FR2821631A1

FR2821631A1 - Procede et dispositif de fabrication d'une plaque composite a renfort fibreux multiaxial

Info

Publication number: FR2821631A1
Application number: FR0102837A
Authority: FR
Inventors: Dominique Loubinoux
Original assignee: Saint Gobain Vetrotex France SA
Current assignee: Saint Gobain Adfors SAS
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2002-09-06
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: EP1373621A1; CN1507510A; US7226518B2; FR2821631B1; EP1373621B1; DE60230597D1; BR0207763A; US20040082244A1; CZ20032358A3; WO2002070806A1; CA2450672A1; SK10842003A3; KR20040025666A; PL363882A1; AU2002241047B2; MXPA03007803A; ATE419418T1; JP2004530053A

Abstract

L'invention concerne la fabrication de plaques composites à renfort fibreux multiaxial qui consiste :. à former une nappe unidirectionnelle de fils de renfort dont au moins 50 % en poids d'entre eux sont des fils co-mêlés constitués de filaments de renforcement et de filaments d'une matière organique intimement mélangés. à conférer à ladite nappe une cohésion lui permettant d'être nappée. à napper cette nappe sur un support en mouvement, dans une direction transversale par rapport à la direction du mouvement. à chauffer l'ensemble fils de renfort-matière organique se déplaçant suivant la direction de mouvement et à le fixer par l'action de la chaleur, éventuellement en appliquant une pression, puis à le refroidir pour former une bande composite, et. à collecter ladite bande sous la forme d'une ou plusieurs plaques composites.La présente invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre du procédé ainsi que les produits obtenus.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION D'UNE PLAQUE COMPOSITE A
RENFORT FIBREUX MULTIAXIAL
L'invention concerne la réalisation de plaques composites à renfort fibreux multiaxial, et plus particulièrement de plaques composites formées par l'association de nappes unidirectionnelles de fibres de renforcement, telles que des fibres de verre, disposées dans des directions différentes, et d'une matière organique.

Un domaine d'application de l'invention est la réalisation de plaques composites à renfort fibreux multiaxial destinées à la fabrication de pièces moulées en matériaux composites, en particulier de pièces nécessitant des déformations importantes lors du moulage.

Les plaques composites sont habituellement composées d'au moins deux matières ayant des points de fusion différents dont généralement une matière organique thermoplastique servant de matrice et une matière de renforcement noyée au sein de ladite matrice. Lors de la fabrication, la matière organique thermoplastique peut revêtir l'aspect d'un liquide ou d'un solide, tel qu'une poudre, un film, une feuille ou des fils. La matière de renforcement peut, quant à elle, se présenter sous la forme de fils continus ou coupés, de mat de fils continus ou coupés, de tissu, de grill,... Le choix de la forme et de la nature de chaque matière à associer dépend de la configuration et des propriétés finales de la pièce à réaliser.

Il existe déjà de nombreux procédés permettant d'associer une matière de renforcement et une matière organique thermoplastique.

Dans FR-A-2 500 360, on fabrique des plaques composites en pressant à chaud des couches superposées de tissus de fils de renforcement et de fils

thermoplastiques, des derniers pouvant être disposés en chaîne, en trame ou les deux à la fois. L'utilisation des plaques composites obtenues reste cependant limitée à la production de panneaux plats ou de pièces courbes de configuration simple avec peu de déformation.

Dans la demande de brevet français no 9910842, on obtient des plaques composites en associant un faisceau de fils parallèles et une nappe de fils orientés transversalement par rapport à la direction du faisceau, puis en soumettant l'ensemble ainsi formé à un chauffage suivi d'un refroidissement. Les fils de l'ensemble sont en majorité des fils co-mêlés constitués de filaments de verre et de filaments de matière thermoplastique intimement mélangés. Les plaques composites obtenues sont constituées de nappes croisées orthogonales (900).

Dans FR-A-2 743 822, il est proposé de fabriquer une plaque composite en déposant, en continu, sur un convoyeur un tissu de fils co-mêlés de filaments de verre et de filaments thermoplastiques, éventuellement combiné à des fils continus ou coupés. L'ensemble est ensuite préchauffé dans un four à air chaud puis introduit dans une presse à bandes au sein de laquelle il est chauffé et refroidi en étant maintenus comprimé. Bien qu'étant particulièrement adaptée à la production de pièces de forme complexe par moulage ou par estampage, la plaque composite ne donne pas entière satisfaction lorsqu'il s'agit d'obtenir des pièces qui présentent, en outre, une amplitude importante de déformation.

