EP4377065A1 - Tube comportant un élément cylindrique pultrudé - Google Patents

Tube comportant un élément cylindrique pultrudé

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EP4377065A1
EP4377065A1 EP22764442.4A EP22764442A EP4377065A1 EP 4377065 A1 EP4377065 A1 EP 4377065A1 EP 22764442 A EP22764442 A EP 22764442A EP 4377065 A1 EP4377065 A1 EP 4377065A1
Authority
EP
European Patent Office
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fibers
tube
polyamide
cylindrical element
tube according
Prior art date
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Pending
Application number
EP22764442.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gilles Hochstetter
Thibaut SAVART
Arthur Pierre BABEAU
Axel SALINIER
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Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Arkema France SA filed Critical Arkema France SA
Publication of EP4377065A1 publication Critical patent/EP4377065A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/14—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/12—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C63/00—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor
    • B29C63/24—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor using threads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
    • B29C70/525—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D23/00—Producing tubular articles
    • B29D23/001—Pipes; Pipe joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2077/00—Use of PA, i.e. polyamides, e.g. polyesteramides or derivatives thereof, as moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872—Prepregs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2309/00—Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2303/00 - B29K2307/00, as reinforcement
    • B29K2309/08—Glass

Definitions

  • the present invention relates to a tube comprising a pultruded cylindrical element.
  • the invention also relates to its method of manufacture, as well as to its use in structures, in particular in the field of mobility.
  • the invention relates to a tube comprising:
  • the invention also relates to a process for manufacturing the tube as defined above, characterized in that it comprises the following successive steps: a) pultrusion of the cylindrical element, b) depositing additional fibrous reinforcement .
  • the invention relates to the use of the tube as defined above to form structures including, in particular, bicycle frames, reinforcements, battery pack reinforcements, vehicle chassis reinforcements.
  • the tube according to the invention is light. It has excellent mechanical resistance in bending, compression and traction. Furthermore, it has excellent properties for hot bending, thus making it possible to envisage various shapes. However, this deformed tube after bending and after possible reconsolidation in a closed mould, retains its mechanical strength properties.
  • FIG 1 is a diagram illustrating the process for preparing the tube according to the invention.
  • FIG 2 is a diagram illustrating another process for preparing the tube according to the invention.
  • the tube according to the invention comprises:
  • At least one cylindrical element made of a pultruded fibrous material impregnated with a thermoplastic matrix
  • the cylindrical elements and at least one additional fibrous reinforcement, enveloping partially or totally, preferably totally, the cylindrical elements, the fibers contained in the additional fibrous reinforcement being positioned in a different axis from the longitudinal axis of the cylindrical element, the total fiber content of the tube being between 40 and 70% by volume with respect to the volumes of the matrix and fibers contained in the tube.
  • the cylindrical element is manufactured using a pultrusion process. It is thus made up of fibers impregnated with a thermoplastic matrix. Pultrusion is a generally continuous process, which imposes traction of the fibers through a die in the axis of the cylindrical element, the fibers not necessarily being oriented in the axis of traction. Pultrusion covers the impregnation of dry fibers, for example dry fiber braids, dry fiber fabrics or uni-directional rovings. It also covers the implementation in the form of composite fiber profiles, pre-impregnated fibers, braids pre-impregnated with resin. According to the latter case, the fibers can be pre-impregnated before the pultrusion step.
  • the tube according to the invention may contain a liner. But, this liner is not essential.
  • tube is meant in the sense of the present invention a hollow body with constant section, of circular, square, rectangular, oval shape, or other shape, preferably of circular shape.
  • the number of fibers per strand is for carbon fibers greater than or equal to 12K, greater than 24K, in particular greater than or equal to 50K, in particular comprised from 24 to 36K.
  • the grammage for the fiberglass is greater than or equal to 1200 Tex per strand, in particular less than or equal to 4800 Tex, in particular comprised from 1200 to 2400 Tex.
  • fibers of mineral origin mention may be made of carbon fibers, glass fibers, basalt fibers or fibers based on basalt, silica fibers, or silicon carbide fibers for example.
  • fibers of organic origin mention may be made of fibers based on a thermoplastic or thermosetting polymer, such as semi-aromatic polyamide fibers, aramid fibers or polyolefin fibers for example.
  • they are based on an amorphous thermoplastic polymer and have a glass transition temperature Tg higher than the Tg of the polymer or mixture of thermoplastic polymer constituting the impregnation matrix when the latter is amorphous, or higher than the Tm of the polymer or mixture of thermoplastic polymer constituting the impregnation matrix when the latter is semi-crystalline.
  • they are based on semi-crystalline thermoplastic polymer and have a melting point Tf higher than the Tg of the polymer or mixture of thermoplastic polymer constituting the impregnation matrix when the latter is amorphous, or higher than the Tm of the polymer or mixture of thermoplastic polymer of constitution of the impregnation matrix, when the latter is semi-crystalline.
  • the organic fibers of constitution of the fibrous material during the impregnation by the thermoplastic matrix of the final composite.
  • the fibers of plant origin mention may be made of natural fibers based on flax, hemp, lignin, bamboo, silk, in particular spider silk, sisal, and other cellulosic fibers, in particular viscose. These fibers of plant origin can be used pure, treated or even coated with a coating layer, in order to facilitate adhesion and impregnation of the thermoplastic polymer matrix.
  • constituent fibers can be used alone or in mixtures.
  • organic fibers can be mixed with mineral fibers to be impregnated with thermoplastic polymer and form the impregnated fibrous material.
  • the rovings of organic fibers can have several basis weights. They may also have several geometries.
  • the fibers are in the form of continuous fibers, which make up 2D fabrics, nonwovens (NCF), braids or rovings of unidirectional fibers (UD) or nonwovens.
  • the fibers of constitution of the fibrous material may also be in the form of a mixture of these reinforcing fibers of different geometries.
  • the fibers included in the pultruded fibrous material of the cylindrical element are a braid of dry fibers.
  • the fibrous material is chosen from glass fibers, carbon fibers, basalt fibers and basalt-based fibers.
  • the fibrous material is chosen from glass fibers.
  • the fibrous material is chosen from carbon fibers.
  • the fibrous material is chosen from fibers based on basalt.
  • the fibers are used in the form of a roving or several rovings.
  • thermoplastic matrix The thermoplastic matrix
  • Thermoplastic, or thermoplastic polymer means a material which is generally solid at room temperature, which may be semi-crystalline or amorphous, and which softens when the temperature rises, in particular after passing its glass transition temperature. (Tg) and flows at a higher temperature when it is amorphous, or can present a frank melting on passing its so-called melting temperature (Tf) when it is semi-crystalline, and which becomes solid again during a decrease in temperature below its crystallization temperature (for a semi-crystalline) and below its glass transition temperature (for an amorphous).
  • Tg glass transition temperature
  • Tf melting temperature
  • the glass transition temperature denoted Tg below and the melting temperature denoted Tf below are determined by differential scanning calorimetry (DSC) according to standard ISO 11357-2:2013 and 11357-3:2013 respectively.
  • the thermoplastic polymer may be an amorphous polymer having a glass transition temperature Tg greater than or equal to 50° C., in particular greater than or equal to 100° C., in particular greater than or equal to 120° C., in particular greater than or equal to 140°C, or a semi-crystalline thermoplastic polymer whose melting point Tm is greater than 150°C.
  • the matrix is qualified as "thermoplastic", this means that the majority component of the matrix is a polymer thermoplastic or a mixture of thermoplastic polymers.
  • said at least one thermoplastic polymer is selected from: poly(aryl etherketones) (PAEK), in particular poly(etheretherketone) (PEEK); poly(aryl etherketoneketone) (PAEKK), in particular poly(etherketoneketone) (PEKK); aromatic polyetherimides (PEI); polyarylsulphones, in particular polyphenylene sulphones (PPSU); polyarylsulphides, in particular polyphenylene sulphides (PPS); polyamides (PA), in particular semi-aromatic polyamides (polyphthalamides) optionally modified with urea units; PEBAs whose Tm is greater than 150° C., polyacrylates, in particular polymethyl methacrylate (PMMA); polyolefins, excluding polypropylene, polylactic acid (PLA), polyvinyl
  • said at least thermoplastic polymer is selected from polyamides, aliphatic polyamides, cycloaliphatic polyamides and semi-aromatic polyamides (polyphthalamides), PEKK, PEI and a mixture of PEKK and PEI.
  • polyphthalamides polyphthalamides
  • PEKK poly(ethylene glycol)
  • PEI poly(ethylene glycol)
  • the nomenclature used to define polyamides is described in standard NF EN ISO 1874-1:2011 "Plastics - Polyamide (PA) materials for molding and extrusion - Part 1: Designation", in particular on page 3 (tables 1 and 2) and is well known to those skilled in the art.
  • the polyamide can be a homopolyamide or a copolyamide or a mixture of these.
  • PAEKs are advantageously used according to the invention.
  • Poly(ArylEtherketone) such as PEK poly(etherketones), PEEK poly(etheretherketone), PEKK poly(etherketone ketone), PEKEKK poly(etherketoneetherketone) or high glass transition temperature Tg PAs.
  • said polyamide is chosen from aliphatic polyamides, cycloaliphatic polyamides and semi- aromatics (polyphthalamides).
