EP0516560A1 - Armature textile utilisable pour la réalisation de complexes stratifiés et procédé pour son obtention - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an improvement made to the textile reinforcements used for the production of laminate complexes, that is to say articles based on resin (polyester or others), reinforced by a textile reinforcement structure.
- Such braided sheaths which are particularly suitable for the production of tubular articles, are constituted, in a known manner, by two series of interlaced wires arranged at an angle with respect to the generator of the braid. During the manufacture of these braids, the wires are generally oriented at 45 ° relative to the generator. This material being deformable, it is therefore possible to play on this deformability to obtain laminate complexes of variable shapes and / or to vary the resistance either in the longitudinal direction or in the transverse direction. Thus, it is possible to considerably improve the longitudinal resistance by stretching the braid lengthwise, which causes the tubular sheath to tighten, and directs the wires which compose it in a direction which tends to approach the generator.
- Such braids made up of two series of intertwined threads are generally designated by the expression "bidirectional braids", an expression which will be adopted in the following description.
- braids designated by the expression "three-way braids", in which a third series of wires is arranged parallel to the generator and is trapped between the two series of wires arranged in bias.
- Such three-way braids can be used either alone or optionally have an internal core as described in FR-A-2 379 376.
- reinforcement structures are suitable for the production of cylindrical elements (tubes, masts of windsurfers, tennis rackets, etc.), on the other hand, they are not suitable when it is desired to produce laminated materials of small thickness, flat or shaped, obtained in particular according to the technique known as "pultrusion", a technique which, in general, consists in producing profiles continuously by extruding a thermosetting resin and by continuously incorporating a textile reinforcement, which implies a significant tensioning and therefore requires non-deformable reinforcements.
- the textile reinforcement according to the invention is in the form of a flat strip of very great length relative to its width, and comprising at least three series of threads oriented differently with respect to each other , two being arranged at an angle, in opposite directions to one another, with respect to the length of the strip, and the wires of the third being, for their part, arranged parallel to the length, and it is characterized in that the threads arranged at an angle consist of a flattened tubular braid which surrounds and covers a sheet of determined width, comprising at least one series of threads arranged longitudinally and whose maintenance is ensured by a hot-melt material having iron-on properties also ensuring the connection of the bidirectional external layers with the unidirectional internal structure.
- such a structure makes it possible to produce materials which can either be composed of yarns of the same nature (for example entirely based on son of glass, carbon, boron, silica, aromatic polyamide, etc.), or make a combination of different reinforcing threads, for example alternating glass and carbon threads both in the bidirectional structure and in the unidirectional ply.
- the invention also relates to a method allowing the production of such a material, said method consisting in forming a tubular braid comprising at least two series of threads intertwined with respect to each other and disposed at an angle with respect to the generator of said sheath.
- braided to introduce, simultaneously with the formation of the braid, inside the latter, a strip previously formed and comprising at least one series of longitudinal, parallel wires, held together by means of a hot-melt material having iron-on properties, then exerting traction on the braid in order to flatten it so that it comes to press against the two sides of the sheet of longitudinal threads, without compressing them transversely and, after flattening, to reveal the heat-bonding properties of the bonding material of the unidirectional sheet, in order to bond the different layers of the complex together.
- the textile reinforcement according to the invention is in the form of a flat strip, designated by the general reference (1) , very long (L) compared to its width (1). It comprises at least three series of wires oriented differently from each other. Two of these series of wires (1a, 1b) are arranged at an angle, in opposite directions to each other with respect to the length (L) of the strip. The wires (2) of the third series are, in turn, arranged parallel to the length (L). In the material according to the invention, the wires (1a, 1b) arranged at an angle are formed by a flattened tubular braid which surrounds and covers the longitudinal wires (2).
- the longitudinal wires (2) are held in place by means of a hot-melt material, for example by means of fine weft bonding wires (3), based on a copolyamide, the melting zone of which is between 70 and 150 ° C.
- a hot-melt material for example by means of fine weft bonding wires (3), based on a copolyamide, the melting zone of which is between 70 and 150 ° C.
- Such a unidirectional internal ply can, for example, be produced in accordance with the teachings of the patent European 193,478 and will therefore not be described in detail in the following description for the sake of simplification.
- the unidirectional internal ply consisting of the threads (2) is also bonded, revealing the properties of the hot-melt material for bonding the longitudinal threads with the bidirectional outer layers.