Il a aussi été décrit dans US-A-4 277 531 une plaque composite apte à la réalisation de pièces de configuration complexe par moulage. D'après ce brevet, deux bandes de mats de fils continus de verre aiguilletés sont amenées suivant des trajets parallèles jusqu'à un dispositif de pressage à chaud où elles sont réunies. Les faces des bandes se trouvant en regard l'une de l'autre lors de la réunion sont enduites d'une matière thermoplastique liquide et les faces externes sont recouvertes d'un film de matière organique thermoplastique. Cet ensemble est simultanément chauffé et comprimé pour assurer la fusion des films, et refroidi.

La fabrication d'une telle plaque composite est relativement complexe et elle ne permet pas, en outre, de disposer les fils de renforcement dans plusieurs directions.

La présente invention a pour but de proposer un procédé de réalisation de plaques composites formées par l'association d'une matière organique

thermoplastique et de nappes unidirectionnelles de fils de renforcement, notamment en verre, disposées dans des directions différentes, en vue notamment de permettre la réalisation de pièces composites de forme complexe et à fort relief nécessitant des déformations importantes de la structure fibreuse.

L'invention a aussi pour but de fournir des plaques composites à renfort fibreux multiaxial homogènes, présentant une orientation régulière des fibres, pouvant avoir une masse surfacique élevée (de l'ordre de 1000 g/m2 et jusqu'à 1500 g/m2, voire davantage) et pouvant être de grande largeur. Sont tout particulièrement concernées les plaques composites à renfort fibreux multiaxial présentant un caractère de symétrie avec une nappe unidirectionnelle principale (0 ) située de part et/ou d'autre de nappes unidirectionnelles transversales faisant des angles opposés (-o/+a) par rapport à la direction principale.

Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé permettant de réaliser en continu et en une seule étape des plaques composites à renfort fibreux multiaxial de masse surfacique élevée à partir de nappes unidirectionnelles relativement larges, sans nécessité d'utiliser des fils de liaison.

Un autre but de l'invention est de proposer une nappe unidirectionnelle comprenant des fils co-mêlés constitués de filaments de renforcement et de filaments thermoplastiques, qui présente une cohésion suffisante pour pouvoir être manipulée c'est-à-dire sans que les fils qui la composent puissent se disperser, mais qui possède cependant une souplesse compatible avec l'opération de nappage.

Les buts sont atteints grâce au procédé de l'invention qui comprend les étapes consistant : * à former une nappe unidirectionnelle de fils de renfort dont au moins 50 % en poids d'entre eux sont des fils co-mêlés constitués de filaments de renforcement et de filaments d'une matière organique intimement mélangés

à conférer à ladite nappe une cohésion lui permettant d'être nappée à napper cette nappe sur un support en mouvement, dans une direction transversale par rapport à la direction du mouvement . à chauffer l'ensemble fils de renfort-matière organique se déplaçant suivant la direction de mouvement et à le fixer par l'action de la chaleur, éventuellement en appliquant une pression, puis à le refroidir pour former une bande composite,

et à collecter ladite bande sous la forme d'une ou plusieurs plaques composites.

Les différentes étapes du procédé telles que l'entraînement de la nappe unidirectionnelle, le nappage de la nappe,.... se font avantageusement en continu.

Par plaque (de même que par bande"), on entend selon la présente invention un élément peu épais par rapport à sa surface, généralement plan (mais pouvant éventuellement être courbé) et rigide tout en conservant la faculté, le cas échéant, de pouvoir être collecté et conservé sous forme enroulée. De façon générale, il s'agit d'un élément plein ou substantiellement plein, c'est-à-dire qui présente un rapport de la surface ouverte à la surface totale n'excédant pas 50 %.

Par composite", on entend selon la présente invention l'association d'au moins deux matières de points de fusion différents, en général au moins une matière organique thermoplastique et au moins une matière de renforcement, la teneur en matière ayant le point de fusion le plus bas (matière organique) étant au moins égale à 10 % en poids de ladite association.

S'agissant des termes nappée , nappage ... relativement à une nappe, il faut comprendre ici tout ce qui se rapporte au fait qu'une nappe est déposée sur une surface, selon un mouvement alternatif avec une amplitude donnée, la nappe se trouvant retournée à chaque changement de direction. Le nappage de la nappe est généralement obtenu à l'aide d'un étaieur-nappeur.

Par cohésion suffisante de la nappe unidirectionnelle, il faut entendre selon la présente invention que les éléments constituant ladite nappe sont liés entre eux de manière telle qu'ils permettent à la nappe de subir l'opération de nappage sans endommagement notable de sa structure. La cohésion est suffisante lorsque les fils ne se dissocient pas ou peu les uns des autres ou lorsqu'il n'apparaît pas de défauts, notamment des déchirures, au moment du nappage.

Par support en mouvement , on entend un convoyeur qui transfère, d'un point à un autre d'une ligne de fabrication, l'association fils de renforcementmatière organique. On entend également une nappe unidirectionnelle de fils de renforcement et de fils de matière organique, distincts les uns des autres.

Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des plaques composites à

renfort fibreux multiaxial en une seule opération, à partir de structures de départ simples. En effet, le procédé selon l'invention utilise essentiellement des structures unidirectionnelles : en particulier, la matière de renfort utilisée dans le procédé selon l'invention est apportée uniquement sous la forme de fils rendus cohésifs par un entremêlement léger des filaments qui les composent ou par un traitement thermique modéré, et non incorporés dans des structures complexes telles que des tissus, des assemblages de fils maintenus par des fils de liaison,.... L'utilisation de ces structures de renfort simples dans la fabrication des plaques selon l'invention présente des avantages notamment en matière de coût et de facilité de mise en oeuvre. A partir des structures simples que sont les fils, le procédé selon l'invention permet de former directement une nappe unidirectionnelle ayant suffisamment de cohésion et de souplesse pour pouvoir être nappée, c'est-à-dire pour former des nappes transversales ayant des directions opposées par rapport à la direction d'entraînement. En particulier, le procédé s'avère avantageux par le fait qu'il est possible de faire varier l'angle du nappage dans une très large mesure, par exemple de 30 à 850, de préférence 40 à 70 , et de manière particulièrement préférée égale à 45 ou 60 , et aussi que la valeur de l'angle peut être modifiée de manière très rapide. Enfin, le procédé selon l'invention est particulièrement rapide et économique du fait notamment qu'il permet d'obtenir en continu les plaques recherchées directement à partir de fils, en supprimant les transferts d'une installation à une autre ainsi que le stockage de structures intermédiaires (nappes, tissus, grilles).

Conformément à l'invention, les fils entrant dans la constitution de la nappe unidirectionnelle sont constitués pour au moins 50 % d'entre eux de fils co-mêlés constitués de filaments de renforcement et de filaments d'une matière organique intimement mélangés (par exemple, comme décrits dans EP-A-0 599 695 et EP-A- 0 616 055). De préférence, la nappe comprend au moins 80 % en poids, et de manière particulièrement préférée 100 % en poids de fils co-mêlés.

La matière de renforcement est généralement choisie parmi les matières communément utilisées pour le renforcement des matières organiques, telles que le verre, le carbone ou l'aramide, ou pouvant s'entendre au sens large comme une matière de point de fusion plus élevé que celui de la matière organique précitée.

De préférence, on choisit le verre.

La matière organique est par exemple du polyéthylène, du polypropylène,

du polyéthylène téréphtalate, du polybutylène téréphtalate, du polysulfure de phénylène, un polymère choisi parmi les polyamides et les polyesters thermoplastiques, ou tout autre matière organique à caractère thermoplastique.

De préférence, les fils de la nappe unidirectionnelle sont choisis de telle sorte que la teneur en matière organique dans la plaque composite soit au moins égale à 10 % en poids et que la teneur en matière de renforcement soit comprise entre 20 et 90 % en poids, de préférence entre 30 et 85 % et de manière particulièrement préférée entre 40 et 80 %.

La nappe unidirectionnelle peut comprendre en partie des fils constitués de l'une des matières et en partie de fils constitués de l'autre matière, ces fils étant alors disposés en alternance dans la nappe.

Dans le procédé selon l'invention, les fils de la nappe unidirectionnelle sont le plus souvent issus d'un ou plusieurs supports ou enroulements (par exemple des ensouples) sur lesquels ils sont bobinés.

L'étape qui consiste à conférer à la nappe unidirectionnelle une cohésion suffisante pour la rendre apte à être nappée peut être effectuée de plusieurs façons.

Selon une première variante, la cohésion de la nappe peut être conférée par un léger enchevêtrement des filaments constituant les fils par un aiguilletage modéré ou par exposition à un jet d'eau sous pression. S'agissant de l'aiguilletage, on peut utiliser tout dispositif adapté, par exemple un support muni d'aiguilles animé d'un mouvement alternatif vertical qui pénètre à travers toute l'épaisseur de la nappe en provoquant un entremêlement transversal des filaments.

L'enchevêtrement par exposition à un jet d'eau sous pression peut être mis en ouvre en projetant l'eau sur la nappe disposée sur un support perforé ou passant au-dessus d'un tapis métallique et les jets d'eau rebondissant sur le tapis réalisant un entremêlement modéré des fils.

Selon une deuxième variante, on rend les filaments cohésifs par un traitement thermique modéré, à une température proche de la température de

fusion de la matière organique. Il est important que la fusion des fils se fasse en surface, c'est-à-dire sur une faible épaisseur, afin que la nappe conserve une souplesse compatible avec le nappage ultérieur. En général, on opère à une température supérieure de quelques C, et jusqu'à 15 C, à la température de fusion de ladite matière organique. Cette variante est particulièrement adaptée

lorsque les fils sont proches les uns avec les autres, la fusion permettant alors de lier les fils par contact.