  • the aliphatic polyamide is chosen from polyamide 6 (PA6), polyamide 11 (PAU), polyamide 12 (PA12), polyamide 66 (PA66), polyamide 46 (PA46), polyamide 610 ( PA610), polyamide 612 PA612), polyamide 1010 (PA1010), polyamide 1012 (PA1012), polyamide 11/1010 (PA11/1010) and polyamide 12/1010
  • PA12/1010 PA12/1010
  • PBA polyamide/polyether
  • the semi-aromatic polyamide is a semi-aromatic polyamide, optionally modified with urea units, in particular an PA MXD6 and an PA MXD10 or a semi-aromatic polyamide of formula X/YAr, as described in EP1505099, in particular a semi-aromatic polyamide of formula A/XT in which
  • -A is chosen from a unit obtained from an amino acid, a unit obtained from a lactam and a unit corresponding to the formula (diamine in Ca).(diacid in Cb), with a representing the number of carbon atoms of the diamine and b representing the number of carbon atoms of the diacid, a and b each being between 4 and 36, advantageously between 9 and 18, the unit (diamine in Ca) being chosen from aliphatic diamines, linear or branched, cycloaliphatic diamines and alkylaromatic diamines and the (Cb diacid) unit being chosen from aliphatic, linear or branched diacids, cycloaliphatic diacids and aromatic diacids;
  • -XT denotes a unit obtained from the polycondensation of a Cx diamine and terephthalic acid (T), with x representing the number of carbon atoms of the Cx diamine, x being between 6 and 36 , advantageously between 9 and 18.
  • a semi-aromatic polyamide is of formula A/6T, A/9T, A/10T or A/11T, A being as defined above, in particular a polyamide PA 6/6T , a PA 66/6T, a PA 6I/6T, a PA MPMDT/6T, a PA PA11/10T, a PA 11/6T/10T, a PA MXDT/10T, a PA MPMDT/10T, a PA BACT/10T , a PA BACT/6T, PA BACT/10T/6T or a PA 11/BACT/10T; T stands for terephthalic acid, MXD stands for m-xylylene diamine, MPMD stands for methylpentamethylene diamine and BAC stands for bis(aminomethyl)cyclohexane.
  • said thermoplastic polymer is a semi-crystalline polymer.
  • said semi-crystalline polymer has a glass transition temperature such that Tg 3 80°C, in particular Tg 3 100°C, in particular 3 120°C, in particular 3 140°C and a Tf 3 150°C .
  • said at least semi-crystalline thermoplastic polymer is selected from: poly(aryl etherketones) (PAEK), in particular poly(etheretherketone) (PEEK); poly(aryl etherketoneketone) (PAEKK), in particular poly(etherketoneketone) (PEKK); aromatic polyetherimides (PEI); polyarylsulphones, in particular polyphenylene sulphones (PPSU); polyarylsulphides, in particular polyphenylene sulphides (PPS); polyamides (PA), in particular semi-aromatic polyamides (polyphthalamides) optionally modified with urea units; polyacrylates, in particular polymethyl methacrylate (PMMA); polyolefins, excluding polypropylene, polylactic acid (PLA), polyvinyl alcohol (PVA); polyvinyl chloride (PVC) and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) polymer and mixtures thereof, in particular a mixture of PEKK
  • said at least thermoplastic polymer is selected from polyamides, aliphatic polyamides, cycloaliphatic polyamides and semi-aromatic polyamides (polyphthalamides), PEKK, PEI and a mixture of PEKK and IEP.
  • impregnated materials also called “ready-to-use” materials
  • the impregnating polymer or mixture of thermoplastic polymers is distributed uniformly and homogeneously around the fibers.
  • the impregnating thermoplastic polymer must be distributed as homogeneously as possible within the fibers in order to obtain a minimum of porosities, that is to say a minimum of voids between the fibers.
  • porosities can act as stress concentration points, when placed under mechanical tensile stress for example, and which then form break initiation points of the impregnated fibrous material. and weaken it mechanically.
  • a homogeneous distribution of the polymer or mixture of polymers therefore improves the mechanical strength and the homogeneity of the composite material formed from these impregnated fibrous materials.
  • the content of fibers in said impregnated fibrous material is between 45 and 70% by volume, preferably 50 and 70% by volume, preferably between 50 and 60% by volume, in particular 54 and 60% by volume. volume relative to the volume of the impregnated fibrous material.
  • the measurement of the fiber content can be carried out by image analysis (use of a microscope or camera or digital camera, in particular), of a cross section of the tube, by dividing the surface of the fibers by the surface of the tube (impregnated surface plus surface of the pores).
  • image analysis use of a microscope or camera or digital camera, in particular
  • the image size to be analyzed is between 10-12 times the fiber diameter. Between 5 and 40 images at different locations (sections) are taken. The average is taken over all the images and recalculated in volume.
  • the measurement of the carbon fiber content can be determined according to ISO 14127:2008. [0049] If the fibers are glass fibers, the measurement of the fiber content is determined according to ISO 1172:1999.
  • the porosity rate of said impregnated fibrous material is less than 10%, in particular less than 5%, in particular less than 2%.
  • the porosity rate is greater than 0% but less than the rates mentioned above.
  • the porosity rate corresponds to the closed porosity rate and can be determined either by electron microscopy, or as being the relative difference between the theoretical density and the experimental density of said impregnated fibrous material as described in the examples part of EP3418323, especially example 4.
  • the composite material is waterproof, inert and resistant.
  • the tube according to the invention comprises fibrous materials comprising, as fibers, fibers chosen from among glass fibers, carbon fibers, basalt fibers and basalt-based fibers and, as thermoplastic matrix, polymers chosen from polyamides, aliphatic polyamides, cycloaliphatic polyamides, semi-aromatic polyamides (polyphthalamides), PEKK, PEI and a mixture of PEKK and PEI.
  • the impregnated fibrous material is thus manufactured by pultrusion in the form of a cylinder.
  • the inside diameter of the cylindrical element can be between 10 mm and 100 mm, preferably between 15 mm and 50 mm.
  • the length of the tube can be between 10 cm to 1 m, preferably between 15 cm to 50 cm.
  • the manufacturing process is a continuous process, which leads to tubes that can range from 50 cm to 3 m in length, depending on the size of the production site. These tubes can then be reworked and shortened to suit the intended application.
  • the final tube that is to say ready to be used, is generally less than 1 m, and can range from 15 cm to 50 cm.
  • the ratio of the thickness of the wall of the tube to its internal diameter can be less than 0.20, preferably less than 0.10.
  • the tube according to the invention also comprises at least one additional fibrous reinforcement, enveloping partially or totally, preferably totally, the cylindrical element or elements.
  • fibrous reinforcement is meant in the sense of the present invention a material comprising fibers, which gives the final part a higher mechanical strength.
  • the additional fibrous reinforcement is chosen from continuous dry fibers, a fibrous material based on continuous fibers impregnated with a thermoplastic matrix, and their mixture.
  • the additional fibrous reinforcement is dry fibers, these can be chosen from those defined above.
  • the additional fibrous reinforcement is a fibrous material based on continuous fibers impregnated with a thermoplastic matrix, it may be identical to or different from the fibrous material constituting the cylindrical element.
  • the additional fibrous reinforcement is a fibrous material based on continuous fibers impregnated with a thermoplastic matrix
  • the total fiber content of the reservoir which is between 40 and 70% by volume relative to the volumes of the matrix and the fibers contained in the tube, takes into account the matrix of the thermoplastic impregnated pultruded fibrous material and the matrix of the additional fibrous reinforcement.
  • the total fiber content of the reservoir is between 40 and 70% by volume relative to the volumes of the matrices and the fibers contained in the tube.
  • the additional fibrous reinforcement is chosen from a braid of dry fibers, a braid of fibrous ribbons impregnated with thermoplastic resin, and a mixture thereof.
  • the fibers included in the fibrous material can be a braid of dry fibers and the additional fibrous reinforcement can also be a braid of dry fibers.
  • the fibers included in the fibrous material can be rovings of continuous fibers and the additional fibrous reinforcement can also be a braid of dry fibers.
  • the fibers included in the fibrous material can be a braid of fibers and the additional fibrous reinforcement can also be rovings of continuous fibers.
  • the fibers included in the fibrous material can be a braid of fibers and the additional fibrous reinforcement can also be rovings of impregnated continuous fibers.
  • the fibers included in the fibrous material can be rovings of continuous fibers and the additional fibrous reinforcement can also be rovings of impregnated continuous fibers.
  • the thermoplastic matrix of the additional fibrous reinforcement may be identical to or different from that of the cylindrical element.
  • the thermoplastic matrix of the cylindrical element is completely or partially miscible with the thermoplastic matrix of the additional fibrous reinforcement. This total or partial miscibility makes it possible to increase the adhesion between the wall of the cylindrical element and the layer of additional fibrous reinforcement.
  • the tube may comprise a cylindrical element, the thermoplastic matrix of which is made of PVC and a fibrous reinforcement, the polymer matrix of which is made of acrylic.
  • the tube may comprise a cylindrical element, the thermoplastic matrix of which is made of ABS and a fibrous reinforcement, the polymer matrix of which is made of acrylic.
  • the tube may comprise a cylindrical element, the thermoplastic matrix of which is made of polyamide and a fibrous reinforcement, the polymer matrix of which is made of polyphthalamide.
  • thermoplastic matrix of the additional fibrous reinforcement has a melting temperature above 150°C.
  • thermoplastic matrix of the additional fibrous reinforcement has a glass transition temperature above 80°C, preferably above 100°C, and more particularly above 120°C.
  • thermoplastic matrix of the additional fibrous reinforcement has a melting temperature greater than 150° C., and a glass transition temperature greater than 80° C., preferably greater than 100° C., and more particularly greater than 120°C.
  • the thickness of the fiber reinforcement layer may be between 0.5 mm and 10 mm, preferably between 0.5 mm and 5 mm
  • the total fiber content is between 40 and 70% by volume per relative to the sum of the volume of the matrix and the fibers, preferably between 50 and 70% by volume.
  • the total fiber content is meant within the meaning of the present invention the sum of the fiber content contained in the tube, that is to say in the cylindrical element and in the reinforcement extra fibrous.
  • the additional fibrous reinforcement comprises fibers positioned along an axis different from the longitudinal axis of the cylindrical element, preferably at an angle of between +/-10° and +/-89° relative to the axis longitudinal of the cylindrical element.
  • an angle comprised between +/-25° and +/-89° from the axis of the cylindrical element, more preferably between +/-45° and +/-89°.
