EP0527092A1 - Armature textile utilisable pour la réalisation de complexes stratifiés et procédé pour son obtention - Google Patents

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EP0527092A1 EP92420224A EP92420224A EP0527092A1 EP 0527092 A1 EP0527092 A1 EP 0527092A1 EP 92420224 A EP92420224 A EP 92420224A EP 92420224 A EP92420224 A EP 92420224A EP 0527092 A1 EP0527092 A1 EP 0527092A1
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series
angle
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    • D04C1/00—Braid or lace, e.g. pillow-lace; Processes for the manufacture thereof
    • D04C1/02—Braid or lace, e.g. pillow-lace; Processes for the manufacture thereof made from particular materials
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2403/00—Details of fabric structure established in the fabric forming process
    • D10B2403/02—Cross-sectional features
    • D10B2403/024—Fabric incorporating additional compounds
    • D10B2403/0241—Fabric incorporating additional compounds enhancing mechanical properties
    • D10B2403/02411—Fabric incorporating additional compounds enhancing mechanical properties with a single array of unbent yarn, e.g. unidirectional reinforcement fabrics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

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 crossed threads are generally designated by the expression "bidirectional braids”.
  • 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.
  • such reinforcing structures are suitable for the production of cylindrical elements (tubes, windsurfing masts, tennis rackets, etc.), on the other hand, they are not suitable when it is desired to make materials thin laminates, 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 continuously incorporating a reinforcement therein textile and which therefore involves significant tensioning, and therefore requires the use of non-deformable reinforcements, a property incompatible with that of a braid where, by nature, the threads can be easily moved relative to each other.
  • the three-way reinforcement according to the invention can, for its part, be obtained according to a simple process, on conventional braiding material, without any adaptation of the latter as regards the production of the basic three-way braid entering its realization, and this according to a simple process which is also part of the invention.
  • the three-way reinforcement according to the invention is in the form of a flat strip, very long in relation to its width, and which comprises three series of wires oriented differently with respect to the others, two being arranged at an angle, in opposite directions to each other, with respect to the length of the strip, and the wires of the third being, for their part, arranged parallel to the length, and trapped between the two series of threads arranged at an angle, and it is characterized in that said longitudinal threads consist at least in part of threads having iron-on properties, the adhesive characteristics of which are revealed after the braid has been produced, and allow the layers to be bonded bidirectional external without possibility of displacement of the positioning of the wires with respect to each other.
  • a material which not only has the advantages of braided textile reinforcements (orientation of the filaments at an angle with respect to the length and this, at a determined angle, which can be easily adjusted during the production of the so-called braid), but which does not have the disadvantages (deformability) which are harmful when it is desired to produce a profiled structure, the wires of the unidirectional ply being, moreover, kept as flat and as straight as possible, without displacement relative to each other, a necessary condition for obtaining a good quality laminate complex, especially when it is thin.
  • such a structure makes it possible to produce materials which can either be composed of yarns of the same kind (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 undirectional ply. It can also be envisaged to incorporate in one or all of the plies of the metallic wires possibly making it possible to shape the reinforcement material and / or to confer specific properties on it.
  • 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 be introduced simultaneously with the formation of the braid, inside the latter, between the threads arranged at an angle, a series of longitudinal, parallel threads, at least part of which consists of threads having fusible properties, said characterized in that the positioning of the wires (transverse and longitudinal) with respect to each other is fixed on the braiding machine by a heat treatment revealing the properties of the fusible wires.
  • the heat treatment operation can be carried out after having flattened the tubular braid, either optionally by keeping said tubular braid in shape, then, after fixing the wires with respect to each other, by cutting the latter according to a generator and then putting it back flat.
  • the textile reinforcement according to the invention is therefore in the form of a flat strip, designated by the general reference (1 ), very long L compared to its width l . It comprises 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 and are trapped between the two series of wires (1a, 1b) which are braided together.
  • the threads (2) of the undirectional sheet consist at least partly of threads having fusible properties revealed by heat treatment.
  • Such threads (2) can be, for example, constituted by threads of the "core / sheath" type, the core being constituted by glass filaments, the sheath by a coating based on a polymer, such as a copolyamide.