Le traitement thermique peut être effectué par tout moyen de chauffage approprié, par exemple des cylindres chauffés, un dispositif d'irradiation tel qu'un dispositif à rayonnement infrarouge (four, lampe (s), panneau (x)) et/ou un ou plusieurs dispositifs de soufflage d'air chaud (four à air chaud à convection forcée).

Selon une troisième variante, la cohésion de la nappe peut être obtenue par apport d'une matière chimique présentant des propriétés adhésives au regard des fils. Cette matière peut être liquide ou solide, par exemple une poudre, un film ou un voile d'une matière. On préfère les matières qui développent leurs propriétés collantes à chaud (ou thermocollantes). De manière avantageuse, la matière thermocollante est compatible avec la matière organique des fils et elle est choisie parmi les polyoléfines, plus particulièrement le polypropylène.

De préférence, la matière thermocollante est déposée sous la forme d'un voile, ou d'un film, ce dernier comprenant avantageusement au moins une couche supplémentaire de matière organique de même nature que celle des fils.

On peut déposer la matière collante par projection ou pulvérisation lorsqu'elle est sous forme liquide ou de poudre, et par application du film ou du voile suivie d'un chauffage, de préférence sous compression, par exemple entre les rouleaux d'une calandre.

Cette variante permet de lier des fils qui sont relativement éloignés les uns des autres.

L'association des nappes unidirectionnelle au sein de la plaque composite à renfort fibreux multiaxial peut se faire de plusieurs manières.

Selon un premier mode de réalisation, la nappe unidirectionnelle est nappée transversalement sur un convoyeur. On forme une nappe à renfort fibreux biaxial constituée de nappes transversales unidirectionnelles dont les directions font des angles-a et +a avec la direction du mouvement (0 ).

Selon un deuxième mode de réalisation, la nappe unidirectionnelle est nappée transversalement sur une nappe unidirectionnelle principale, elle-même déposée sur un convoyeur, et composée de fils de renforcement et de fils de matière organique. De cette manière, on forme une nappe à renfort fibreux triaxial constituée de nappes transversales unidirectionnelles dont les directions font des

angles- (x et +a avec la direction de la nappe unidirectionnelle principale (00).

L'association fils de renforcement-matière organique (se déplaçant avec une vitesse comprise par exemple entre 0,5 et 10 m/min) passe sous au moins une zone où elle est chauffée à une température comprise entre les points de fusion des matières constituant l'association, cette température étant également inférieure à la température de dégradation de la matière ayant le point de fusion le plus bas. Par extension, la température de dégradation désigne ici la température minimale à laquelle on observe une décomposition des molécules constituant la matière (comme traditionnellement défini et compris par l'homme de l'art) ou une altération indésirable de la matière (par exemple une inflammation, une perte d'intégrité se traduisant par un écoulement de la matière hors de la nappe) ou une coloration indésirable (par exemple un jaunissement).

Dans la présente invention, l'association fils de renforcement-matière organique est chauffée suffisamment pour permettre la liaison d'une partie au moins des fils entre eux par l'intermédiaire de la matière organique après chauffage et/ou compression, et dans la plupart des cas pour permettre l'obtention d'une structure substantiellement pleine.

A titre d'exemples, la température de chauffage peut être de l'ordre de 190 à 230 C lorsque la nappe de fils est constituée de verre et de polypropylène, de l'ordre de 280 à 310C lorsque la nappe est constituée de verre et de polyéthylène téréphtalate et de l'ordre de 270 à 280-290 C lorsque la nappe de fils est constituée de verre et de polybutylène téréphtalate.

Le chauffage de l'association fils de renforcement-matière organique peut être réalisé de différentes façons, par exemple à l'aide d'une machine de contrecollage à double-bandes, ou à l'aide de cylindres chauffés ou d'un dispositif d'irradiation tel qu'un dispositif à rayonnement infrarouge (par exemple au moyen d'un four, de lampe (s), de panneau (x)) et/ou au moins un dispositif de soufflage d'air chaud (par exemple un four à air chaud à convection forcée).

Le chauffage peut être suffisant pour permettre la fixation de l'association fils de renforcement-matière organique par l'intermédiaire de la matière organique fondue (thermofixation). Dans de nombreux cas cependant, l'association chauffée subit en outre une compression qui peut être réalisée au moyen d'une ou plusieurs calandres à deux cylindres, la force exercée sur l'association étant généralement de plusieurs daN/cm, voire de plusieurs dizaines de daN/cm. La pression exercée

dans le dispositif de compression compacte la nappe de fils, la structure obtenue étant figée par refroidissement et le refroidissement pouvant s'effectuer, au moins en partie, simultanément à la compression ou pouvant également s'effectuer après une étape de compression à chaud.