- Such a complex structure is obtained on a conventional braiding machine, making it possible to produce the tubular braid comprising the wires arranged at an angle (1a, 1b).
- a strip of unidirectional wires previously formed is introduced, for example in accordance with the teachings of the aforementioned European patent 193,478.
- the tubular braid is subjected to a pressure so that it is flattened and that it comes to press against the two external faces of the sheet of longitudinal wires (2), without compressing the latter transversely. After laying flat, the fusible properties of the bonding material of the unidirectional sheet are reactivated, which makes it possible to bond different layers of the complex together.
- the material according to the invention is produced on a conventional braiding machine, of the "Spiraltex" type, comprising ninety-six (96) spindles and therefore making it possible to produce a bidirectional braid having two plies oriented in opposite directions and each consisting of forty-eight (48) threads.
- the layers consist of an alternation of two glass wires having a titer of 68 tex x 2 for a carbon thread having a titer of 400 tex
- the wires (1a, 1b) consist of an alternation of five glass wicks having a titer of 68 tex x 2 for a carbon wick having a titer of 400 tex.
- the unidirectional layers are produced in accordance with the teachings of the aforementioned European patent 193,478.
- the unidirectional sheet illustrated in FIG. 1 is constituted by an alternation of a glass wick having a titer of 600 tex for a carbon wick having a titer of 400 tex, said wicks being held parallel to each other by weft threads , thin, made up of threads of the "core / sheath" type, the core being based on a 22 tex glass thread and the sheath formed by a copolyamide-based coating, the melting point of which is about 115 ° C.
- the unidirectional sheet of the example illustrated in FIG. 2 is, in turn, only made up of wicks of glass threads linked together as in the previous case, by weft threads similar to those of the example illustrated in Figure 1 and the peripheral sheath is in a hot melt material.
- the unidirectional strip (2) illustrated in Figure 1 has a width of five centimeters and that illustrated in Figure 2 six centimeters.
- the complexes thus produced can be used in numerous applications, such as for example as reinforcements of profiles obtained by pultrusion.
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Abstract
Armature textile (1) utilisable pour la réalisation de complexes stratifiés se présentant sous la forme d'une bande plane, de très grande longueur (L) par rapport à sa largeur (1), et comportant au moins trois séries de fils orientés différemment les uns par rapport aux autres, deux séries (1a,1b) étant disposées en biais, en sens inverse l'une de l'autre par rapport à la longueur de la bande, et les fils (2) de la troisième série étant quant à eux, disposés parallèlement à la longueur (L).
Elle se caractérise en ce que les fils (1a,1b) disposés en biais sont constitués par une tresse tubulaire, aplatie et qui entoure et recouvre une nappe de largeur (1) déterminée, comportant au moins une série de fils (2) disposés longitudinalement et dont le maintien est assuré par une matière thermofusible (3) présentant des propriétés thermocollantes assurant également la liaison des couches externes bidirectionnelles avec la structure interne unidirectionnelle.
Description
- L'invention concerne un perfectionnement apporté aux armatures textiles utilisées pour la réalisation de complexes stratifiés, c'est-à-dire d'articles à base de résine (polyester ou autres), armés par une structure textile de renforcement.
- A ce jour, comme armature textile de renforcement, outre les structures constituées de nappes tissées ou non tissées, éventuellement combinées entre elles (par aiguilletage, couture/tricotage,..), il a été également proposé d'utiliser, notamment pour la réalisation de corps creux tubulaires de forme cylindrique ou conique, de profilés de formes diverses, des gaines tressées (voir FR-A-2 402 730 correspondant à l'US-A-4 228 207, FR-A-2 455 980, 2 462 266 ou 2 510 624).
- De telles gaines tressées qui conviennent particulièrement bien pour la réalisation d'articles tubulaires, sont constituées, d'une manière connue, par deux séries de fils entrecroisés disposés en biais par rapport à la génératrice de la tresse. Lors de la fabrication de ces tresses, les fils sont en général orientés à 45° par rapport à la génératrice. Ce matériau étant déformable, il est donc possible de jouer sur cette déformabilité pour obtenir des complexes stratifiés de formes variables et/ou faire varier la résistance soit dans le sens longitudinal soit dans le sens transversal. Ainsi, il est possible d'améliorer considérablement la résistance longitudinale en étirant la tresse dans le sens de la longueur, ce qui provoque un resserrement de la gaine tubulaire, et oriente les fils qui la composent dans une direction qui tend à se rapprocher de la génératrice.