  • the longitudinal axis of the cylindrical element constitutes the 0° axis
  • the direction of the fibers of the additional reinforcement constitutes a second axis.
  • the angle between these two axes is as defined above.
  • the +/- signs indicate whether the fibers of the additional fibrous reinforcement are positioned on the right or on the left depending on the axis of the tube.
  • a portion of the fibers included in the material of the cylindrical element is positioned in the longitudinal axis of the cylindrical element. More particularly, all of the fibers included in the material of the cylindrical element are positioned along the axis of the cylindrical element.
  • the tube may comprise a second cylindrical element composed of one or more layers of thermoplastic resin, not comprising fibers, also called liner.
  • This second cylindrical element can make it possible to increase the tightness of the tube. Depending on the application, it can also increase the pressure resistance of the tube, or even reinforce the chemical resistance of the final part.
  • the tube according to the invention may comprise a liner, then above it a cylindrical element as defined above, then an additional fibrous reinforcement as defined above.
  • the length and the diameter of the tube can be larger or smaller, depending on the intended application.
  • the tube according to the invention comprises -one or more cylindrical elements, the fibers of which are positioned in the axis of the cylindrical element and -one or more additional fibrous reinforcements, the fibers of which are positioned in a axis different from the axis of the cylindrical element,
  • the tube according to the invention comprises
  • the tube according to the invention comprises
  • the fibers of which are a braid of dry fibers
  • the fibers of which are a braid of dry fibers positioned along an axis different from the axis of the braid of the cylindrical element.
  • the invention also relates to the process for manufacturing the tube according to the invention.
  • the method comprises the following successive steps: a) pultrusion of the cylindrical element, b) depositing additional fibrous reinforcement.
  • the step of depositing the additional fibrous reinforcement can be done by winding the additional fibrous reinforcement tape around the cylindrical element. This removal can be done under a certain mechanical stress so as to exert pressure on the cylindrical element.
  • the invention finally relates to the use of the tube according to the invention to form structures, such as bicycle frames, reinforcements, more particularly battery pack reinforcements, vehicle chassis reinforcements, fishing rod elements, camera or camera stands, photovoltaic panel supports, structures for camping elements, such as tent structures, ski poles, pipes for transporting fluids.
  • structures such as bicycle frames, reinforcements, more particularly battery pack reinforcements, vehicle chassis reinforcements, fishing rod elements, camera or camera stands, photovoltaic panel supports, structures for camping elements, such as tent structures, ski poles, pipes for transporting fluids.
  • any structure of tubular shape can be made from the tube according to the invention.
  • FIG. 1 The method according to the invention can be illustrated by FIG. 1
  • FIG. 1 illustrates a pultrusion process.
  • Element 1 is an extruded tube, which will give shape to the final pultruded element.
  • the dry fibers 3 emerge from the coils supported by the creel 2 and pass into the impregnation zone 4.
  • This zone 4 comprises a bath of liquid resin or else a resin injection head.
  • the pultrusion die 5 guides the pultruded impregnated fibers leading to the pultruded layer 6.
  • the pultruded impregnated fibers undergo heating generated by a heating element 7.
  • a coil 8 supports the additional fibrous reinforcement, which is wound around the pultruded tube , at an angle 9.
  • the entire pultruded tube is pulled by 10 pullers.
  • the pultruded tube is then cut by a cutting device 11.
  • FIG. 2 illustrates another pultrusion process.
  • the element 21 is an extruded tube, which will make it possible to give shape to the final pultruded element.
  • the resin-impregnated fibers 23 leave the coils supported by the creel 22 and pass through the pultrusion die 24. This guides the impregnated fibers and conforms them, leading to the pultruded layer 25.
  • the pultruded impregnated fibers undergo heating generated by a heating element 26.
  • a coil 27 supports the additional fibrous reinforcement, which wraps around the pultruded tube, at an angle 28.
  • the entire pultruded tube is pulled by pullers 29.
  • the pultruded tube is then cut by a cutting device 30.
  • a composite tube of circular section, having an outside diameter of 50 mm and a thickness of 2 mm is manufactured by pultrusion, at a speed of 0.5 m/min, by means of a process of impregnation in the molten route, using a tubular die connected to a single-screw extruder.
  • the resin used for the pultrusion is a grade of low viscosity polyamide 11 (reference Rilsan® FMNO) allowing good impregnation of the fibers to be obtained.
  • This polyamide 11 resin had a Tm of 190°C (measured according to the ISO 11357-3:2013 standard) and the temperature in the pultrusion die was 250°C.
  • the fibers used were Hypertex S4550 glass fibers, marketed by the company 3B.
  • the fiber content was 58% vol (fiber content relative to the volume of the pultruded tube).
  • the orientation of fibers in the pultruded tube was exclusively along the axis of the tube.
  • the tube was tested in 3-point bending, at ambient temperature, with a difference between supports of 1 m and a crosshead speed of 1 mm/min: the rupture occurred prematurely along the axis of the tube.
  • We speak of premature rupture because the tensile stress measured in the tube at the time of rupture was 550 MPa (Table 1) or about half of the expected theoretical value, which corresponds to a rupture along the axis of the tube, i.e. that is to say a mode of rupture transverse to the fibres. This is explained by the absence of reinforcement perpendicular to the axis of the tube, making it possible to prevent this type of rupture transverse to the axis of the reinforcing fiber.
  • a composite tube of circular section having an outside diameter of 50 mm and a thickness of 2 mm is manufactured by pultrusion, at a speed of 0.5 m/min, by means of a process of impregnation in the molten way, using a die tube connected to a single-screw extruder.
  • the resin used for the pultrusion is a grade of low viscosity polyamide 11 (reference Rilsan® FMNO) allowing good impregnation of the fibers to be obtained.
  • This polyamide 11 resin had a Tm of 190°C (measured according to the ISO 11357-3:2013 standard) and the temperature in the pultrusion die was 250°C.
  • the fibers used were Hypertex S4550 glass fibers, marketed by the company 3B.
  • the fiber content was 58% vol (fiber content relative to the volume of the pultruded tube).
  • the orientation of the fibers in the pultruded tube was exclusively along the axis of the tube.
  • An additional reinforcement consisting of Hyosung H2550 G10 carbon fibers not impregnated with resin (ie dry fiber reinforcement) was wound at 85° from the axis of the tube, to a thickness of 1 mm.
  • the composite tube obtained was tested in 3-point bending, at ambient temperature, with a difference between supports of lm and a crosshead speed of lmm/min: the stress measured was 800 MPa: the presence of additional reinforcing fibers makes it possible to delay the fracture transverse to the fibers of the pultruded tube, but does not eliminate it.
  • a composite tube having an outer diameter of 170 mm and a thickness of 2mm is manufactured by pultrusion, at a speed of 0.5m/min, by means of a melt impregnation process, using a tubular die connected to a single-screw extruder.
  • the resin used for the pultrusion is a grade of low viscosity polyamide 11 (reference Rilsan® FMNO) allowing good impregnation of the fibers to be obtained.
  • This polyamide 11 resin had a Tm of 190°C (measured according to the ISO 11357-3:2013 standard) and the temperature in the pultrusion die was 250°C.
  • the fibers used were Hypertex S4550 glass fibers, marketed by the company 3B.
  • the fiber content was 58% vol (fiber content relative to the volume of the pultruded tube).
  • the fiber orientation of the pultruded tube was exclusively along the axis of the tube.
  • An additional fibrous reinforcement consisting of a composite tape with a width of 1 ⁇ 2'', was wound perpendicular to the axis of the tube, (taking into account the width of the tape and the diameter of the pultruded tube the angle of the fibers was approximately 85°) over a thickness of 1mm.
  • the composite tape was made of Hyosung H2525 G10 carbon fiber, impregnated with a polyamide 11 resin (reference Rilsan® FMNO) with a glass transition temperature of 50°C (measured by DSC according to ISO 11357- 2:2013). The fiber content was 55% by volume (based on the volume of the composite ribbon).
  • the composite tape was implemented using an automatic process of removal with Coriolis® Solo brand laser heating, at a temperature of 270°C and a speed of 0.3m/s.
  • the composite tube obtained was tested at 3 points, at room temperature, with a difference between supports of 1 m and a crosshead speed of 1 mm/min: the stress measured was 1000 MPa. Breakage in transverse mode to the fibers of the pultruded tube is completely eliminated. The rupture is then perpendicular to the axis of the tube and therefore to the axis of the fibers of the tube: we then say that the mode of rupture is axial.
  • a composite tube, of circular section, having an outer diameter of 170 mm and a thickness of 2 mm is manufactured by pultrusion, at a speed of 0.5 m/min, by means of a process of impregnation in the molten route, using a tubular die connected to a single-screw extruder.
  • the resin used for the pultrusion is a grade of low viscosity polyamide 11 (reference Rilsan® FMNO) allowing to obtain a good impregnation of the fibres.
  • This polyamide 11 resin had a Tm of 190°C (measured according to the ISO 11357-3:2013 standard) and the temperature in the pultrusion die was 250°C.
  • the fibers used were Hypertex S4550 glass fibers, marketed by the company 3B.
  • the fiber content was 58% vol (fiber content relative to the volume of the pultruded tube).
  • the orientation of the fibers in the pultruded tube was exclusively along the axis of the tube.
  • An additional fibrous reinforcement consisting of a composite tape with a width of 1 ⁇ 2'', was wound perpendicular to the axis of the tube, (taking into account the width of the tape and the diameter of the pultruded tube the angle of the fibers was approximately 85°) over a thickness of 1mm.
  • the composite ribbon was made of a Hyosung H2525 G10 carbon fiber, impregnated with a PPA type resin
  • the fiber content was 55% by volume (based on the volume of the composite tape).
  • the composite tape was implemented using an automatic process of removal with Coriolis® Solo brand laser heating, at a temperature of 330°C and a speed of 0.3m/s.