Le dispositif de compression peut comprendre ou consiste en une presse à bandes, par exemple munie de bandes en acier, en toile de verre ou d'aramide enduite de PTFE, qui comprend une zone chaude suivie d'une zone froide.

Le refroidissement peut se faire dans le dispositif de compression, par exemple dans une calandre froide, ou peut se faire en dehors du dispositif de compression, par exemple par convection naturelle ou forcée.

Au sortir du dispositif de compression, il est possible d'accélérer le refroidissement de la bande composite en la faisant passer sur une table de refroidissement dans laquelle circule par exemple de l'eau froide. On peut adjoindre à la table des moyens supplémentaires (rouleaux presseurs, plaques, buses refroidis ou non) permettant d'améliorer encore le refroidissement. Au sortir

de la table, il est également possible de placer des rouleaux d'appel qui permettent de tirer la bande composite.

La bande composite, après compression et refroidissement, peut être enroulée sur un mandrin de diamètre adapté aux caractéristiques de la bande ou peut être coupée en plaques par exemple à l'aide d'un massicot ou d'une scie circulaire.

Le présent procédé, bien que décrit au regard du nappage d'une seule nappe unidirectionnelle, peut bien évidemment être appliqué au nappage de plusieurs nappes de la même manière que précédemment décrit. Il est également possible d'intercaler entre les nappes au moins une nappe unidirectionnelle comprenant des fils de renforcement associés ou non à de la matière organique, en chaîne, afin de former des plaques d'épaisseur plus importante.

La présente invention concerne également un dispositif de mise en ouvre du procédé.

Ce dispositif comprend un convoyeur, au moins un dispositif d'alimentation de fils, des moyens permettant de rendre cohésive une nappe de fils comprenant des fils co-mêlés, au moins un dispositif permettant de napper transversalement une nappe de fils sur ledit convoyeur, au moins un dispositif de chauffage de l'ensemble fils de renfort-matière organique et au moins un dispositif de

refroidissement dudit ensemble.

Le dispositif selon l'invention peut comprendre, en outre, au moins un dispositif de compression dudit ensemble et/ou au moins un dispositif de coupe et/ou au moins un dispositif de collecte des plaques composites. Le dispositif de refroidissement peut être un dispositif de compression distinct du dispositif de refroidissement ou consister en un seul dispositif assurant à la fois les fonctions de compression et de refroidissement.

Les plaques composites obtenues grâce à la combinaison d'étapes du procédé selon l'invention sont, du fait de leur structure multiaxiale, parfaitement adaptées à la production de pièces en matériaux composites par les procédés de moulage et de thermoformage. En particulier, les plaques selon l'invention ont ceci de remarquable que les différentes nappes ne sont pas liées entre elles et que les fibres sont donc libres de se déplacer les unes par rapport aux autres. Il est de ce fait possible d'obtenir des pièces qui présentent des déformations et/ou des reliefs importants dans le sens transversal par rapport à la direction de mouvement (00) lorsque les plaques renforcées sont du type triaxial (empilement 0O/-al+a ou 00/- o/+o/0 ) et aussi dans d'autres directions lorsque les plaques sont du type biaxial Les plaques composites obtenues présentent une épaisseur généralement comprise entre quelques dixièmes de mm et environ 2 mm, sont rigides, faciles à couper et présentent de bonnes propriétés mécaniques.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lumière des dessins illustrant l'invention dans lesquels :

la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif permettant une première mise en ouvre de l'invention, la figure 2 représente une vue schématique de dessus d'un dispositif permettant une deuxième mise en ouvre de l'invention, 9 la figure 3 représente une vue schématique d'un dispositif permettant une troisième mise en #uvre de l'invention.

Dans les figures, les éléments en commun portent les mêmes références.

La figure 1 décrit un procédé de fabrication d'une plaque composite à renfort fibreux biaxial dans sa réalisation plus simple. Les fils 1 provenant d'une ensouple 2 passent entre les dents d'un peigne 3 qui les maintiennent parallèles jusqu'à leur entrée dans un dispositif d'aiguilletage 4 où ils sont liés entre eux pour former une nappe 5 unidirectionnelle. La nappe 5 est déposée sur

un convoyeur 6 en mouvement au moyen d'un dispositif de nappage 7 se déplaçant transversalement au sens de déplacement du convoyeur suivant un mouvement alternatif afin de former une nappe à renfort fibreux biaxial 8 dont les directions forment avec celle du déplacement des angles opposés.

La nappe biaxial 8 passe ensuite entre les bandes continues 9 (en tissu de verre imprégné de polytétrafluoroéthylène-PTFE-) d'une presse de contrecollage à plat 10. Cette presse comporte une zone 11 de chauffage, des cylindres presseurs 12 qui compriment la matière thermoplastique fondue (pression de l'ordre de 10-20 N/cm2 et une zone 13 refroidie par une circulation d'eau.