- De telles tresses constituées de deux séries de fils entrecroisés sont en général désignées par l'expression "tresses bidirectionnelles", expression que l'on adoptera dans la suite de la description.
- Outre les tresses bidirectionnelles précitées, il a également été proposé de réaliser des tresses, désignées par l'expression "tresses tridirectionnelles", dans lesquelles une troisième série de fils est disposée parallèlement à la génératrice et est emprisonnée entre les deux séries de fils disposés en biais. De telles tresses tridirectionnelles peuvent être utilisées soit seules, soit éventuellement comporter un noyau interne tel que cela est décrit dans le FR-A-2 379 376.
- Outre les tresses tridirectionnelles précitées dans lesquelles les fils longitudinaux sont maintenus par l'entrecroisement des fils disposés en biais, il a été proposé, ainsi que cela ressort du FR-A-2 462 266, notamment lorsque l'on souhaite réaliser des structures présentant des parties courbées, d'interposer librement entre un noyau interne continu plein ou creux et une gaine tubulaire textile tressée, des fils longitudinaux disposés parallèlement aux génératrices de l'élément interne.
- Si, comme dit précédemment, de telles structures de renforcement conviennent pour la réalisation d'éléments cylindriques (tubes, mâts de planches à voile, raquettes de tennis..), en revanche, elles ne sont pas adaptées lorsque l'on souhaite réaliser des matériaux stratifiés de faible épaisseur, plats ou en forme, obtenus notamment selon la technique dite par "pultrusion", technique qui, d'une manière générale, consiste à réaliser des profilés en continu en extrudant une résine thermodurcissable et en lui incorporant en continu un renfort textile, ce qui implique une mise sous tension importante et donc nécessite des renforts indéformables. A ce jour, pour la réalisation d'articles stratifiés obtenus par pultrusion, et plus particulièrement dans le cas d'articles en forme de profilés (L, U, V...), comme renforts textiles, on utilise en général des nappes unidirectionnelles constituées de mèches filamentaires maintenues parallèlement les unes par rapport aux autres. Ces renforts permettent d'obtenir des profilés pouvant avoir des formes complexes dont l'épaisseur est constante, et dans lesquels le renfort textile est parfaitement positionné à l'intérieur de la résine ayant une bonne résistance à la flexion compte tenu des renforts longitudinaux, mais qui, en revanche, peuvent présenter des insuffisances en résistance à la torsion, notamment dans le cas d'éléments ayant une longueur importante.
- Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un nouveau type d'armature textile permettant de réaliser des articles stratifiés, notamment par la technique dite de "pultrusion", pouvant avoir un profil (section en L, U, V...) complexe, de grande longueur et de faible épaisseur (de l'ordre de quelques millimètres), qui permet de résoudre ces problèmes et d'obtenir un ensemble d'une très grande homogénéité, dans lequel les fils de renforcement ne sont pas déplacés les uns par rapport aux autres lors de la mise en forme et s'étendent aussi bien parallèlement qu'en biais par rapport à la longueur du profilé réalisé.
- D'une manière générale, l'armature textile selon l'invention se présente sous la forme d'une bande plane de très grande longueur par rapport à sa largeur, et comportant au moins trois séries de fils orientées différemment les unes par rapport aux autres, deux étant disposées en biais, en sens inverse l'une de l'autre, par rapport à la longueur de la bande, et les fils de la troisième étant quant à eux disposés parallèlement à la longueur, et elle se caractérise en ce que les fils disposés en biais sont constitués par une tresse tubulaire, aplatie, et qui entoure et recouvre une nappe de largeur déterminée, comportant au moins une série de fils disposés longitudinalement et dont le maintien est assuré par une matière thermofusible présentant des propriétés thermocollantes assurant également la liaison des couches externes bidirectionnelles avec la structure interne unidirectionnelle.
- Grâce à une telle structure, on obtient un matériau qui non seulement présente les avantages des renforts textiles tressés (orientation des filaments en biais par rapport à la longueur), mais on n'a pas les inconvénients (déformabilité) nuisibles lorsque l'on souhaite réaliser une structure profilée, les fils de la nappe unidirectionnelle étant, par ailleurs, maintenus le plus plat et le plus rectiligne possible, sans déplacement les uns par rapport aux autres, conditions nécessaires pour obtenir un complexe stratifié de bonne qualité, notamment lorsqu'il est de faible épaisseur.