  • the composite tube obtained was tested in bending, at ambient temperature, with a difference between supports of 1 m and a crosshead speed of 1 mm/min: the stress measured was 1200 MPa. Breakage in transverse mode to the fibers of the pultruded tube is completely eliminated; the failure mode is axial.

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Abstract

L'invention porte sur un tube comportant : -au moins un élément cylindrique en un matériau fibreux pultrudé imprégné d'une matrice thermoplastique, - au moins un renfort fibreux supplémentaire, enveloppant partiellement ou totalement le ou les éléments cylindriques, les fibres contenues dans le renfort fibreux supplémentaire étant positionnées selon un axe différent de l'axe longitudinal de l'élément cylindrique, la teneur totale en fibres du tube étant comprise entre 40 et 70 % en volume par rapport au volume de la matrice et des fibres contenues dans le tube.

Description

Tube confortant un élément cylindrique pultrudé
[0001]La présente invention porte sur un tube comportant un élément cylindrique pultrudé. L'invention porte également sur son procédé de fabrication, ainsi que sur son utilisation dans des structures, notamment dans le domaine de la mobilité.
[0002]Depuis de nombreuses années des matériaux plus légers et plus résistants sont recherchés. Ces matériaux peuvent être utilisés dans le domaine notamment des transports. Dans le domaine de l'aéronautique ou des automobile, les matériaux plastiques ou composites tendent doucement à remplacer les pièces métalliques, lorsque cela est possible.
[0003]Or, les propriétés de légèreté et de résistance mécanique ne sont pas toujours conciliables.
[0004]Par ailleurs, il est recherché des matériaux, qui peuvent se cintrer facilement permettant d'éviter des raccords entre différentes pièces. Cette capacité à être cintrée diminue le nombre de pièces à utiliser, et limite ainsi les coûts, évite d'éventuelles fuites dans le cas de canalisation par exemple, simplifie la mise en œuvre de la structure dans sa totalité, et permet de maintenir des performances mécaniques élevées même dans ces zones cintrées.
[0005]Enfin, au regard des exigences environnementales, il est recherché des matériaux recyclables.
[0006] Ainsi, il est recherché un tube léger, résistant mécaniquement, qui est relativement facile et simple à produire et à mettre en forme, et qui puisse être recyclable.
[0007]L'invention vise un tube comportant :
-au moins un élément cylindrique en un matériau fibreux pultrudé imprégné d'une matrice thermoplastique, au moins un renfort fibreux supplémentaire, enveloppant partiellement ou totalement, de préférence totalement le ou les éléments cylindriques, les fibres contenues dans le renfort fibreux supplémentaire étant positionnées dans un axe différent de l'axe longitudinal de l'élément cylindrique, la teneur totale en fibres du tube étant comprise entre 40 et 70 % en volume par rapport aux volumes de la matrice et des fibres contenues dans le tube. [0008]L'invention porte également sur un procédé de fabrication du tube tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : a) pultrusion de l'élément cylindrique, b) dépose du renfort fibreux supplémentaire.
[0009]Enfin, l'invention concerne l'utilisation du tube tel que défini ci-dessus pour former des structures parmi notamment, des cadres de vélo, des renforts, des renforts de pack de batterie, des renforts de châssis de véhicules.
[0010]Il a été observé que le tube selon l'invention est léger. Il présente une excellente résistance mécanique en flexion, en compression et en traction. Par ailleurs, il présente d'excellentes propriétés pour le cintrage à chaud, permettant d'envisager ainsi des formes diverses. Or, ce tube déformé après cintrage et après une éventuelle reconsolidation en moule fermé, conserve ses propriétés de résistance mécanique.
Brève description des figures
[0011] [Fig 1] est un schéma illustrant le procédé de préparation du tube selon l'invention.
[0012] [Fig 2] est un schéma illustrant un autre procédé de préparation du tube selon l'invention.
Description détaillée de l'invention
[0013]D'autres caractéristiques, aspects, objets et avantages de la présente invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description qui suit.
[0014]Il est précisé que les expressions « de ...à ...» et « compris entre ...et .... » utilisées dans la présente description doivent s'entendre comme incluant chacune des bornes mentionnées.
Tube
[0015]Le tube selon l'invention comporte :
- au moins un élément cylindrique en un matériau fibreux pultrudé imprégné d'une matrice thermoplastique,
, et au moins un renfort fibreux supplémentaire, enveloppant partiellement ou totalement, de préférence totalement le ou les éléments cylindriques, les fibres contenues dans le renfort fibreux supplémentaire étant positionnées dans un axe différent de l'axe longitudinal de l'élément cylindrique, la teneur totale en fibres du tube étant comprise entre 40 et 70 % en volume par rapport aux volumes de la matrice et des fibres contenues dans le tube.
[0016]L'élément cylindrique est fabriqué selon un procédé de pultrusion. Il est ainsi constitué de fibres imprégnées d'une matrice thermoplastique. La pultrusion est un procédé généralement continu, qui impose une traction des fibres à travers une filière dans l'axe de l'élément cylindrique, les fibres n'étant pas nécessairement orientées dans l'axe de la traction. La pultrusion couvre l'imprégnation de fibres sèches, par exemples des tresses de fibres sèches, des tissus de fibres sèches ou des mèches uni-directionnelles. Elle couvre également la mise en œuvre sous forme de profilés de fibres co-mélées, de fibres pré-imprégnées, des tresses pré-imprégnées de résine. Selon ce dernier cas, les fibres peuvent être pré-imprégnées avant l'étape de pultrusion.
[0017]Selon un mode de réalisation de l'invention, notamment selon l'application visée, le tube selon l'invention peut contenir un liner. Mais, ce liner n'est pas indispensable.
[0018]Par « tube », on entend au sens de la présente invention un corps creux à section constante, de forme circulaire, carré, rectangulaire, ovale, ou autre forme, de préférence de forme circulaire.
Les fibres
[0019]Concernant les fibres de constitution dudit matériau fibreux, ce sont notamment des fibres d'origine minérale, organique ou végétale sous forme de mèches.
[0020]Avantageusement, le nombre de fibres par mèche est pour des fibres de carbone supérieur ou égal à 12K, supérieure à 24K notamment supérieur ou égal à 50K, en particulier compris de 24 à 36K.
[0021]Avantageusement, le grammage pour la fibre de verre est par chaque mèche supérieur ou égal à 1200 Tex, notamment inférieur ou égal à 4800 Tex, en particulier compris de 1200 à 2400 Tex.
[0022]Parmi les fibres d'origine minérale, on peut citer les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres de basalte ou à base de basalte, les fibres de silice, ou les fibres de carbure de silicium par exemple. Parmi les fibres d'origine organique, on peut citer les fibres à base de polymère thermoplastique ou thermodurcissable, telles que des fibres de polyamides semi-aromatiques, des fibres d'aramide ou des fibres en polyoléfines par exemple. De préférence, elles sont à base de polymère thermoplastique amorphe et présentent une température de transition vitreuse Tg supérieure à la Tg du polymère ou mélange de polymère thermoplastique de constitution de la matrice d'imprégnation lorsque ce dernier est amorphe, ou supérieure à la Tf du polymère ou mélange de polymère thermoplastique de constitution de la matrice d'imprégnation lorsque ce dernier est semi-cristallin. Avantageusement, elles sont à base de polymère thermoplastique semi- cristallin et présentent une température de fusion Tf supérieure à la Tg du polymère ou mélange de polymère thermoplastique de constitution de la matrice d'imprégnation lorsque ce dernier est amorphe, ou supérieure à la Tf du polymère ou mélange de polymère thermoplastique de constitution de la matrice d'imprégnation, lorsque ce dernier est semi-cristallin.Ainsi, il n'y a aucun risque de fusion pour les fibres organiques de constitution du matériau fibreux lors de l'imprégnation par la matrice thermoplastique du composite final. Parmi les fibres d'origine végétale, on peut citer les fibres naturelles à base de lin, de chanvre, de lignine, de bambou, de soie notamment d'araignée, de sisal, et d'autres fibres cellulosiques, en particulier de viscose. Ces fibres d'origine végétale peuvent être utilisées pures, traitées ou bien enduites d'une couche d'enduction, en vue de faciliter l'adhérence et l'imprégnation de la matrice de polymère thermoplastique.
[0023]Il peut également correspondre à des fibres avec des fils de maintien.
[0024]Ces fibres de constitution peuvent être utilisées seules ou en mélanges. Ainsi, des fibres organiques peuvent être mélangées aux fibres minérales pour être imprégnées de polymère thermoplastique et former le matériau fibreux imprégné.
[0025]Les mèches de fibres organiques peuvent avoir plusieurs grammages. Elles peuvent en outre présenter plusieurs géométries. [0026]Les fibres se présentent sous forme de fibres continues, qui composent les tissus 2D, les non-tissés (NCF), les tresses ou mèches de fibres unidirectionnelles (UD) ou non tissées. Les fibres de constitution du matériau fibreux peuvent en outre se présenter sous forme d'un mélange de ces fibres de renfort de différentes géométries. De préférence, les fibres comprises dans le matériau fibreux pultrudé de l'élément cylindrique sont une tresse de fibres sèches.
[0027] De préférence le matériau fibreux est choisi parmi les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres de basalte et les fibres à base de basalte. Selon une première mode de réalisation avantageux le matériau fibreux est choisi parmi les fibres de verre. Selon une deuxième mode de réalisation avantageux le matériau fibreux est choisi parmi les fibres de carbone. Selon une troisième mode de réalisation avantageux le matériau fibreux est choisi parmi les fibres à base de basalte.
[0028]Avantageusement, les fibres sont utilisées sous forme d'une mèche ou de plusieurs mèches.