  • Such a complex structure is obtained directly on a conventional braiding machine, making it possible to produce a tubular braid comprising two series of wires arranged at an angle (1a, 1b), between which are trapped longitudinal wires (2).
  • the orientation of the wires arranged at an angle is obtained by adjusting, in a known manner, the braiding angle.
  • the braiding angle can either be fixed, which makes it possible to obtain an article of determined width l , or possibly be variable during production, making it possible to obtain a braid of variable section.
  • the tubular braid is subjected to a pressure at the outlet of the machine so that it becomes flat, the heat treatment making it possible to reveal the fusible properties of the longitudinal threads being carried out, either during this flattening phase either after this, which makes it possible to link the different layers of the complex together.
  • the heat treatment revealing the properties of the fusible wires of the unidirectional sheet is carried out by maintaining the braid in its circular form, which then makes it possible to cut it according to a generator to return it to flat and get a wider item.
  • the material according to the invention is produced on a plastic braiding machine, of the "SPIRALTEX” type comprising 96 spindles and therefore making it possible to produce a bidirectional braid having two oriented plies in reverse, and each consisting of 48 wires.
  • the son (2) of the unidirectional sheet are incorporated into the braid in a known manner.
  • the plies forming the threads arranged at an angle (1a, 1b), consist of wicks of carbon threads, having a titer of 400 tex.
  • the unidirectional sheet (wires 2) is constituted by wires of the core / sheath type, the core being based on a 22 tex glass wire and the sheath constituted by a copolyamide-based coating, the melting point of which is approximately 115 ° C.
  • the material comprises on the one hand, fusible wires (2) of the aforementioned type used as a longitudinal element and, on the other hand arranged in parallel with these fusible wires, wires (2a) , made of carbon wicks.
  • 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 utilisable pour la réalisation de complexes stratifiés. Elle comporte trois séries de fils (1a,1B,2) orientés différemment les uns par rapport aux autres, deux (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 étant quant à eux disposés parallèlement à la longueur, et emprisonnés entre les fils (1a,1b). Dans ce matériau, les fils longitudinaux (2) sont constitués au moins pour partie de fils présentant des propriétés thermocollantes, dont les caractéristiques adhésives sont révélées après réalisation de la tresse, et permettent d'assurer la liaison des couches externes bidirectionnelles (1a,1b) sans possibilité de déplacement du positionnement des fils les uns par rapport aux autres. <IMAGE>

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 également été 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 déformabilite 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".
  • 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.
  • Si comme dit précédemment, des 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 stratifies 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 profiles en continu en extrudant une résine thermodurcissable et en lui incorporant en continu un renfort textile et qui implique donc une mise sous tension importante, et par suite, nécessite l'utilisation de renforts indéformables, propriété incompatible avec celle d'une tresse où par nature, les fils peuvent être facilement déplaces les uns par rapport aux autres.
  • Par suite, à ce jour, pour la réalisation d'articles stratifiés obtenus par pultrusion, et plus particulièrement dans le cas d'articles en forme de profilé (L, U, V..), comme renforts textiles, on utilise donc 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 lesquelles le renfort textile est parfaitement positionné à l'intérieur de la résine. Les profilés ainsi obtenus présentent une bonne résistance à la friction compte tenu des renforts longitudinaux, mais, 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 perfectionnement aux armatures textiles du type tresse tridirectionnelle, qui résoud l'ensemble de ces problèmes et permet de réaliser des articles stratifies, 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), et 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 profile réalisé.
  • Certes, de tels articles comportant des fils orientés selon trois directions, avaient été proposes depuis fort longtemps (cf. US-A-3 446 256), mais, ainsi que cela ressort de ce document, leur réalisation impliquait d'obtenir un entrecroisement des fils entre eux par tissage, et ce afin d'éviter que les séries de fils élémentaires ne se déplacent les unes par rapport aux autres. En conséquence, bien qu'aucune indication ne soit donnée dans ce document sur la manière dont on pouvait réaliser de tels articles, il est clair qu'ils nécessitent des métiers à tisser qui doivent faire l'objet d'adaptations importantes pour pouvoir orienter les fils de chaine et de trame selon trois axes.