- Par ailleurs, une telle structure permet de réaliser des matériaux pouvant être soit composés de fils de même nature (par exemple en totalité à base de fils de verre, de carbone, de bore, de silice, de polyamide aromatique..), soit de réaliser une combinaison de différents fils de renforts, par exemple alternance de fils de verre et de carbone aussi bien dans la structure bidirectionnelle que dans la nappe unidirectionnelle.
- Par ailleurs, il peut également être envisagé de réaliser une nappe interne unidirectionnelle comportant des fils transversaux, notamment lorsque ladite nappe est réalisée par tissage.
- L'invention concerne également un procédé permettant la réalisation d'un tel matériau, ledit procédé consistant à former une tresse tubulaire comportant au moins deux séries de fils entrecroisés les uns par rapport aux autres et disposés en biais par rapport à la génératrice de ladite gaine tressée, à introduire, simultanément à la formation de la tresse, à l'intérieur de cette dernière, une bande préalablement formée et comportant au moins une série de fils longitudinaux, parallèles, maintenus entre eux au moyen d'une matière thermofusible présentant des propriétés thermocollantes, puis à exercer une traction sur la tresse afin de l'aplatir de manière à ce qu'elle vienne plaquer contre les deux faces de la nappe de fils longitudinaux, et ce sans comprimer transversalement ces derniers et, après mise à plat, à révéler les propriétés thermocollantes de la matière de liaison de la nappe unidirectionnelle, afin de lier les différentes couches du complexe entre elles.
- L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif, mais non limitatif, et qui sont illustrés par les deux figures annexées qui sont des reproductions, de dimensions légèrement réduites, de deux armatures réalisées conformément à l'invention.
- Si l'on se reporte aux deux figures annexées dans lesquelles les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références, l'armature textile conforme à l'invention se présente sous la forme d'une bande plane, désignée par la référence générale (1), de très grande longueur (L) par rapport à sa largeur (1). Elle comporte au moins trois séries de fils orientées différemment les unes par rapport aux autres. Deux de ces séries de fils (1a,1b) sont disposées en biais, en sens inverse l'une de l'autre par rapport à la longueur (L) de la bande. Les fils (2) de la troisième série sont, quant à eux, disposés parallèlement à la longueur (L). Dans le matériau conforme à l'invention, les fils (1a,1b) disposés en biais sont cosntitués par une tresse tubulaire aplatie et qui entoure et recouvre les fils longitudinaux (2). Le maintien des fils longitudinaux (2) est assuré au moyen d'une matière thermofusible, par exemple au moyen de fils de trame de liage (3), fins, à base d'un copolyamide, et dont la zone de fusion se situe entre 70 et 150°C. Une telle nappe interne unidirectionnelle peut, par exemple, être réalisée conformément aux enseignements du brevet européen 193 478 et ne sera donc pas décrit en détail dans la suite de la description par mesure de simplification.
- Dans le matériau conforme à l'invention, la nappe interne unidirectionnelle constituée des fils (2), est également liée par collage, en révélant les propriétés de la matière thermofusible de liage des fils longitudinaux avec les couches externes bidirectionnelles.
- Une telle structure complexe est obtenue sur une machine à tresser conventionnelle, permettant de réaliser la tresse tubulaire comportant les fils disposés en biais (1a,1b). Lors de la formation de la tresse, on introduit une bande de fils unidirectionnels préalablement formés, par exemple conformément aux enseignements du brevet européen 193 478 précité. La tresse tubulaire est soumise à une pression de manière à ce qu'elle s'aplatisse et qu'elle vienne plaquer contre les deux faces extérieures de la nappe de fils longitudinaux (2), et ce sans comprimer transversalement cette dernière. Après mise à plat, les propriétés thermocollantes de la matière de liaison de la nappe unidirectionnelle sont réactivées, ce qui permet de lier différentes couches du complexe entre elles.
- Dans les deux modes de réalisation illustrés par les figures 1 et 2, le matériau conforme à l'invention est réalisé sur une machine de tressage classique, du type "Spiraltex", comportant quatre-vingt seize (96) fuseaux et permettant donc de réaliser une tresse bidirectionnelle présentant deux nappes orientées en sens inverse et constituées chacune de quarante-huit (48) fils.
- Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, les nappes sont constituées par une alternance de deux fils de verre ayant un titre de 68 tex x 2 pour un fil de carbone ayant un titre de 400 tex, alors que dans l'exemple illustré à la figure 2, les fils (1a,1b) sont constitués par une alternance de cinq mèches de verre ayant un titre de 68 tex x 2 pour une mèche de carbone ayant un titre de 400 tex.
- Les nappes unidirectionnelles sont réalisées conformément aux enseignements du brevet européen 193 478 précité. La nappe unidirectionnelle illustrée à la figure 1 est constituée par une alternance de une mèche de verre ayant un titre de 600 tex pour une mèche de carbone ayant un titre de 400 tex, lesdites mèches étant maintenues parallèlement les unes aux autres par des fils de trame, fins, constitués par des fils du type "âme/gaine", l'âme étant à base d'un fil de verre de 22 tex et la gaine constituée par un enduit à base de copolyamide, dont le point de fusion est d'environ 115°C.
- La nappe unidirectionnelle de l'exemple illustré par la figure 2 est, quant à elle, uniquement constituée de mèches de fils de verre liées entre elles comme dans le cas précédent, par des fils de trame similaires à ceux de l'exemple illustré à la figure 1 et dont la gaine périphérique est dans une matière thermofusible.
- La bande unidirectionnelle (2) illustrée à la figure 1 a une largeur de cinq centimètres et celle illustrée à la figure 2 de six centimètres.
- Les complexes ainsi réalisés peuvent être utilisés dans de nombreuses applications, tels que par exemple comme renforts de profilés obtenus par pultrusion.
- Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit.
- Ainsi, il pourrait être envisagé d'adapter les propriétés dudit matériau en fonction des applications, par exemple en y incorporant des fils longitudinaux additionnels à l'intérieur de la tresse tubulaire bidirectionnelle, en réalisant une nappe interne unidirectionnelle comportant des fils espacés les uns des autres (d'une manière similaire aux enseignements du brevet français no. 2 580 003, voire même en associant auxdits fils longitudinaux des fils transversaux comme indiqué dans le brevet français précité).
Claims (6)
1/ Armature textile (1) utilisable pour la réalisation de complexes stratifiés se présentant sous la forme d'une bande plane, de très grande longueur (L) par rapport à sa largeur (1), et comportant au moins trois séries de fils orientés différemment les uns par rapport aux autres, deux séries (1a,1b) étant disposées en biais, en sens inverse l'une de l'autre par rapport à la longueur de la bande, et les fils (2) de la troisième série étant quant à eux, disposés parallèlement à la longueur (L), caractérisée en ce que les fils (1a,1b) disposés en biais sont constitués par une tresse tubulaire, aplatie et qui entoure et recouvre une nappe de largeur (1) déterminée, comportant au moins une série de fils (2) disposés longitudinalement et dont le maintien est assuré par une matière thermofusible (3) présentant des propriétés thermocollantes assurant également la liaison des couches externes bidirectionnelles avec la structure interne unidirectionnelle.
2/ Armature selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière thermofusible assurant la liaison des fils longitudinaux (2) est constituée de filaments synthétiques.
3/ Armature selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle est composée en totalité de fils de même nature.
4/ Armature selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une combinaison de différents fils, et ce aussi bien dans la structure bidirectionnelle formée par les fils (1a,1b) que dans la structure unidirectionnelle constituée de fils (2).
5/ Armature selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les fils unidirectionnels (2) sont associés à des fils transversaux.
6/ Procédé pour la réalisation d'une armature selon l'une des revendications 1 à 5, qui consiste à former une tresse tubulaire comportant au moins deux séries de fils entrecroisés (1a,1b) les uns par rapport aux autres et disposés en biais pa rapport à la génératrice de ladite gaine tressée, à introduire, simultanément à la formation de la tresse, à l'intérieur de cette dernière, une bande préalablement formée et comportant au moins une série de fils longitudinaux (2), parallèles, maintenus entre eux au moyen d'une matière thermofusible (3) présentant des propriétés thermocollantes, puis à exercer une pression sur la tresse afin de l'aplatir de manière à ce qu'elle vienne plaquer contre les deux faces de la nappe de fils longitudinaux (2), et ce sans comprimer transversalement ces derniers et, après mise à plat, à révéler les propriétés thermocollantes de la matière de liaison (3) de la nappe unidirectionnelle, afin de lier les différentes couches du complexe entre elles.
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