La bande composite à renfort fibreux biaxial obtenue à la sortie de la presse 10 est ensuite découpée en continu au moyen des lames 14 et d'une cisaille automatique (non représentée) en plusieurs plaques 15.

Le procédé de la figure 2 décrit un procédé de fabrication d'une plaque à renfort fibreux triaxial mettant en oeuvre une nappe à renfort fibreux biaxial et une nappe unidirectionnelle disposée en chaîne (00).

Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, on forme une nappe 5 à partir des fils 1 de l'ensouple 2 qui sont guidés par le peigne 3 vers le dispositif d'aiguilletage 4. La nappe 5 est déposée au moyen du dispositif de nappage 7 sur une nappe unidirectionnelle 16 supportée par le convoyeur 6, la nappe 16 étant constituée par les fils déroulés à partir de l'ensouple 17 maintenus parallèles à l'aide du peigne 18.

L'association des nappes 19 passe, comme dans le procédé de la figure 1, dans la presse 10 où elle est chauffée dans la zone 11, comprimée entre les rouleaux 12 et refroidie dans la zone 13. La bande composite obtenue est ensuite bobinée sur le support 20 en rotation.

La figure 3 décrit schématiquement un procédé de fabrication de plaque composite à renfort fibreux triaxial dans lequel les fils nappés (-o/-a) sont maintenus entre deux nappes unidirectionnelles disposées en chaîne (0 ).

Dans ce procédé, on utilise deux nappes unidirectionnelles 16 et 21 obtenues à partir des ensouples 17 et 22, ces fils passant dans des peignes 18 et 23 les maintenant parallèles, puis dans des cylindres d'appel 24 et 25 qui permettent de réduire les tensions des fils avant leur entrée dans la presse de contre-collage 10.

Comme dans les procédés précédents, la nappe destinée à être nappée est

formée à partir des fils 1 provenant d'une ensouple 2, ces fils passant sur un peigne 3 afin de les maintenir parallèles. Les fils sont ensuite introduits dans un dispositif 26 chauffé qui les fixe en une nappe 27 qui est nappée à l'aide du dispositif 7 entre les nappes 16 et 21.

L'association de ces nappes est ensuite dirigée vers la presse 10 où, tout comme précédemment, elle est chauffée dans la zone 11, comprimée entre les rouleaux 12, refroidie dans la zone 13 et enfin enroulée sur le support 20.

La bande composite obtenue présente un aspect homogène qui peut être

amélioré en déposant un film polymère compatible avec la matière organique des fils sur l'une ou l'autre de ses faces ou sur les deux à la fois. Dans la figure 3, deux films 28 et 29 de polypropylène sont déposés de part et d'autre de l'association des nappes entre les bandes 9 de la presse 10.

Les exemples qui suivent permettent d'illustrer l'invention, sans toutefois la limiter.

EXEMPLE 1
On réalise une plaque composite dans les conditions du procédé de la figure 1 modifié en ce qu'une nappe unidirectionnelle supplémentaire est déposée sur la nappe à renfort en verre biaxial (comme indiqué dans la figure 3, nappe 21).

A partir de 48 fils de stratifils (rovings) disposés sur une cantre, on forme une nappe unidirectionnelle de 40 cm de large (2,2 fils/cm). Les fils sont des stratifils (rovings), de titre linéique égal à 1870 tex, obtenus par co-mêlage de filaments de verre (60 % en poids ; diamètre : 18, 5 pm) et de filaments de polypropylène (40 % en poids ; diamètre : 20, um).

La nappe est entraînée à la vitesse de 0,48 m/min dans l'aiguilleteuse 4 de 1 m de large équipée de 4000 aiguilles (référence : 15x18x32 3.5RB30A 06/15) et réglée pour une pénétration de 20 mm et 200 coups/min, soit 140 coups/cm2. A la sortie de l'aiguilleteuse, la nappe a une largeur de 30 cm et une masse surfacique de 275 g/m2.

La nappe aiguilletée est ensuite déposée sur le convoyeur entraîné par des rouleaux moteurs, au moyen du nappeur 7, la nappe étant déposée alternativement dans des directions opposées (+760 er -760 respectivement) par rapport à la direction de la dépose (00) et chaque partie de nappe déposée dans une direction ne recouvrant pas les parties voisines orientées suivant la même

direction. Sur la nappe biaxial ainsi formée, en aval du nappeur, on dépose la nappe unidirectionnelle 21, en chaîne, de 60 cm de large composée de fils co- mêlés de même nature que ceux constituant la nappe aiguilletée. L'assemblage formé passe ensuite dans la presse 10 au sein de laquelle il est chauffé (220 C) puis refroidi (60 C) tout en étant comprimé (2 bars). La plaque composite a une masse surfacique égale à 875 g/m2 et présente, dans la direction 0 , une contrainte de rupture en flexion égale à 180 MPa, un module de flexion égal à 12 GPa et une énergie d'absorption de choc (Charpy) égale à 85 kJ/m2.