  • L'armature tridirectionnelle conforme à l'invention peut, quant à elle, être obtenue selon un procédé simple, sur du matériel de tressage conventionnel, sans aucune adaptation de ce dernier en ce qui concerne la réalisation de la tresse tridirectionnelle de base entrant dans sa réalisation, et ce selon un procédé simple qui fait également partie de l'invention.
  • D'une manière générale, l'armature tridirectionnelle conforme à l'invention se présente sous la forme d'une bande plane, de très grande longueur par rapport à sa largeur, et qui comporte trois séries de fils orientés différemment les uns 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 disposes parallèlement à la longueur, et emprisonnés entre les deux séries de fils disposés en biais, et elle se caractérise en ce que lesdits fils longitudinaux sont constitues au moins pour partie de fils présentant des propriétés thermocollantes, dont les caractéristiques adhésives sont révélées après réalisation de la tresse, et permettent d'assurer la liaison des couches externes bidirectionnelles sans possibilité de déplacement du positionnement des fils les uns par rapport aux autres.
  • Grâce à une telle structure, on obtient donc un matériau qui non seulement présente les avantages des renforts textiles tressés (orientation des filaments en biais par rapport à la longueur et ce, selon un angle déterminé, pouvant être facilement réglé lors de la production de la dite tresse), mais qui n'en 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, condition nécessaire 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 composes 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 une alternance de fils de verre et de carbone, et ce aussi bien dans la structure bidirectionnelle que dans la nappe undirectionnelle. Il peut également être envisage d'incorporer dans l'une ou dans l'ensemble des nappes des fils métalliques permettant éventuellement de mettre en forme le matériau de renforcement et/ou de lui conférer des propriétés spécifiques.
  • Enfin, il est possible de réaliser un matériau conforme à l'invention comportant deux couches du type précité par simple aplatissement de la tresse tubulaire formée, soit d'obtenir une nappe monocouche, de grande largeur, en découpant la tresse tubulaire selon l'une de ses génératrices et en la mettant à plat.
  • 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, entre les fils disposés en biais, une série de fils longitudinaux, parallèles, dont au moins une partie est constituée de fils présentant des propriétés thermocollantes, ledit procédé se caractérisant en ce que le positionnement des fils (transversaux et longitudinaux) les uns par rapport aux autres est fixé sur la machine de tressage par un traitement thermique révélant les propriétés des fils thermocollants.
  • L'opération de traitement thermique peut être réalisée après avoir aplati la tresse tubulaire, soit éventuellement en maintenant en forme ladite tresse tubulaire, puis, après fixation des fils les uns par rapport aux autres, en découpant cette dernière selon une génératrice puis en la remettant à plat.
  • 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 d'articles réalisés coformément à l'invention, une partie des fils des nappes orientées en biais n'étant pas représentée dans certaines zones pour bien montrer la manière dont les différentes nappes filamentaires sont disposées les unes par rapport aux autres.
  • 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 donc sous la forme d'une bande plane, désignée par la référence générale (1), de très grande longueur L par rapport à sa largeur l. Elle comporte trois séries de fils orientés différemment les unes par rapport aux autres. Deux ce 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 et sont emprisonnés entre les deux séries de fils (1a,1b) qui sont tressés entre eux. Dans le matériau conforme à l'invention, les fils (2) de la nappe undirectionnelle sont au moins constitués pour partie de fils présentant des propriétés thermocollantes révélées par traitement thermique. De tels fils (2) peuvent être, par exemple, constitues par des fils de type "âme/gaine", l'âme étant constituée par des filaments de verre, la gaine par un enduit à base d'un polymère, tel qu'un copolyamide.
  • Une telle structure complexe est obtenue directement sur une machine à tresser conventionnelle, permettant de réaliser une tresse tubulaire comportant deux séries de fils disposés en biais (1a,1b), entre lesquelles sont emprisonnés des fils longitudinaux (2). L'orientation des fils disposés en biais, est obtenue en réglant, de manière connue, l'angle de tressage. L'angle de tressage peut être soit fixe, ce qui permet d'obtenir un article de largeur l déterminée, soit éventuellement être variable en cours de production, permettant d'obtenir une tresse de section variable.