La matrice thermoplastique
[0029]On entend par thermoplastique, ou polymère thermoplastique, un matériau généralement solide à température ambiante, pouvant être semi-cristallin ou amorphe, et qui se ramollit lors d'une augmentation de température, en particulier après passage de sa température de transition vitreuse (Tg) et s'écoule à plus haute température lorsqu'il est amorphe, ou pouvant présenter une fusion franche au passage de sa température dite de fusion (Tf) lorsqu'il est semi- cristallin, et qui redevient solide lors d'une diminution de température en dessous de sa température de cristallisation (pour un semi-cristallin) et en dessous de sa température de transition vitreuse (pour un amorphe).
[0030]La température de transition vitreuse notée Tg ci-après et la température de fusion notée Tf ci-après sont déterminées par analyse calorimétrique différentielle (DSC) selon la norme ISO 11357-2 :2013 et 11357-3 :2013 respectivement.
[0031]Le polymère thermoplastique peut être un polymère amorphe présentant une température de transition vitreuse Tg supérieure ou égale à 50°C, notamment supérieure ou égale à 100°C, en particulier supérieure ou égale à 120°C, notamment supérieure ou égale à 140°C, ou un polymère thermoplastique semi-cristallin dont la température de fusion Tf est supérieure 150°C.
[0032]La matrice est qualifiée de « thermoplastique », cela signifie que le composant majoritaire de la matrice est un polymère thermoplastique ou bien un mélange de polymères thermoplastiques. [0033]Avantageusement, ledit au moins polymère thermoplastique est sélectionné parmi : les poly(aryl éthercétones) (PAEK), en particulier le poly(étheréthercétone) (PEEK) ; les poly(aryl éthercétonecétone) (PAEKK), en particulier le poly(éthercétonecétone) (PEKK) ; les polyéther-imides (PEI) aromatiques ; les polyaryl sulfones, en particulier les polyphénylène sulfones (PPSU) ; les polyarylsulfures, en particulier les polyphénylène sulfures (PPS) ; les polyamides (PA), en particulier polyamides semi-aromatiques (polyphthalamides) éventuellement modifiées par unités urées ; les PEBA dont la Tf est supérieure à 150°C, les polyacrylates en particulier le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ; les polyoléfines, à l'exclusion du polypropylène, l'acide polylactique (PLA), l'alcool polyvinylique (PVA), et les polymères fluorés en particulier le polyfluorure de vinylidène (PVDF) ou le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE); le polychlorure de vinyle (PVC) et le polymère d'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) et leurs mélanges, notamment un mélange de PEKK et de PEI, de préférence de 90- 10% en poids à 60-40% en poids, en particulier de 90-10% en poids à 70-30% en poids.
[0034]Avantageusement, ledit au moins polymère thermoplastique est sélectionné parmi les polyamides, les polyamides aliphatiques, les polyamides cycloaliphatiques et les polyamides semi-aromatiques (polyphthalamides), le PEKK, le PEI et un mélange PEKK et de PEI. [0035]La nomenclature utilisée pour définir les polyamides est décrite dans la norme NF EN ISO 1874-1:2011 "Plastiques - Matériaux polyamides (PA) pour moulage et extrusion - Partie 1 : Désignation", notamment en page 3 (tableaux 1 et 2) et est bien connue de l'homme du métier. [0036]Le polyamide peut être un homopolyamide ou un copolyamide ou un mélange de ceux-ci.
[0037]Pour des tubes devant résister à des températures élevées, on utilise avantageusement selon l'invention les PAEK
Poly(ArylEthercétone) tels que les poly(éthercétones) PEK, le poly(étheréthercétone) PEEK, le poly(éthercétone cétone) PEKK, le Poly(éthercétoneéthercétonecétone) PEKEKK ou les PA de haute température de transition vitreuse Tg.
[0038]Avantageusement, ledit polyamide est choisi parmi les polyamides aliphatiques, les polyamides cycloaliphatiques et les polyamides semi- aromatiques (polyphthalamides).
[0039]Avantageusement, le polyamide aliphatique est choisi parmi le polyamide 6 (PA6), le polyamide 11 (PAU ), le polyamide 12 (PA12), le polyamide 66 (PA66), le polyamide 46 (PA46), le polyamide 610 (PA610), le polyamide 612 PA612), le polyamide 1010 (PA1010), le polyamide 1012 (PA1012), le polyamide 11/1010 (PA11/1010) et le polyamide 12/1010
(PA12/1010), ou un mélange de ceux-ci ou un copolyamide de ceux-ci, et les copolymères blocs, notamment polyamide/polyéther (PEBA) et le polyamide semi-aromatique est un polyamide semi-aromatique, éventuellement modifié par des unités urées, notamment un PA MXD6 et un PA MXD10 ou un polyamide semi-aromatique de formule X/YAr, tel que décrits dans EP1505099, notamment un polyamide semi-aromatique de formule A/XT dans laquelle
-A est choisi parmi un motif obtenu à partir d'un aminoacide, un motif obtenu à partir d'un lactame et un motif répondant à la formule (diamine en Ca).(diacide en Cb), avec a représentant le nombre d'atomes de carbone de la diamine et b représentant le nombre d'atome de carbone du diacide, a et b étant chacun compris entre 4 et 36, avantageusement entre 9 et 18, le motif (diamine en Ca) étant choisi parmi les diamines aliphatiques, linéaires ou ramifiés, les diamines cycloaliphatiques et les diamines alkylaromatiques et le motif (diacide en Cb) étant choisi parmi les diacides aliphatiques, linéaires ou ramifiés, les diacides cycloaliphatiques et les diacides aromatiques;
-XT désigne un motif obtenu à partir de la polycondensation d'une diamine en Cx et de l'acide téréphtalique(T) , avec x représentant le nombre d'atomes de carbone de la diamine en Cx, x étant compris entre 6 et 36, avantageusement entre 9 et 18. Avantageusement, un polyamide semi-aromatique est de formule A/6T, A/9T, A/10T ou A/11T, A étant tel que défini ci-dessus, en particulier un polyamide PA 6/6T, un PA 66/6T, un PA 6I/6T, un PA MPMDT/6T, un PA PA11/10T, un PA 11/6T/10T, un PA MXDT/10T, un PA MPMDT/10T, un PA BACT/10T, un PA BACT/6T, PA BACT/10T/6T ou un PA 11/BACT/10T ; T correspond à l'acide téréphtalique, MXD correspond à la m-xylylène diamine, MPMD correspond à la méthylpentaméthylène diamine et BAC correspond au bis(aminométhyl)cyclohexane.
[0040]Avantageusement, ledit polymère thermoplastique est un polymère semi-cristallin. [0041]Avantageusement ledit polymère semi-cristallin présente une température de transition vitreuse est telle que Tg ³ 80°C, notamment Tg ³ 100°C, en particulier ³ 120°C, notamment ³ 140°C et une Tf ³ 150°C.
[0042]Dans ce dernier cas, ledit au moins polymère thermoplastique semi-cristallin est sélectionné parmi : les poly(aryl éthercétones) (PAEK), en particulier le poly(étheréthercétone) (PEEK) ; les poly(aryl éthercétonecétone) (PAEKK), en particulier le poly(éthercétonecétone) (PEKK) ; les polyéther-imides (PEI) aromatiques ; les polyaryl sulfones, en particulier les polyphénylène sulfones (PPSU) ; les polyarylsulfures, en particulier les polyphénylène sulfures (PPS) ; les polyamides (PA), en particulier polyamides semi-aromatiques (polyphthalamides) éventuellement modifiées par unités urées ; les polyacrylates en particulier le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ; les polyoléfines, à l'exclusion du polypropylène, l'acide polylactique (PLA), l'alcool polyvinylique (PVA); le polychlorure de vinyle (PVC) et le polymère d'acrylonitrile- butadiène-styrène (ABS) et leurs mélanges, notamment un mélange de PEKK et de PEI, de préférence de 90-10% en poids à 60-40% en poids, en particulier de 90-10% en poids à 70-30% en poids.
[0043]Plus avantageusement, dans ce dernier cas, ledit au moins polymère thermoplastique est sélectionné parmi les polyamides, les polyamides aliphatiques, les polyamides cycloaliphatiques et les polyamides semi-aromatiques (polyphthalamides), le PEKK, le PEI et un mélange PEKK et de PEI.
Le matériau fibreux imprégné
[0044]Dans les matériaux imprégnés aussi appelés « prêts à l'emploi », le polymère ou mélange de polymères thermoplastiques d'imprégnation est réparti uniformément et de manière homogène autour des fibres. Dans ce type de matériau, le polymère thermoplastique d'imprégnation doit être réparti de manière la plus homogène possible au sein des fibres afin d'obtenir un minimum de porosités, c'est à dire un minimum de vides entre les fibres. En effet, la présence de porosités dans ce type de matériaux peut agir comme des points de concentrations de contraintes, lors d'une mise sous contrainte mécanique de traction par exemple, et qui forment alors des points d'initiation de rupture du matériau fibreux imprégné et le fragilisent mécaniquement. Une répartition homogène du polymère ou mélange de polymères améliore donc la tenue mécanique et l'homogénéité du matériau composite formé à partir de ces matériaux fibreux imprégnés.
[0045]Avantageusement, le taux de fibres dans ledit matériau fibreux imprégné est compris de 45 à 70 % en volume, de préférence 50 à 70% en volume, de préférence de 50 à 60% en volume, notamment de 54 à 60% en volume par rapport au volume du matériau fibreux imprégné.
[0046]La mesure du taux de fibres peut être réalisée par analyse d'image (utilisation de microscope ou d'appareil photo ou de caméra numérique, notamment), d'une coupe transversale du tube, en divisant la surface du des fibres par la surface du tube (surface imprégnée plus surface des porosités). Afin d'obtenir une image de bonne qualité, il est préférable d'enrober le tube découpé dans son sens transversal dans une résine de polissage standard et de polir avec un protocole standard permettant l'observation de l'échantillon au microscope grossissement fois 6 au minimum. La taille d'image à analyser est entre 10-12 fois le diamètre de la fibre. Entre 5 et 40 images à différents endroits (coupes) sont prises. La moyenne est prise sur toutes les images et recalculée en volume.
