FR2717117A1 - Procédé et dispositif pour fabriquer un corps renforcé par un matériau composite renforcé par des fibres. - Google Patents
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Abstract
- La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour fabriquer un corps renforcé par un matériau composite renforcé par des fibres, le dispositif comportant un porte-bobines, un dispositif pour former un paquet de fil, un dispositif pour mouiller le fil, ainsi qu'un support rotatif pour le corps à renforcer. - Selon l'invention, entre le dispositif (2) pour former un paquet de fil et le dispositif de mouillage (5), sont agencés plusieurs rouleaux (3) décalés les uns par rapport aux autres, et le dispositif de mouillage présente au moins une extrudeuse (5) et, dans la zone du corps (7), il est prévu un rouleau (6) de chauffage ou de refroidissement et de lissage, pouvant pivoter, et le dispositif d'enroulement du fil dans son ensemble peut être déplacé dans la direction longitudinale du corps (7).
Description
L'invention concerne un procédé pour fabriquer un corps
renforcé par un matériau composite renforcé par des fibres, en particulier des bouteilles ou récipients en métal ou matière synthétique, pour recevoir un fluide gazeux sous5 pression, dans lequel, autour du corps, une pluralité de fils légers, de résistance élevée, inorganiques ou organi-
ques, non conducteurs ou conducteurs, ainsi que non métal- liques, sont enroulés le long de spires généralement adja- centes, des fibres ou brins de fibre individuels étant10 tirés, à chaque fois, d'une bobine, liés en paquets, et imprégnés, avant l'enroulement sur le corps, d'une matière
synthétique mouillable.
Un procédé de ce type est connu par le brevet US-A-4 559 974. Dans ce procédé, une pluralité de fils légers, de résistance élevée, inorganiques, non conducteurs et non métalliques sont enroulés autour du corps creux à renforcer le long de spires généralement adjacentes. Le fil individuel est tiré à chaque fois d'une bobine, une pluralité de bobines étant agencée dans un porte-bobines. Les fils20 individuels tirés sont liés ensemble et, avant l'enroulement sur le corps creux, mouillés par une résine. Ce procédé connu présente, en liaison avec l'utilisation d'une résine duromère, en comparaison avec une matière thermoplastique comme matière de matrice du matériau composite renforcé par des fibres, les inconvénients suivants: une possibilité moins bonne de recyclage, un temps de traitement plus long,
une capacité de stockage limitée de la matière brute, une plus grande absorption d'humidité, une résistance plus faible à la température, et un allongement à la rupture plus30 faible.
Par le brevet EP-0 060 856, on connaît le procédé dit "Spiflex", dans lequel une matière thermoplastique renforcée par des fibres qui, préalablement, a été préparée sous forme
de produit semi-fini en bande, est enroulée sous une pré- contrainte sur le corps creux à renforcer. Dans ce procédé, un inconvénient consiste en ce que la fabrication de la5 bande provoque, par rapport à la technique d'enroulement par voie humide expliquée précédemment, des coûts supplémen-
taires, de sorte que les avantages liés à la technique du procédé, qui sont rendus possibles par l'utilisation d'une matière thermoplastique comme matière de matrice, sont10 réduits à néant d'un point de vue économique. En outre, la souplesse d'utilisation est limitée du fait que les pro-
priétés essentielles de la couche enroulée sont déterminées par la bande.
L'invention a pour but de fournir un procédé pour fabriquer un corps renforcé par un matériau composite renforcé par des fibres, en particulier des bouteilles ou récipients en métal ou matière synthétique, pour recevoir un fluide gazeux sous pression, qui est plus économique en comparaison du procédé
"Spiflex" et fournit une plus grande souplesse d'utilisa-
tion, relativement à la réduction du poids, par rapport à
des structures en matériau métallique plein.
A cet effet, le procédé pour fabriquer un corps renforcé par
un matériau composite renforcé par des fibres est remarqua-
ble, selon l'invention, en ce que l'enroulement des fils est effectué sous un effort de traction prédéfini réglable et, lors de l'enroulement, le fil individuel est imprégné d'un polymère fondu thermoplastique, et chaque couche enroulée individuelle est refroidie et/ou lissée de façon réglée en température. De préférence, le polymère fondu est appliqué, simultanément ou de façon décalée, sur le fil à enrouler et sur le corps à renforcer. Le procédé selon l'invention est également remarquable en ce que l'enroulement des fils est effectué sous un effort de traction prédéfini réglable et, avant l'enroulement, le fil individuel est imprégné d'une bande ou feuille thermoplas-5 tique liquéfiée ou ramollie et chaque couche enroulée individuelle est -refroidie et/ou lissée de façon réglée en température.