EXEMPLE 2
On réalise une plaque composite en utilisant un procédé conforme à la figure 3 modifié en ce que le dispositif chauffant 26 est remplacé par un dispositif d'aiguilletage 4.

Sur une première cantre située dans le prolongement du convoyeur, en amont de ce dernier, on dispose 330 bobines de stratifils de même nature que ceux décrits à l'exemple 1. On répartit également les stratifils sur deux peignes (0,75 dent/cm), pour former deux nappes unidirectionnelles identiques de 2,15 m de large et 140 g/m2 de masse surfacique. La première nappe 16 est déposée directement sur le convoyeur (vitesse : 1,5 m/min) et la deuxième nappe 21 est déposée en aval du nappeur.

On place sur une deuxième cantre 370 stratifils (rovings) de même nature que ceux décrits à l'exemple 1. Les stratifils sont disposés entre les dents d'un peigne (2,2 dents/cm) pour former une nappe unidirectionnelle (largeur : 1,68 m ; masse surfacique : 410 g/m2) qui est dirigée vers l'aiguilleteuse 4 (largeur : 3 m ; vitesse : 2,5 m/min ; 1000 coups/min). La nappe aiguilletée 5 (largeur : 2,5 m) est conduite vers le nappeur 7 qui la dépose alternativement suivant des angles +600 er -600, sur une largeur de 2,15 m, sur la première nappe unidirectionnelle portée par le convoyeur. En aval du nappeur, on dépose la deuxième nappe

unidirectionnelle 21 issue de la première cantre. L'association de la nappe biaxial et des deux nappes unidirectionnelles est ensuite dirigée vers la presse 10 dans une première zone chauffée (220 C ; longueur : 2, 2 m), une calandre de 300 mm de diamètre (pression : 2 bars) et une deuxième zone de refroidissement (10ob ; longueur : 2,3 m).

On obtient une plaque composite à renfort de verre triaxial (empilement 0 /-60 /+60 /0 ) d'environ 0,6 mm d'épaisseur, de masse surfacique égale à 830

g/m2 qui est soit bobinée, soit coupée en plaques rectangulaires au moyen d'une cisaille pilotée automatiquement.

EXEMPLE 3
On procède dans les conditions de l'exemple 2 modifié en ce que la première cantre comprend 660 bobines de stratifils séparés en nappes identiques (peigne : 1,5 dent/cm ; masse surfacique : 280 g/m2)
La plaque composite obtenue présente une épaisseur d'environ 0,75 mm et une masse surfacique égale à 1110 g/m2.

EXEMPLE 4
On réalise une plaque composite dans les conditions de l'exemple 2.

On place sur une cantre 370 stratifils (rovings) de même nature que ceux décrits à l'exemple 1. Les stratifils sont disposés entre les dents d'un peigne (2,2 dents/cm) pour former une nappe unidirectionnelle (largeur : 1,68 m ; masse surfacique : 410 g/m2) qui est dirigée vers l'aiguilleteuse 4 (largeur : 3 m ; vitesse : 2,5 m/min ; 1000 coups/min). La nappe aiguilletée 5 (largeur : 2,5 m) est conduite vers le nappeur 7 qui la dépose alternativement suivant des angles de +450 er - 45 , sur une largeur de 1,25 m sur le convoyeur (vitesse : 2,5 m/min).

L'association des nappes est dirigée vers la presse 10 dans une première

zone chauffée (220 C ; longueur : 2, 2 m), une calandre de 300 mm de diamètre (pression : 2 bars) et une deuxième zone de refroidissement (10 C ; longueur : 2, 3 m).

La plaque composite formée présente une masse surfacique égale à 550 g/m2.

EXEMPLE 5
On réalise une plaque composite en mettant en oeuvre le procédé décrit dans la figure 3.

Sur une première cantre située dans le prolongement convoyeur, en amont de ce dernier, on dispose 330 bobines de stratifils de titre linéique égale à 1870 tex, obtenus par co-mêlage de filaments de verre (57 % en poids ; diamètre : 18,5 /ihm) et de filaments de polypropylène (43 % en poids ; diamètre : 20/im).

On répartit les stratifils sur deux peignes (0,75 dent/cm) de manière à former deux nappes unidirectionnelles identiques 16 et 21 de 2,15 m de large et 140 g/m2 de masse surfacique. La première nappe 16 est déposée directement sur le convoyeur (vitesse : 1,5 m/min) et la deuxième nappe 21 est déposée en

aval du nappeur.