[0047]Pour la mesure du taux de fibres dans la partie du renfort fibreux supplémentaire, si c'est un matériau fibreux à base de fibres continues imprégnées d'une matrice thermoplastique, la même mesure est faite mais sur une coupe perpendiculaire à la direction des fibres du renfort fibreux supplémentaire.
[0048] Si les fibres sont des fibres de carbone, la mesure du taux de fibres de carbone peut être déterminée selon ISO 14127 :2008. [0049]Si les fibres sont des fibres de verre, la mesure du taux de fibres est déterminée selon ISO 1172 :1999.
[0050]Avantageusement, le taux de porosité dudit matériau fibreux imprégné est inférieur à 10%, notamment inférieur à 5%, en particulier inférieur à 2%.
[0051]Il faut noter qu'un taux de porosité nul est difficilement accessible et que par conséquent, avantageusement le taux de porosité est supérieur à 0% mais inférieur aux taux cités ci-dessus.
[0052]Le taux de porosité correspond au taux de porosité fermée et peut être déterminée soit par microscopie électronique, soit comme étant l'écart relatif entre la densité théorique et la densité expérimentale dudit matériau fibreux imprégné tel que décrit dans la partie exemplesdu EP3418323, notamment exemple 4. [0053]Le matériau composite est étanche, inerte et résistant.
[0054]De préférence, le tube selon l'invention comporte des matériaux fibreux comprenant, en tant que fibres, des fibres choisies parmi les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres de basalte et les fibres à base de basalte et, en tant que matrice thermoplastique, les polymères choisis parmi les polyamides, les polyamides aliphatiques, les polyamides cycloaliphatiques, les polyamides semi-aromatiques (polyphthalamides), les PEKK, les PEI et un mélange PEKK et de PEI. [0055]Le matériau fibreux imprégné est ainsi fabriqué par pultrusion sous la forme d'un cylindre.
[0056]Selon un mode de réalisation, le diamètre intérieur de l'élément cylindrique peut être compris entre 10 mm et 100 mm, de préférence entre 15 mm et 50 mm.
[0057]La longueur du tube peut être comprise entre 10 cm à 1 m, de préférence entre 15 cm à 50 cm.
[0058]Lors de la fabrication du tube, le procédé de fabrication est un procédé en continu, qui conduit à des tubes pouvant aller de 50 cm à 3 m de long, selon la taille du site de production. Ces tubes peuvent ensuite être retravaillés et raccourcis, de manière à s'adapter à l'application visée. Ainsi, le tube final, c'est-à-dire prêt à être utilisé est généralement inférieur à 1 m, et peut aller de 15 cm à 50 cm.
[0059]L'homme du métier saura adapter les dimensions de l'élément cylindrique en fonction de la destination du tube.
[0060]Selon un autre mode de réalisation, le rapport de l'épaisseur de la paroi du tube sur son diamètre intérieur peut être inférieur à 0.20, de préférence inférieure à 0.10.
Renfort fibreux supplémentaire
[0061]Le tube selon l'invention comprend également au moins un renfort fibreux supplémentaire, enveloppant partiellement ou totalement, de préférence totalement le ou les éléments cylindriques.
[0062]Par renfort fibreux, on entend au sens de la présente invention un matériau comportant des fibres, qui confère à la pièce finale une résistance mécanique supérieure.
[0063]Le renfort fibreux supplémentaire est choisi parmi des fibres sèches continues, un matériau fibreux à base de fibres continues imprégnées d'une matrice thermoplastique, et leur mélange.
[0064]Lorsque le renfort fibreux supplémentaire est des fibres sèches, celles-ci peuvent être choisies parmi celles définies ci-dessus. [0065]Lorsque le renfort fibreux supplémentaire est un matériau fibreux à base de fibres continues imprégnées d'une matrice thermoplastique, il peut être identique ou différent du matériau fibreux constituant l'élément cylindrique.
[0066]Lorsque le renfort fibreux supplémentaire est un matériau fibreux à base de fibres continues imprégnées d'une matrice thermoplastique, la teneur totale en fibres du réservoir qui est comprise entre 40 et 70 % en volume par rapport aux volumes de la matrice et des fibres contenues dans le tube, prend en compte la matrice du matériau fibreux pultrudé imprégné thermoplastique et la matrice du renfort fibreux supplémentaire. En d'autres termes, la teneur totale en fibres du réservoir est comprise entre 40 et 70 % en volume par rapport aux volumes des matrices et des fibres contenues dans le tube.
[0067]Selon un mode de réalisation, le renfort fibreux supplémentaire est choisi parmi une tresse de fibres sèches, une tresse de rubans fibreux imprégnés de résine thermoplastique, et leur mélange.
[0068]Ainsi, selon un premier mode de réalisation, les fibres comprises dans le matériau fibreux peuvent être une tresse de fibres sèches et le renfort fibreux supplémentaires peut être également une tresse de fibres sèches.
[0069] Selon un second mode de réalisation, les fibres comprises dans le matériau fibreux peuvent être des mèches de fibres continues et le renfort fibreux supplémentaires peut être également une tresse de fibres sèches.
[0070]Selon un troisième mode de réalisation, les fibres comprises dans le matériau fibreux peuvent être une tresse de fibres et le renfort fibreux supplémentaires peut être également des mèches de fibres continues.
[0071]Selon un quatrième mode de réalisation, les fibres comprises dans le matériau fibreux peuvent être une tresse de fibres et le renfort fibreux supplémentaire peut être également des mèches de fibres continues imprégnées.
[0072]Selon un cinquième mode de réalisation, les fibres comprises dans le matériau fibreux peuvent être mèches de fibres continues et le renfort fibreux supplémentaires peut être également des mèches de fibres continues imprégnées. [0073]La matrice thermoplastique du renfort fibreux supplémentaire peut être identique ou différente de celle de l'élément cylindrique. De préférence, la matrice thermoplastique de l'élément cylindrique est totalement ou partiellement miscible avec la matrice thermoplastique du renfort fibreux supplémentaire. Cette miscibilité totale ou partielle permet d'augmenter l'adhérence entre la paroi de l'élément cylindrique et la couche du renfort fibreux supplémentaire.
[0074] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le tube peut comporter un élément cylindrique dont la matrice thermoplastique est en PVC et un renfort fibreux, dont la matrice polymérique est en acrylique.
[0075]Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le tube peut comporter un élément cylindrique dont la matrice thermoplastique est en ABS et un renfort fibreux, dont la matrice polymérique est en acrylique.
[0076]Selon encore un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le tube peut comporter un élément cylindrique dont la matrice thermoplastique est en polyamide et un renfort fibreux, dont la matrice polymérique est en polyphthalamide.
[0077]De préférence, la matrice thermoplastique du renfort fibreux supplémentaire présente une température de fusion supérieure à 150°C. [0078]De préférence, la matrice thermoplastique du renfort fibreux supplémentaire présente une température de transition vitreuse supérieure à 80°C, de préférence, supérieure à 100°C, et plus particulièrement supérieure à 120°C.
[0079]Plus particulièrement, la matrice thermoplastique du renfort fibreux supplémentaire présente une température de fusion supérieure à 150°C, et une température de transition vitreuse supérieure à 80°C, de préférence, supérieure à 100°C, et plus particulièrement supérieure à 120°C.
[0080]L'épaisseur de la couche du renfort fibreux peut être comprise entre 0.5 mm et 10 mm, de préférence entre 0,5 mm et 5 mm [0081]La teneur totale en fibres est comprise entre 40 et 70 % en volume par rapport à la somme du volume de la matrice et des fibres, de préférence entre 50 et 70% en volume.
[0082]Par « la teneur totale en fibres », on entend au sens de la présente invention la somme de la teneur en fibres contenues dans le tube, c'est-à-dire dans l'élément cylindrique et dans le renfort fibreux supplémentaire.
[0083]Le renfort fibreux supplémentaire comporte des fibres positionnées selon un axe différent de l'axe longitudinal de l'élément cylindrique, de préférence selon un angle compris entre +/-10° et +/- 89° par rapport à l'axe longitudinal de l'élément cylindrique. De préférence, un angle compris entre +/-25° et +/-89° de l'axe de l'élément cylindrique, plus préférentiellement entre +/-45° et +/-89°. [0084]En d'autres termes, l'axe longitudinal de l'élément cylindrique constitue l'axe 0°, et le sens des fibres du renfort supplémentaire constitue un second axe. L'angle entre ces deux axes est tel que défini ci-dessus. Les signes +/- indiquent si les fibres du renfort fibreux supplémentaire se positionnent à droite ou bien à gauche en fonction de l'axe du tube.
[0085]Il a été observé que la dépose d'un renfort fibreux dans un axe différent permet d'augmenter la résistance à la pression interne de la paroi du tube.
[0086]De préférence, une partie des fibres comprises dans le matériau de l'élément cylindrique est positionnée dans l'axe longitudinal de l'élément cylindrique. Plus particulièrement, la totalité des fibres comprises dans le matériau de l'élément cylindrique est positionnés selon l'axe de l'élément cylindrique.
[0087] Selon un mode de réalisation, le tube peut comprendre un second élément cylindrique composé d'une ou plusieurs couches de résine thermoplastique, ne comportant pas de fibres, également appelé liner. Ce second élément cylindrique peut permettre d'augmenter l'étanchéité du tube. Selon l'application, il peut également permettre augmenter la tenue à la pression du tube, voire de renforcer la résistance chimique de la pièce finale.
[0088]En d'autres termes, le tube selon l'invention peut comporter un liner, puis au-dessus un élément cylindrique tel que défini ci-dessus, puis un renfort fibreux supplémentaires tel que défini ci-dessus. [0089]La longueur et le diamètre du tube peuvent être plus ou moins grands, en fonction de l'application visée.
