 que dans la structure de la couche médiane 3 qui comporte deux couches de PVC Aire de 3mm entre lesquel¬ les sont disposées deux nappes du tissu de multi-filaments de carbone, de sorte que la couche médiane est elle-même formée d'un stratifié.The laminated material of this example differs from that of Example 1 only in the structure of the middle layer 3 which comprises two layers of PVC Aire of 3mm between which two layers of the fabric of carbon multi-filaments are arranged, so that the middle layer is itself formed of a laminate.
Exemple 4Example 4
Le matériau stratifié de cet exemple ne diffère de celui de l'Exemple 1 que par le fait de la suppression des compo¬ sants 1 et 5 constitués chacun par deux nappes de tissu Perlon .The laminate material of this example differs from that of Example 1 only by the fact of the elimination of the components 1 and 5 each consisting of two layers of Perlon fabric.
Les échantillons du matériau stratifié selon les exemples 1 à 4 ont été soumis à des essais de thermoformage à l'aide d'un ventilateur à air chaud délivrant de l'air à 250°C. Les échantillons chauffés sont rapidement courbés à angle droit en formant un arrondi. Après refroidissement, on a réchauffé les échantillons pour les redresser rapidement pour les ramener à leur état initial.The samples of the laminated material according to Examples 1 to 4 were subjected to thermoforming tests using a hot air fan delivering air at 250 ° C. The heated samples are quickly bent at right angles to form a round. After cooling, the samples were reheated to quickly straighten them to bring them back to their initial state.
Ces tests ont été subis 40 fois avec succès par les
quatre échantillons correspondant aux exemples respectifs ci- dessus, c'est-à-dire que l'on n'a relevé aucun délaminage ni aucune fissure à l'extérieur de la courbure et bourrelets à l'intérieur, défauts que l'on a constaté dans les produits εus-mentionnés du commerce sans couche médiane poreuse.These tests have been successfully passed 40 times by four samples corresponding to the respective examples above, that is to say that no delamination or cracks were found on the outside of the curvature and beads on the inside, defects which we have found in the above-mentioned commercial products without a porous middle layer.
Des essais de rupture de ces échantillons réalisés par pliage à température ambiante ont mis en évidence le rβle des composants 1 et 5 de l'Exemple 1 formé de deux nappes deRupture tests of these samples carried out by folding at room temperature revealed the role of components 1 and 5 of Example 1 formed of two layers of
AAT
Perlon ou des composants équivalents des échantillons selon les Exemples 2 et 3 par rapport à l'Exemple 4 qui est dépourvu de ces composants. En effet, avec les échantillons selon les Exemples 1 à 3, il y a rupture sans séparation, tandis que dans le cas de l'échantillon selon l'Exemple 4, il y a rupture avec séparation en deux morceaux. Les nappes de tissu à fort allongement à la rupture constituent donc des éléments de sécurité en cas de casse ou de choc.Perlon or equivalent components of the samples according to Examples 2 and 3 compared to Example 4 which is devoid of these components. Indeed, with the samples according to Examples 1 to 3, there is a break without separation, while in the case of the sample according to Example 4, there is a break with separation into two pieces. The sheets of fabric with high elongation at break therefore constitute safety elements in the event of breakage or impact.
Une étude des propriétés thermomécaniques et dynamiques a été réalisée à l'aide des échantillons réalisés selon les Exemples 3 et 4 que 1 'on a comparé à quatre autres échantil¬ lons 5, 6, 7 et 8 composés chacun de la matrice de résine dans laquelle seuls certains des composants du matériau stratifié selon l'Exemple 1 ont été incorporés, à savoir sA study of the thermomechanical and dynamic properties was carried out using the samples produced according to Examples 3 and 4 which 1 'were compared with four other samples 5, 6, 7 and 8 each composed of the resin matrix in which only some of the components of the laminate material according to Example 1 were incorporated, namely s
échantillon 5 résine 20/80 + PVC Airex β 3mmsample 5 resin 20/80 + PVC Airex β 3mm
A échantillon 6 résine 20/80 + Perlon + multifilamentsA sample 6 resin 20/80 + Perlon + multifilaments
A carbone + Perlon échantillon 7 résine 20/80 + Perlon échantillon 8 résine 20/80 + multifilaments carboneA carbon + Perlon sample 7 resin 20/80 + Perlon sample 8 resin 20/80 + carbon multifilaments
Au lieu d'utiliser la mesure classique sur instrument Instron, nous avons adapté la technologie viεcoélastique à l'aide d'un appareil de mesure "Dynamic Mechanical Analyzer DMA 983" piloté par un "9900 Thermal Analyzer" fabriqués par Du Pont Instruments aux U.S.A.. Cette technologie est utilisée pour l'étude approfondie des propriétés viscoélastiques des matériaux composites.