De préférence, le fil est écarté avant l'imprégnation.
Avantageusement, différents fils sont enroulés simultané-
ment.
L'invention concerne également un dispositif pour mettre en
oeuvre le procédé précédemment décrit, comportant un porte-
bobines, un dispositif pour former un paquet de fil, un dispositif pour mouiller le fil, ainsi qu'un support rotatif pour le corps à renforcer, remarquable en ce que, entre le dispositif pour former un paquet de fil et le dispositif de mouillage, sont agencés plusieurs rouleaux décalés les uns par rapport aux autres, dont le nombre et le diamètre externe sont variables, et le dispositif de mouillage présente au moins une extrudeuse et, dans la zone du corps, il est prévu un rouleau de chauffage ou de refroidissement
et de lissage, pouvant pivoter, et le dispositif d'enroule-
ment dans son ensemble peut être déplacé dans la direction
longitudinale du corps.
Avantageusement, le dispositif comprend une seconde extru-
deuse pour mouiller directement le corps, tandis qu'un dispositif d'écartement pour le fil peut être prévu entre le
dernier rouleau de guidage pour le fil et le corps à ren-
forcer. Par ailleurs, l'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, comportant un porte-bobines, un dispositif pour former un paquet de fil, un dispositif pour mouiller le fil, ainsi qu'un support rotatif pour le corps à renforcer, remarquable en ce que le dispositif de mouillage est réalisé comme presse à double bande chauffable, à laquelle le fil écarté et se trouvant sous une précontrainte, ainsi que des bandes ou feuilles
thermoplastiques, peuvent être amenés.
De préférence, un dispositif de chauffage supplémentaire est
agencé dans ce cas entre la presse à bande double et le10 poste d'enroulement.
De même, plusieurs supports, se trouvant l'un à côté de
l'autre ou l'un au-dessous de l'autre, peuvent être agencés pour recevoir plusieurs corps à renforcer.
contrairement à l'état connu de la technique, les brins de fibre (fils ou fils de verre textile) sont enroulés sous un effort de traction réglé. Cela est obtenu en ce que le ou
les fils sont guidés par plusieurs rouleaux.
Les rouleaux peuvent être freinés de façon supplémentaire
par des moyens appropriés, par exemple des moteurs électri-20 ques, de sorte que, avec un réglage correspondant, la précontrainte dans le fil peut-être réglée pendant l'enrou-
lement sur le corps. Au lieu du mouillage par un duromère (résine), un polymère en fusion peut être amené sur le substrat (surface du corps) au moyen d'une extrudeuse qui, pendant l'enroulement, suit les brins de fibre à enrouler, et les fils à enrouler sont tirés dans ce polymère en fusion avec ou sans précontrainte. De plus, pour améliorer l'im- prégnation des brins de fibre, le polymère en fusion est amené sur la surface des brins de fibre. En outre, les brins30 de fibre peuvent être écartés directement avant l'enroule- ment pour obtenir un meilleur enveloppement de la surface des fibres par la matière thermoplastique. Pour améliorer le mouillage des brins de fibre et du corps à renforcer, on peut prévoir en outre une seconde extrudeuse. Directement après l'enroulement, il est agencé un rouleau de chauffage ou de refroidissement et de lissage, à l'aide duquel des5 irrégularités engendrées lors de l'enroulement peuvent être éliminées. Le rouleau de lissage peut être également chauffé
de façon réglée en température.
L'avantage du procédé proposé consiste en ce que les coûts pour la fabrication d'une bande enroulée sont économisés et, malgré cela, on peut exploiter les avantages de matières thermoplastiques comme matières de matrice. En outre, les fibres peuvent être enroulées sous une précontrainte, de sorte que, relativement aux différents modules d'élasticité du corps et du matériau composite renforcé par des fibres, une élimination régulière des contraintes dans la pièce est possible et, de plus, des contraintes propres, thermiquement induites pendant le refroidissement du polymère en fusion,
sont évitées.