[0090]De préférence, le tube selon l'invention comporte -un ou plusieurs éléments cylindriques, dont les fibres sont positionnées dans l'axe de l'élément cylindrique et -un ou des renforts fibreux supplémentaires, dont les fibres sont positionnées dans un axe différent de l'axe de l'élément cylindrique, Selon un mode particulièrement préféré, le tube selon l'invention comporte
-un ou plusieurs éléments cylindriques, dont les fibres sont positionnées dans l'axe de l'élément cylindrique et -un renfort fibreux supplémentaire, dont les fibres sont positionnées à +/-89°par rapport à l'axe de l'élément cylindrique.
[0091]Selon un autre mode de réalisation, le tube selon l'invention comporte
-un ou plusieurs éléments cylindriques, dont les fibres sont une tresse de fibres sèches,
-un ou des renforts fibreux supplémentaires, dont les fibres sont une tresse de fibres sèches positionnée selon un axe différent de l'axe de la tresse de l'élément cylindrique.
[0092]L'invention porte également sur le procédé de fabrication du tube selon l'invention. Le procédé comprend les étapes successives suivantes : a) pultrusion de l'élément cylindrique, b) dépose du renfort fibreux supplémentaire.
[0093]De préférence, il s'agit d'un procédé en continu.
[0094]Selon un mode de réalisation, l'étape de dépose du renfort fibreux supplémentaire peut se faire par enroulement du ruban de renfort fibreux supplémentaire autour de l'élément cylindrique. Cette dépose peut se faire sous une certaine contrainte mécanique de manière à exercer une pression sur l'élément cylindrique.
[0095]L'invention porte enfin sur l'utilisation du tube selon l'invention pour former des structures, telles que des cadres de vélo, des renforts, plus particulièrement des renforts de pack de batterie, des renforts de châssis de véhicules, des éléments de canne à pêche, des pieds de caméra ou d'appareils photo, des supports de panneau photovoltaïque, des structures d'éléments de camping, comme des structures de tente, des bâtons de ski, des canalisations pour le transport de fluides.
[0096]En d'autres termes, toute structure de forme tubulaire peut être réalisée à partir du tube selon l'invention.
Description de la figure
[0097]Le procédé selon l'invention peut être illustré par la figure
1. [0098]La figure 1 illustre un procédé de pultrusion. L'élément 1 est un tube extrudé, qui va permettre de donner la forme à l'élément pultrudé final. Les fibres sèches 3 sortent des bobines supportées par le cantre 2 et passent dans la zone d'imprégnation 4. Cette zone 4 comporte un bain de résine liquide ou bien une tête d'injection de la résine. La filière de pultrusion 5 guide les fibres imprégnées pultrudées conduisant à la couche pultrudée 6. Les fibres imprégnées pultrudées subissent un chauffage généré par un élément de chauffage 7. Une bobine 8 supporte le renfort fibreux supplémentaire, qui vient s'enrouler autour du tube pultrudé, selon un angle 9. L'ensemble du tube pultrudé est tiré par des tireurs 10. Le tube pultrudé est ensuite découpé par un appareil de découpe 11.
[0099]La figure 2 illustre un autre procédé de pultrusion. L'élément 21 est un tube extrudé, qui va permettre de donner la forme à l'élément pultrudé final. Les fibres imprégnées de résine 23 sortent des bobines supportées par le cantre 22 et passent dans la filière de pultrusion 24. Celle-ci guide les fibres imprégnées et les conforme, conduisant à la couche pultrudée 25. Les fibres imprégnées pultrudées subissent un chauffage généré par un élément de chauffage 26. Une bobine 27 supporte le renfort fibreux supplémentaire, qui vient s'enrouler autour du tube pultrudé, selon un angle 28. L'ensemble du tube pultrudé est tiré par des tireurs 29. Le tube pultrudé est ensuite découpé par un appareil de découpe 30.
Exemples
[0100]Exemple comparatif
[0101]Un tube composite de section circulaire, présentant un diamètre extérieur de 50mm et une épaisseur de 2mm est fabriqué par pultrusion, à une vitesse de 0.5m/mn, au moyen d'un procédé d'imprégnation en voie fondue, utilisant une filière tubulaire connectée à une extrudeuse mono-vis. La résine utilisée pour la pultrusion est un grade de polyamide 11 de faible viscosité (référence Rilsan® FMNO) permettant d'obtenir une bonne imprégnation des fibres. Cette résine polyamide 11 présentait une Tf de 190°C (mesurée selon la norme ISO 11357-3 :2013) et la température dans la filière de pultrusion était de 250°C. Les fibres utilisées étaient des fibres de verre Hypertex S4550, commercialisées par la société 3B. Le taux de fibre était de 58% vol (taux de fibre rapporté au volume du tube pultrudé). L'orientation des fibres dans le tube pultrudé était exclusivement selon l'axe du tube. [0102]Le tube a été testé en flexion 3 points, à température ambiante, avec un écart entre appuis de lm et une vitesse de traverse de lmm/mn : la rupture s'est produite de façon prématuré selon l'axe du tube. On parle de rupture prématurée car la contrainte de traction mesurée dans le tube au moment de la rupture valait 550MPa (tableau 1) soit environ la moitiée de la valeur théorique attendue, laquelle correspond à une rupture selon l'axe du tube c'est-à-dire un mode de rupture transverse aux fibre. Ceci s'explique par l'absence de renfort perpendiculairement à l'axe du tube, permettant d'empêcher ce type de rupture transverse à l'axe de fibre de renfort.
[0103]Exemple 1
[0104]Un tube composite de section circulaire présentant un diamètre extérieur de 50mm et une épaisseur de 2mm est fabriqué par pultrusion, à une vitesse de 0.5m/mn, au moyen d'un procédé d'imprégnation en voie fondue, utilisant une filière tubulaire connectée à une extrudeuse mono-vis. La résine utilisée pour la pultrusion est un grade de polyamide 11 de faible viscosité (référence Rilsan® FMNO) permettant d'obtenir une bonne imprégnation des fibres. Cette résine polyamide 11 présentait une Tf de 190°C (mesurée selon la norme ISO 11357-3 :2013) et la température dans la filière de pultrusion était de 250°C. Les fibres utilisées étaient des fibres de verre Hypertex S4550, commercialisées par la société 3B. Le taux de fibre était de 58% vol (taux de fibre rapporté au volume du tube pultrudé). L'orientation des fibres dans le tube pultrudé était exclusivement selon l'axe du tube. [0105]Un renfort supplémentaire constitué de fibres de carbone Hyosung H2550 G10 non imprégnées de résine (ie renfort fibres sèches) a été enroulé à 85° de l'axe du tube, sur une épaisseur de 1mm.
[0106]Le tube composite obtenu a été testé en flexion3 points, à température ambiante, avec un écart entre appuis de lm et une vitesse de traverse de lmm/mn : la contrainte mesurée était de 800 MPa : la présence des fibres de renfort supplémentaires permet de retarder la rupture transverses aux fibres du tube pultrudé, mais ne la supprime pas.
[0107]Exemple 2
[0108]Un tube composite présentant un diamètre extérieur de 170mm et une épaisseur de 2mm est fabriqué par pultrusion, à une vitesse de 0.5m/mn, au moyen d'un procédé d'imprégnation en voie fondue, utilisant une filière tubulaire connectée à une extrudeuse mono-vis. La résine utilisée pour la pultrusion est un grade de polyamide 11 de faible viscosité (référence Rilsan® FMNO) permettant d'obtenir une bonne imprégnation des fibres. Cette résine polyamide 11 présentait une Tf de 190°C (mesurée selon la norme ISO 11357-3 :2013) et la température dans la filière de pultrusion était de 250°C. Les fibres utilisées étaient des fibres de verre Hypertex S4550, commercialisées par la société 3B. Le taux de fibre était de 58% vol (taux de fibre rapporté au volume du tube pultrudé). L'orientation des fibres le tube pultrudé était exclusivement selon l'axe du tube.
[0109]Un renfort fibreux supplémentaire, constitué d'un ruban composite d'une largeur de ½'' , a été enroulé perpendiculairement à l'axe du tube, (compte tenu de la largeur du ruban et du diamètre du tube pultrudé l'angle des fibres était de 85° environ) sur une épaisseur de 1mm. Le ruban composite était composé d'une fibre de carbone Hyosung H2525 G10, imprégnées d'une résine de type polyamide 11 (référence Rilsan® FMNO) présentant une température de transition vitreuse de 50°C (mesurée par DSC selon la norme ISO 11357-2 :2013). Le taux de fibre était de 55% en volume (rapporté au volume du ruban composite). Le ruban composite a mis en œuvre au moyen d'un procédé automatique de dépose avec chauffage laser de marque Coriolis® Solo, à une température de 270°C et une vitesse de 0.3m/s.
[0110]Le tube composite obtenu a été testé en 3 points, à température ambiante, avec un écart entre appuis de lm et une vitesse de traverse de lmm/mn : la contrainte mesurée était de 1000 MPa. La rupture en mode transverse aux fibres du tube pultrudé, est totalement supprimée. La rupture est alors perpendiculaire à l'axe du tube et donc à l'axe des fibres du tube : on dit alors que le mode de rupture est axial.
[0111]Exemple 3
[0112]Un tube composite, de section circulaire, présentant un diamètre extérieur de 170mm et une épaisseur de 2mm est fabriqué par pultrusion, à une vitesse de 0.5m/mn, au moyen d'un procédé d'imprégnation en voie fondue, utilisant une filière tubulaire connectée à une extrudeuse mono-vis. La résine utilisée pour la pultrusion est un grade de polyamide 11 de faible viscosité (référence Rilsan® FMNO) permettant d'obtenir une bonne imprégnation des fibres. Cette résine polyamide 11 présentait une Tf de 190°C (mesurée selon la norme ISO 11357-3 :2013) et la température dans la filière de pultrusion était de 250°C. Les fibres utilisées étaient des fibres de verre Hypertex S4550, commercialisées par la société 3B. Le taux de fibre était de 58% vol (taux de fibre rapporté au volume du tube pultrudé). L'orientation des fibres dans le tube pultrudé était exclusivement selon l'axe du tube. [0113]
[0114]Un renfort fibreux supplémentaire, constitué d'un ruban composite d'une largeur de ½'' , a été enroulé perpendiculairement à l'axe du tube, (compte tenu de la largeur du ruban et du diamètre du tube pultrudé l'angle des fibres était de 85° environ) sur une épaisseur de 1mm. Le ruban composite était composé d'une fibre de carbone Hyosung H2525 G10, imprégnées d'une résine de type PPA
(11/BACT/10T), présentant une température de transition vitreuse de 140°C (mesurée par DSC selon la norme ISO 11357-2 :2013). Le taux de fibre était de 55% en volume (rapporté au volume du ruban composite). Le ruban composite a mis en œuvre au moyen d'un procédé automatique de dépose avec chauffage laser de marque Coriolis® Solo, à une température de 330°C et une vitesse de 0.3m/s.