Les conditions d' étude sont les suivantes :Instead of using conventional measurement on an Instron instrument, we have adapted the viεcoelastic technology using a "Dynamic Mechanical Analyzer DMA 983" measuring device controlled by a "9900 Thermal Analyzer" manufactured by Du Pont Instruments in the USA . This technology is used for the in-depth study of the viscoelastic properties of composite materials. The study conditions are as follows:
DMA Fixed Frequency 1 HzDMA Fixed Frequency 1 Hz
Températures -20° à 200 °CTemperatures -20 ° to 200 ° C
Augmentation 3 °C/minuteIncrease 3 ° C / minute
Coefficient de Poisson : 0 ,420 pour compositePoisson's ratio: 0.420 for composite
0 ,450 pour PVC0.450 for PVC
Les significations des symboles viscoélastiques sont les sui¬ vantes :The meanings of the viscoelastic symbols are as follows:
E' Module élastique en flexionE 'Elastic modulus in bending
E' Module visqueux en flexionE 'Viscous module in bending
Tandelta : E"/E'Tandelta: E "/ E '
Tg Température de transition vitreuse alpha pour Tg élevée béta pour Tg moyenne gamma pour Tg basseTg Glass transition temperature alpha for high Tg beta for medium Tg gamma for low Tg
Tfr Température de fragilité : température du passage de la phase élastique à la phase de transitionTfr brittleness temperature: temperature of the transition from the elastic phase to the transition phase
Tfl Température de flexibilité : température du passage de la phase de transi tion alpha à la phase visqueuse = température du maximum de la courbe Tandelta dans la zone de transition alpha.Tfl Flexibility temperature: temperature of transition from the alpha transition phase to the viscous phase = temperature of the maximum of the Tandelta curve in the alpha transition zone.
Théoriquement, le matériau est thermoformable lorsqu'il est chauffé à une température entre Tg alpha et Tfl. On peut admettre que Tfl est égale à la température de thermoformabi- lité Tth, car à cette température, la mobilité des chaînes
polymères atteint le maximum.Theoretically, the material is thermoformable when heated to a temperature between Tg alpha and Tfl. We can admit that Tfl is equal to the thermoformability temperature Tth, because at this temperature, the mobility of the chains polymers reaches the maximum.
Dans un premier temps on a comparé un composite résine PMMa renforcée de filaments de carbone, avec un stratifié conforme à l'Exemple 4. Les résultats obtenus ont été les suivants ÎFirst, a PMMa resin composite reinforced with carbon filaments was compared, with a laminate in accordance with Example 4. The results obtained were as follows:
La présence de la couche médiane à base de PVC poreuxThe presence of the middle layer based on porous PVC
AAT
Aire selon l'Exemple 4 change totalement les propriétés thermomécaniques et dynamiques par rapport au composite PMMa/ carbone.Area according to Example 4 completely changes the thermomechanical and dynamic properties compared to the PMMa / carbon composite.
Une nouvelle zone de transition béta apparaît entre -20°C et +6B°C (Tg béta : 47°C). Sa présence explique la valeur élevée de Tandelta et l'amélioration de la résistance à l'im¬ pact à température ambiante (25°C). A cette température le matériau sans PVC est encore dans la phase élastique.A new beta transition zone appears between -20 ° C and + 6B ° C (Tg beta: 47 ° C). Its presence explains the high value of Tandelta and the improvement in impact resistance at room temperature (25 ° C). At this temperature, the PVC-free material is still in the elastic phase.
La facilité de thermoformabilité du nouveau matériau est prouvée par les propriétés viscoélastiques suivantes :The ease of thermoformability of the new material is proven by the following viscoelastic properties:
- Température de fragilité Tfr plus basse- Lower brittleness temperature Tfr
- La présence de la transition béta- The presence of the beta transition
- La faible valeur du module élastique E' à la température de thermoformabilité Tfl
Le tableau 2 donne les propriétés viscoélastiques des différents constituants du matériau stratifié objet de l'in¬ vention.- The low value of the elastic modulus E 'at the thermoformability temperature Tfl Table 2 gives the viscoelastic properties of the various constituents of the laminated material which is the subject of the invention.