  • Dans l'exemple illustré à la figure 1, la tresse tubulaire est soumise à une pression en sortie de la machine de manière à ce qu'elle s'aplatisse, le traitement thermique permettant de révéler les propriétés thermocollantes des fils longitudinaux étant réalisé, soit lors de cette phase d'aplatissement soit après celle-ci, ce qui permet de lier les différentes couches du complexe entre elles.
  • Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, le traitement thermique révélant les propriétés des fils thermocollants de la nappe unidirectionnelle, est réalise en maintenant la tresse sous sa forme circulaire, ce qui permet ensuite de la découper selon une génératrice pour la remettre à plat et obtenir un article de plus grande largeur.
  • 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 plastique, de type "SPIRALTEX" comportant 96 fuseaux et permettant donc de réaliser une tresse bidirectionnelle présentant deux nappes orientées en sens inverse, et constituées chacune de 48 fils. Les fils (2) de la nappe unidirectionnelle sont incorporés à la tresse de manière connue.
  • Dans les deux exemples de réalisation, les nappes formant les fils disposés en biais (1a,1b), sont constituées par des mèches de fils de carbone, ayant un titre de 400 tex. Dans l'exemple illustré à la figure 1, la nappe unidirectionnelle (fils 2), est constituée 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. Dans l'exemple illustré à la figure 2, le matériau comporte d'une part, des fils fusibles (2) du type précité utilisés comme élément longitudinal et, d'autre part disposés en parallèle à ces fils fusibles, des fils (2a), constitués de mèches de carbone.
  • Les complexes ainsi réalisés peuvent être utilisés dans de nombreuses applications, telles 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.

Claims (6)

1/ Armature textile utilisable pour la réalisation de complexes stratifiés obtenus notamment selon la technique dite de "pultrusion", se présentant sous la forme d'une bande plane, de très grande longueur par rapport à sa largeur, et qui comporte trois séries de fils (1a,1b,2) orientés différemment les uns par rapport aux autres, deux (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 étant quant à eux disposés parallèlement à la longueur, et emprisonnés entre les deux séries de fils (1a,1b) disposés en biais, caractérisée en ce que lesdits fils longitudinaux (2) sont constitués au moins pour partie de fils présentant des propriétés thermocollantes, dont les caractéristiques adhésives sont révélées après réalisation de la tresse, et permettent d'assurer la liaison des couches externes bidirectionnelles (1a,1b) sans possibilité de déplacement du positionnement des fils les uns par rapport aux autres.
2/ Armature textile selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il comporte deux couches constituées de nappes tridirectionnelles, ledit matériau étant obtenu par aplatissement de la tresse tubulaire.
3/ Armature selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle est constituée par une couche d'une nappe tridirectionnelle obtenue en découpant la tresse tubulaire selon l'une de ses génératrices et en la mettant à plat.
4/ Procédé pour l'obtention d'un matériau selon l'une des revendications 1 à 3, qui consiste à former une tresse tubulaire comportant au moins deux séries de fils (1a,1b) entrecroisés les uns par rapport aux autres, et disposés en biais par rapport à la génératrice de la gaine tressée, à introduire simultanément à la formation de la tresse, à l'intérieur de cette dernière, entre les fils (1a,1b) disposés en biais, une série de fils longitudinaux (2), parallèles, dont au moins une partie est constituée de fils présentant des propriétés thermocollantes, caractérisé en ce que le positionnement des fils (transversaux et longitudinaux) les uns par rapport aux autres est fixé sur la machine de tressage par un traitement thermique révélant les propriétés des fils thermocollants.
5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalise après avoir aplati la tresse tubulaire, le matériau obtenu comportant donc deux couches tridirectionnelles superposées reliées le long de leurs bords latéraux.
6/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé en maintenant la tresse tubulaire en forme, puis, après fixation des fils les uns par rapport aux autres, à découper ladite tresse selon une génératrice et à la remettre à plat.
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