On place sur une deuxième cantre 370 bobines de stratifils de même nature que ceux de la première cantre et on répartit les stratifils entre les dents d'un peigne (1,5 dent/cm) pour former une nappe unidirectionnelle (largeur : 2,5 m ; masse surfacique : 280 glm2). On associe à cette nappe un film comprenant une couche de polypropylène (masse surfacique : 30 g/m2) et une couche thermocollante à base d'une polyoléfine (masse surfacique : 30 g/m2), cette dernière couche étant dirigée vers la nappe. L'association nappe-film passe dans

l'entrefer d'une paire de rouleaux presseurs chauffés à 1400C puis vers le nappeur 7 qui la dépose suivant des angles de +60 et-60 , sur une largeur de 2,15 m sur la première nappe unidirectionnelle portée par le convoyeur. Sur cette association est déposée la deuxième nappe 21 unidirectionnelle issue de la première cantre et l'ensemble est dirigé vers la presse 10 constituée successivement d'une zone chauffée (220OC ; longueur : 2,2 m), d'une calandre de 300 mm de diamètre (pression : 2 bars) et d'une zone de refroidissement (10 C ; longueur : 2,3 m).

On obtient une plaque composite d'environ 0,75 mm d'épaisseur et de masse surfacique égale à 1180 g/m2.

Claims

. à chauffer l'ensemble fils de renfort-matière organique se déplaçant suivant la direction de mouvement et à le fixer par l'action de la chaleur, éventuellement en appliquant une pression, puis à le refroidir pour former une bande composite, et . à collecter ladite bande sous la forme d'une ou plusieurs plaques composites.

REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une plaque composite à renfort fibreux multiaxial comprenant les étapes qui consistent : à former une nappe unidirectionnelle de fils de renfort dont au moins 50 % en poids d'entre eux sont des fils co-mêlés constitués de filaments de renforcement et de filaments d'une matière organique intimement mélangés à conférer à ladite nappe une cohésion lui permettant d'être nappée à napper cette nappe sur un support en mouvement, dans une direction transversale par rapport à la direction du mouvement
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est un convoyeur.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est une nappe unidirectionnelle de fils de verre dont au moins une partie d'entre eux sont des fils co-mêlés constitués de filaments de verre et de filaments d'une matière organique thermoplastique.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les filaments de renforcement sont des filaments de verre.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la nappe unidirectionnelle est exclusivement composée de fils co-mêlés principalement constitués de filaments de verre et de filaments de matière organique thermoplastique.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les fils comprennent au moins 20 % de verre.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on rend la nappe cohésive par aiguilletage ou par exposition à un jet d'eau sous pression.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on rend la nappe cohésive par un traitement thermique modéré.

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9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la nappe est rendue cohésive par apport d'une matière adhésive.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la matière se présente sous la forme d'une poudre, d'un voile ou d'un film.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la nappe est déposée sur le support par l'intermédiaire d'un étaleur-nappeur.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on dépose au moins une nappe unidirectionnelle de fils co-mêlés constitués de filaments de renforcement et de filaments d'une matière organique intimement mélangés sur la nappe déposée transversalement, avant d'effectuer le chauffage de l'ensemble fils de renfort-matière organique.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la matière de renforcement est le verre et que la matière organique est thermoplastique.
14. Dispositif de mise en ouvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13, comprenant un convoyeur, au moins un dispositif d'alimentation de fils, des moyens permettant de rendre cohésive une nappe de fils comprenant des fils comêlés, au moins un dispositif permettant de napper transversalement une nappe de fils sur ledit convoyeur, au moins un dispositif de chauffage de l'ensemble fils de renfort-matière organique et au moins un dispositif de refroidissement dudit ensemble.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins un dispositif de compression dudit ensemble et/ou au moins un dispositif de coupe et/ou au moins un dispositif de collecte des plaques composites.
16. Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que les moyens permettant de rendre la nappe cohésive consistent en un dispositif d'aiguilletage ou de projection de jets d'eau sous pression, un dispositif chauffant ou un dispositif permettant l'apport d'une matière adhésive.
17. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que le dispositif de dépose de la nappe est un étaleur-nappeur.
18. Plaque composite, à base d'une matière organique thermoplastique et de renfort fibreux multiaxial, obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que le renfort est disposé selon des directions faisant avec la direction de mouvement des angles opposés variant entre 30 et 85 , de

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préférence 40 à 700, notamment 45 ou 600.
19. Utilisation de la plaque composite selon la revendication 18 pour former des pièces moulées présentant de fortes déformations.
20. Nappe unidirectionnelle à base fils co-mêlés constitués de filaments de verre et de filaments de matière thermoplastique intimement mélangés,

caractérisée en ce qu'elle comprend au moins 50 % de fils co-mêlés et qu'elle présente une cohésion suffisante pour pouvoir être nappée.
21. Nappe selon la revendication 20, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins 20 % en poids de verre et 80 à 100 % de fils co-mêlés.