TABLEAU 2TABLE 2
No 8 No 6 No 5No 8 No 6 No 5
PMMa PMMa PMMa Carbone Perlone Aire β CarbonePMMa PMMa PMMa Carbon Perlone Aire β Carbon
25,98 4,085 0,456 704,5 221,4 57,0425.98 4.085 0.456 704.5 221.4 57.04
0,027 0,054 0,067 106,1 106,3 82,6 40 57,5 -17
117 120 890.027 0.054 0.067 106.1 106.3 82.6 40 57.5 -17 117 120 89
Il ressort de ces mesures DMA en ce qui concerne le module élastique aussi bien que visqueux que :It follows from these DMA measurements with regard to the elastic as well as viscous modulus that:
Les filaments de carbone confèrent le module le plus élevéCarbon filaments give the highest modulus
AAT
Le tissu Perlon confère le module moyen Le PCV AIREX® confère le module le plus basPerlon fabric provides the medium modulus AIREX® PCV provides the lowest modulus
La combinaison des différents composants donne un maté¬ riau à module intermédiaire (voir Exemple 4 du tableau 1). Contrairement à la prévision, la diminution du module élasti¬ que du stratifié fabriqué avec filaments de carbone (No 8) est plus importante lorsqu'il est combiné avec le tissu polyamide (No 6) qu'avec le PVC AIREX® échantillon 4 du tableau 1. Ceci peut être expliqué par la présence d'une interphaεe entre la résine et le PVC qui permet un meilleur transfert de l'effet de renforcement des filaments de carbone à la couche médiane de PVC. Il est par ailleurs bien connu que le mouillage du
tissu polyamide par la résine n'est pas bon.The combination of the different components gives an intermediate module material (see Example 4 in Table 1). Contrary to the forecast, the reduction in the elastic modulus of the laminate made with carbon filaments (No 8) is greater when combined with the polyamide fabric (No 6) than with the PVC AIREX® sample 4 in the table 1. This can be explained by the presence of an interphase between the resin and the PVC which allows a better transfer of the reinforcing effect of the carbon filaments to the middle layer of PVC. It is also well known that the wetting of the polyamide fabric by the resin is not good.
En ce qui concerne l'effet thermomécanique : Les filaments de carbone sont les constituants qui aug¬ mentent la rigidité du stratifié par une élévation de la température de transition vitreuse alpha.Regarding the thermomechanical effect: Carbon filaments are the constituents which increase the rigidity of the laminate by raising the glass transition temperature alpha.
AAT
Le Perlon confère une meilleure souplesse à température moyenne à cause de sa propre transition béta entre 10°C et 60°C (Tg béta = 40°C). La valeur élevée de Tandelta indique sa bonne aptitude de dissipation des contraintes en flexion.Perlon gives better flexibility at medium temperature because of its own beta transition between 10 ° C and 60 ° C (Tg beta = 40 ° C). The high value of Tandelta indicates its good ability to dissipate bending stresses.
Le PVC augmente la résistance à l'impact et la thermo¬ formabilité du stratifié. En fait, le PVC introduit deux zones de transition, à savoir :PVC increases the impact resistance and the thermoformability of the laminate. In fact, PVC introduces two transition zones, namely:
Transition gamma à -17°C : plastifiants Transition béta à 5B°C : résine PVCGamma transition at -17 ° C: plasticizers Beta transition at 5B ° C: PVC resin
C'est la raison pour laquelle le stratifié selon l'inven¬ tion qui comporte des zones très larges de transition, présen¬ te une bonne rigidité, une bonne résiεtance à l'impact, au délaminage et une bonne thermoformabilité.This is the reason why the laminate according to the invention which has very wide transition zones, presents good rigidity, good impact resistance, delamination and good thermoformability.
Le tableau 3 donne leε propriétés viscoélastiques du matériau stratifié selon les Exemples 3 et 4Table 3 gives the viscoelastic properties of the laminated material according to Examples 3 and 4
TABLEAU 3TABLE 3
Echantillon Selon Ex. 4 Selon Ex. 3Sample According to Ex. 4 According to Ex. 3
E' 25°C GPa 9,767 3,700E '25 ° C GPa 9,767 3,700
E" 25°C MPa 397,7 90,91E "25 ° C MPa 397.7 90.91
Tg alpha °C 113 95,9Tg alpha ° C 113 95.9
Tg béta °C 47,5 60,6Tg beta ° C 47.5 60.6
Tfl °C 124 104Tfl ° C 124 104
E' Tfl GPa 0,2348 0,1467E 'Tfl GPa 0.2348 0.1467
Densité 0,98 0,94Density 0.98 0.94
AAT
Comme on l'a déjà constaté, le Perlon et le PVC à épais¬ seur relativement importante diminuent la rigidité et favori¬ sent la thermoformabilité en abaissant Tg alpha et Tfl.
L'insertion de filaments de carbone dans la couche mé¬ diane augmente sa rigidité. Tg béta est déplacée vers une température plus élevée.As has already been observed, Perlon and PVC of relatively large thickness reduce the rigidity and favorite the thermoformability by lowering Tg alpha and Tfl. The insertion of carbon filaments in the middle layer increases its rigidity. Tg beta is moved to a higher temperature.
La densité du εtratifié < 1 est sensiblement plus faible que celle des produits résine/filaments de carbone qui se situe entre 1,2 et 1,4.
The density of the laminate <1 is significantly lower than that of the resin / carbon filament products which is between 1.2 and 1.4.