De façon alternative, il est proposé que, à la place d'une extrudeuse, on utilise par exemple une presse à bande double pouvant être chauffée ou réglée en température. Les brins de fibre précédemment écartés sont mouillés avant l'entrée dans la presse à bande double par des bandes ou feuilles de matière thermoplastique entraînées. Lors de la traversée, les feuilles ou bandes sont ramollies ou même liquéfiées, de sorte qu'une liaison intime avec les brins de fibre est atteinte. Après avoir quitté la presse à bande double, le brin de fibre ainsi préparé est enroulé sur le corps à renforcer. Pour enrober des bouteilles, des récipients ou d'autres corps creux, par exemple pour l'entraînement au gaz de voitures particulières, de façon économique, il est de plus proposé de prévoir plusieurs broches sur l'installation
d'enroulement, de sorte que plusieurs récipients ou bou-
teilles, agencés l'un à côté de l'autre ou l'un au-dessous de l'autre, peuvent être enrobés simultanément.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue de côté d'un dispositif selon l'invention.
La figure 2 est une vue de dessus de la figure 1.
La figure 3 est une vue de côté d'une autre réalisation d'un
o10 dispositif selon l'invention.
Sur la figure 1, il est représenté, en vue de côté, et, sur
la figure 2, en vue de dessus, de façon très simplifiée, une première réalisation d'un dispositif selon l'invention.
Le fil individuel est tiré d'un porte-bobines 1, sur lequel sont agencées une pluralité de bobines 8. Les fils indivi- duels sont rassemblés dans un dispositif à rouleaux 2 et,
ensuite, guidés par différents rouleaux de renvoi 3 et, de plus, soumis à une précontrainte. La création de la précon- trainte repose sur le principe du frottement de câble selon20 Euler-Eytelwein (F1 = F2ePa); avec p = facteur de frotte-
ment, a = angle d'enroulement). De plus, comme déjà indiqué, les rouleaux 3 peuvent être freinés par exemple au moyen d'un moteur électrique. Ainsi, des précontraintes plus élevées peuvent être engendrées de façon réglée. Le brin de fibre 9 précontraint est amené à un dispositif d'écartement 4. Après l'écartement, les fils écartés et précontraints
sont enroulés sur le corps rotatif 7 à renforcer. La rota-
tion du corps 7 est indiquée par une flèche. Avant que les
fils rencontrent la surface du corps 7, la position corres-
pondante est revêtue d'une matière-thermoplastique en fusion 12. Cette matière 12 s'écoule à partir de l'extrudeuse 5 représentée à gauche sur la figure 1. En outre, les fils sont de même imprégnés, du haut, d'une matière thermoplas- tique en fusion 13. Cette matière supplémentaire s'écoule de5 l'extrudeuse 5 représentée à droite sur la figure 1. Ensuite, les fils fraichement imprégnés sont consolidés par un
rouleau de lissage 6 réglé en température.
Sur la figure 3, il est représenté, en vue de côté, une
autre réalisation d'un dispositif selon l'invention. A la10 place d'une extrudeuse, dans cette réalisation, il est utilisé une presse à bande double 11 qui peut être chauffée.
La traction des fils individuels des bobines 8, ainsi que le processus de liage en paquet 2 et de précontrainte 3, sont identiques à ce qui est représenté sur les figures 1 et 2,15 de sorte qu'une répétition de ces processus est inutile. Contrairement aux figures 1 et 2, à côté des fils 9 précon-
traints et écartés dans le dispositif à rouleaux 4, il est amené à la presse à bande double 11, de façon supplémen- taire, des bandes ou feuilles thermoplastiques 14. Les20 bandes ou feuilles 14 sont tirées par des rouleaux 10 agencés en haut et en bas. Grâce au chauffage de la presse à bande double 11, la feuille thermoplastique 14 se liquéfie et imprègne de cette façon le brin de fibre 9. Apres avoir quitté la presse à bande double 11, les fils imprégnés sont25 enroulés sur le corps rotatif 7. Selon les conditions de température, il peut être nécessaire de chauffer de façon
supplémentaire la matière d'imprégnation. Pour cela, il est agencé, par exemple, un brûleur à gaz 15 dans la zone du corps 7 avant la position d'enroulement. Grâce à ce chauf-30 fage supplémentaire, il est garanti que la matière d'impré- gnation pour une liaison intime avec le substrat est main-
tenue à la température prédéfinie optimale. Le lissage de la couche enroulée respective est effectué par un rouleau de lissage 6 déjà indiqué sur les figures 1 et 2.