[0115]Le tube composite obtenu a été testé en flexion, à température ambiante, avec un écart entre appuis de lm et une vitesse de traverse de lmm/mn : la contrainte mesurée était de 1200 MPa. La rupture en mode transverse aux fibres du tube pultrudé, est totalement supprimée ; le mode de rupture est axial.
[0116]Tableau 1 - résumé des résultats

Claims

Revend! cations
1. Tube comportant :
-au moins un élément cylindrique en un matériau fibreux pultrudé imprégné d'une matrice thermoplastique,
- au moins un renfort fibreux supplémentaire, enveloppant partiellement ou totalement le ou les éléments cylindriques, les fibres contenues dans le renfort fibreux supplémentaire étant positionnées selon un axe différent de l'axe longitudinal de l'élément cylindrique, la teneur totale en fibres du tube étant comprise entre 40 et 70 % en volume par rapport aux volumes de la matrice et des fibres contenues dans le tube.
2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renfort fibreux supplémentaire est choisi parmi des fibres sèches continues, un matériau fibreux à base de fibres continues imprégnées d'une matrice thermoplastique, et leur mélange.
3. Tube selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le renfort fibreux supplémentaire comporte des fibres positionnées selon un angle compris entre +/-10° et +/-89° par rapport à l'axe de l'élément cylindrique.
4. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une partie des fibres comprises dans le matériau de l'élément cylindrique est positionnée dans l'axe longitudinal de l'élément cylindrique.
5. Tube selon l'une quelconque des revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que le renfort fibreux supplémentaire est choisi parmi une tresse de fibres sèches, une tresse de rubans fibreux imprégnés de résine thermoplastique, et leur mélange.
6. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fibres utilisées pour fabriquer le matériau fibreux pultrudé de l'élément cylindrique sont une tresse de fibres sèches.
7. Tube selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la matrice thermoplastique de l'élément cylindrique est totalement ou partiellement miscible avec la matrice thermoplastique du renfort fibreux supplémentaire.
8. Tube selon l'une quelconque des revendications 2 l, caractérisé en ce que la matrice thermoplastique du renfort fibreux supplémentaire présente une température de fusion supérieure à 150°C, et/ou une température de transition vitreuse supérieure à 80°C.
9. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte à l'intérieur de l'élément cylindrique un second élément cylindrique composé d'une ou plusieurs couches de résine thermoplastique, ne comportant pas de fibres.
10. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice thermoplastique contient en majorité un polymère thermoplastique ou un mélange de polymères thermoplastiques.
11. Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que lepolymère thermoplastique est choisi parmi les poly(aryl éthercétones) (RDEK), en particulier le poly(étheréthercétone) (PEEK) ; les poly(aryl éthercétonecétone) (RDEKK), en particulier le poly(éthercétonecétone) (PEKK) ; les polyéther-imides (PEI) aromatiques ; les polyaryl sulfones, en particulier les polyphénylène sulfones (PPSU) ; les polyarylsulfures, en particulier les polyphénylène sulfures (PPS) ; les polyamides (PA), en particulier polyamides semi-aromatiques (polyphthalamides) éventuellement modifiées par unités urées ; les PEBA dont la Tf est supérieure à 150°C, les polyacrylates en particulier le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ; les polyoléfines, à l'exclusion du polypropylène, l'acide polylactique (PLA), l'alcool polyvinylique (PVA), et les polymères fluorés en particulier le polyfluorure de vinylidène (PVDF) ou le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE); le polychlorure de vinyle (PVC) et le polymère d'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) et leurs mélanges.
12. Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est choisi parmi les polyamides, les polyamides aliphatiques, les polyamides cycloaliphatiques et les polyamides semi-aromatiques (polyphthalamides), le PEKK, le PEI et un mélange PEKK et de PEI.
13. Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est choisi parmi les polyamides aliphatiques, les polyamides cycloaliphatiques et les polyamides semi-aromatiques (polyphthalamides).
14. Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est choisi parmi le polyamide 6 (PA6), le polyamide 11 (PAU ), le polyamide 12 (PA12), le polyamide 66
(PA66), le polyamide 46 (PA46), le polyamide 610 (PA610), le polyamide 612 PA612), le polyamide 1010 (PA1010), le polyamide 1012 (PA1012), le polyamide 11/1010 (PA11/1010) et le polyamide 12/1010 (PA12/1010), ou un mélange de ceux-ci ou un copolyamide de ceux-ci.
15. Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que lepolymère thermoplastique est choisi parmi un polyamide semi-aromatique de formule A/XT dans laquelle
-A est choisi parmi un motif obtenu à partir d'un aminoacide, un motif obtenu à partir d'un lactame et un motif répondant à la formule (diamine en Ca).(diacide en Cb), avec a représentant le nombre d'atomes de carbone de la diamine et b représentant le nombre d'atome de carbone du diacide, a et b étant chacun compris entre 4 et 36, avantageusement entre 9 et 18, le motif (diamine en Ca) étant choisi parmi les diamines aliphatiques, linéaires ou ramifiés, les diamines cycloaliphatiques et les diamines alkylaromatiques et le motif (diacide en Cb) étant choisi parmi les diacides aliphatiques, linéaires ou ramifiés, les diacides cycloaliphatiques et les diacides aromatiques;
-XT désigne un motif obtenu à partir de la polycondensation d'une diamine en Cx et de l'acide téréphtalique, avec x représentant le nombre d'atomes de carbone de la diamine en Cx, x étant compris entre 6 et 36, avantageusement entre 9 et 18.
16. Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que lepolymère thermoplastique est choisi parmi un polyamide semi-aromatique de formule A/6T, A/9T, A/10T ou A/11T, A étant tel que défini ci- dessus, en particulier un polyamide PA 6/6T, un PA 66/6T, un PA 6I/6T, un PA MPMDT/6T, un PA PA11/10T, un PA 11/6T/10T, un PA MXDT/10T, un PA MPMDT/10T, un PA BACT/10T, un PA BACT/6T, PA BACT/10T/6T ou un PA 11/BACT/10T ; T correspond à l'acide téréphtalique, MXD correspond à la m-xylylène diamine, MPMD correspond à la méthylpentaméthylène diamine et BAC correspond au bis(aminométhyl)cyclohexane.
17. Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que le matériau fibreux est choisi parmi les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres de basalte et les fibres à base de basalte.
18. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux de fibres dans ledit matériau fibreux imprégné est compris de 45 à 70 % en volume, de préférence 50 à 70% en volume, de préférence de 50 à 60% en volume, notamment de 54 à 60% en volume par rapport au volume du matériau fibreux imprégné.
19. Tube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur totale en fibres est comprise entre 40 et 70 % en volume par rapport à la somme du volume de la matrice et des fibres, de préférence entre 50 et 70% en volume.
20. Procédé de fabrication du tube tel que défini à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : a) pultrusion de l'élément cylindrique, b) dépose du renfort fibreux supplémentaire.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'étape de dépose du renfort fibreux supplémentaire est fait par enroulement du ruban de renfort fibreux supplémentaire autour de l'élément cylindrique.
22. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que ledit dépose est fait sous une certaine contrainte mécanique de manière à exercer une pression sur l'élément cylindrique.
23. Utilisation du tube tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 19 pour former des structures, telles que des cadres de vélo, des renforts, plus particulièrement des renforts de pack de batterie, des renforts de châssis de véhicules, des éléments de canne à pêche, des pieds de caméra ou d'appareils photo, des supports de panneau photovoltaïque, des structures d'éléments de camping, comme des structures de tente, des bâtons de ski, des canalisations pour le transport de fluides.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3458767B1 (fr) * 2016-05-19 2020-08-12 Gilles Rocher Reservoir en matériau composite pour contenir un fluide sous pression

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3282757A (en) * 1962-12-14 1966-11-01 Structural Fibers Method of making a filament reinforced pressure vessel
DE3744349A1 (de) * 1987-12-28 1989-07-06 Stamicarbon Verbundkoerper zum absorbieren von energie
US5828003A (en) * 1996-01-29 1998-10-27 Dowell -- A Division of Schlumberger Technology Corporation Composite coiled tubing apparatus and methods
US20070006961A1 (en) * 2001-01-31 2007-01-11 Kusek Walter W Method of making reinforced PVC plastisol resin and products prepared therewith
FR2858626B1 (fr) 2003-08-05 2005-10-07 Atofina Polyamides semi aromatiques souple a faible reprise en humidite
US8302522B2 (en) * 2009-04-27 2012-11-06 Marquez Transtech Ltée Composite material, composite part and methods for making such
GB2523204B (en) * 2014-02-18 2018-02-07 Sigma Prec Components Uk Limited Fibre reinforced thermoplastic composite rigid pipe
FR3067968B1 (fr) 2017-06-22 2020-11-06 Arkema France Materiau fibreux impregne de polymere thermoplastique
EP3603945A1 (fr) * 2018-07-31 2020-02-05 TTS Inova AG Procédé et appareil de fabrication d'un demi-produit sans fin, demi-produit sans fin, sonde géothermique, armature de trou de forage ainsi que tube d'assainissement

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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