Claims (11)
1. Procédé pour fabriquer un corps renforcé par un matériau composite renforcé par des fibres, en particulier des bouteilles ou récipients en métal ou matière synthétique, pour recevoir un fluide gazeux sous pression, dans lequel,5 autour du corps, une pluralité de fils légers, de résistance élevée, inorganiques ou organiques, non conducteurs ou conducteurs, ainsi que non métalliques, sont enroulés le long de spires généralement adjacentes, des fibres ou brins de fibre individuels étant tirés, à chaque fois, d'une10 bobine, liés en paquets, et imprégnés, avant l'enroulement sur le corps, d'une matière synthétique mouillable,
caractérisé en ce que l'enroulement des fils est effectué sous un effort de traction prédéfini réglable et, lors de l'enroulement, le fil individuel est imprégné d'un polymère15 fondu thermoplastique, et chaque couche enroulée indivi- duelle est refroidie et/ou lissée de façon réglée en tempé-
rature.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère fondu est appliqué,
simultanément ou de façon décalée, sur le fil à enrouler et sur le corps à renforcer.
3. Procédé pour fabriquer un corps renforcé par un matériau composite renforcé par des fibres, en particulier des bouteilles ou récipients en métal ou matière synthétique,25 pour recevoir un fluide gazeux sous pression, dans lequel, autour du corps, une pluralité de fils légers, de résistance élevée, inorganiques ou organiques, non conducteurs ou conducteurs, ainsi que non métalliques, sont enroulés le long de spires généralement adjacentes, des fibres ou brins30 de fibre individuels étant tirés, à chaque fois, d'une bobine, liés en paquets, et imprégnés, avant l'enroulement sur le corps, d'une matière synthétique mouillable, caractérisé en ce que l'enroulement des fils est effectué
sous un effort de traction prédéfini réglable et, avant l'enroulement, le fil individuel est imprégné d'une bande ou feuille thermoplastique liquéfiée ou ramollie, et chaque 5 couche enroulée individuelle est refroidie et/ou lissée de façon réglée en température.
4. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le fil est écarté avant l'imprégna-
tion.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que différents fils sont enroulés simul-
tanément.
6. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, comportant un porte-bobines, un dispositif i5 pour former un paquet de fil, un dispositif pour mouiller le fil, ainsi qu'un support rotatif pour le corps à renforcer, caractérisé en ce que, entre le dispositif (2) pour former un paquet de fil et le dispositif de mouillage (5), sont agencés plusieurs rouleaux (3) décalés les uns par rapport aux autres, dont le nombre et le diamètre externe sont variables, et le dispositif de mouillage présente au moins une extrudeuse (5) et, dans la zone du corps (7), il est prévu un rouleau (6) de chauffage ou de refroidissement et de lissage, pouvant pivoter, et le dispositif d'enroulement dans son ensemble peut être déplacé dans la direction
longitudinale du corps (7).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu une seconde extrudeuse (5)
pour mouiller directement le corps (7).
8. Dispositif selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce qu'un dispositif d'écartement (4) pour le
fil (9) est prévu entre le dernier rouleau de guidage (3)5 pour le fil et le corps (7) à renforcer.
9. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 3, comportant un porte-bobines, un dispositif pour former un paquet de fil, un dispositif pour mouiller le fil, ainsi qu'un support rotatif pour le corps à renforcer,10 caractérisé en ce que le dispositif de mouillage est réalisé comme presse (11) à double bande chauffable, à laquelle le
fil (9) écarté et se trouvant sous une précontrainte, ainsi que des bandes ou feuilles (14) thermoplastiques, peuvent être amenés.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un dispositif de chauffage supplémen-
taire (15) est agencé entre la presse à bande double (11) et le poste d'enroulement.
11. Dispositif selon une des revendications précédentes 6 à
10, caractérisé en ce que plusieurs supports, se trouvant l'un à
côté de l'autre ou l'un au-dessous de l'autre, sont agencés pour recevoir plusieurs corps (7) à renforcer.
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