FR2878465A1 - Procede de fabrication d'un element allonge composite rugueux, element allonge composite rugueux - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un élément allongé (10) composite rugueux, dans lequel :- on introduit simultanément, dans un dispositif de gainage (200), un jonc (13) essentiellement plein à base d'une matière organique et de fils de renforcement (11) ainsi qu'un mélange (15) comprenant une matière thermoplastique fondue et l'un au moins des constituants suivants : un renfort et une charge, le jonc étant tiré par un moyen de traction (120) en aval du dispositif de gainage,- on gaine le jonc en formant une couche du mélange adhérant sur le jonc, la rugosité de la gaine (141) ainsi formée étant créée par la sortie du jonc gainé du dispositif de gainage.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ELEMENT ALLONGE COMPOSITE RUGUEUX, ELEMENT

ALLONGE COMPOSITE RUGUEUX

La présente invention se rapporte au domaine du renforcement et plus particulièrement se rapporte à un procédé de fabrication d'un élément allongé composite rugueux ainsi qu'à un élément allongé composite rugueux susceptible d'être obtenu par un tel procédé.

Un élément de renforcement (rebar en anglais) connu du béton est en acier et sous forme d'une barre utilisée comme armature ou encore sous forme de io bâtonnets permettant de limiter la propagation des microfissures susceptibles de se former en cas de sollicitations et d'apporter une ductilité supplémentaire.

Alors qu'à pH très basique, l'oxydation du fer est nulle, elle devient non négligeable lorsque le pH diminue et tend vers la neutralité. Ceci interviens: lorsque l'alcalinité du béton est neutralisée par les chlorures résultant, soit du salage des routes en hiver, soit provenant de l'eau de mer dans les applications marines.

Pour répondre à ce problème, plusieurs solutions existent, telles que l'addition d'additifs dans le béton qui consomment les chlorures, en protégeant le fer de la corrosion par des revêtements époxy, en utilisant des aciers spéciaux (galvanisés à chaud), ou l'application d'une protection cathodique.

Toutes ces solutions étant onéreuses, de nouvelles voies technologiques se développent et notamment des éléments de renforcement composites à base de résine thermodurcissable ou thermoplastique renforcée par,des fils généralement de verre.

Un rebar composite est un atout économique grâce à l'absence de détérioration des installations de mélanges et de dosages, au coût croissant des rebars métalliques traditionnellement utilisés. Un rebar composite présente en outre une densité plus faible, plus proche de celle du béton.

Le document JP2003335559 divulgue un bâtonnet composite associant une matrice polymérique thermoplastique et des fils de verre. Ce bâtonnet présente en outre une surface irrégulière afin de favoriser l'accrochage dans le béton.

Cette surface irrégulière est obtenue par passage d'un jonc composite dans une filière ayant un motif adapté à cet effet.

Ce procédé de fabrication manque de souplesse en ce qu'il nécessite de recourir à autant de filières de formes complexes que des types de rugosités souhaitées.

L'invention a pour objet de fournir des éléments de renforcement composites de toute taille, tout profil, et en particulier de rugosité de surface modulable et dont la fabrication est aisée et/ou rapide ainsi qu'économique sur le plan industriel.

L'invention sera décrite plus particulièrement pour le renforcement des matrices à prise hydraulique ou matières cimentaires (ciment, béton, mortier, io gypse, composés formés par réaction de chaux, de silice et d'eau, ...), et notamment les bétons, mais l'invention ne se limite pas à ce type de matériau, par exemple on peut envisager un renfort de matière organique.

A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'un élément allongé composite rugueux dans lequel: - on introduit simultanément, dans un dispositif de gainage, un jonc essentiellement plein à base d'une matière organique et de fils de renforcement ainsi qu'un mélange comprenant une matière thermoplastique fondue et l'un au moins des constituants suivants: un renfort et une charge, le jonc étant tiré par un moyen de traction en aval du dispositif de gainage, on gaine le jonc en formant une couche du mélange adhérant sur le jonc, la rugosité de la gaine ainsi formée étant créée par la sortie du jonc gainé du dispositif de gainage.

Le procédé selon l'invention fournit ainsi une méthode simple d'obtention de 25 rugosité par un gainage approprié d'un jonc. L'importance et la régularité de la rugosité sont influencés par le choix du mélange et notamment par les paramètres suivants: la viscosité du mélange, la viscosité intrinsèque de la matière thermoplastique, le taux et le rapport de forme des renforts ou des charges (quotient de la plus grande dimension sur la plus petite des dimensions), la capacité d'expansion des renforts ou des charges dans la matière thermoplastique.

Certains renforts ou charges, par exemple des fibres et/ou des filaments individuels, peuvent contribuer seuls (c'est-à-dire quelles que soient des conditions de formation de la couche selon l'invention) à obtenir la rugosité.

On désigne dans la présente invention par renfort tout produit ni soluble ni miscible qui, mélangé à la matière thermoplastique, permet d'améliorer une ou plusieurs propriétés ou caractéristiques (propriétés électriques, mécaniques, chimiques..).

Les renforts peuvent être de nature chimique variable (organique ou minérale). Leur géométrie peut aussi être variable: io granulaire ou sphérique (par exemple des billes de verre, du CaCO3, de rapport de forme égal à 1), lamellaire par exemple du talc de rapport de forme égal à 10, aciculaire par exemple une wollastonite de rapport de forme égal à 10-20.

- fibrillaire ou filamentaire.

On désigne par charge une matière solide relativement inerte destinée à modifier sa stabilité, ou à en réduire le coût.

On désigne par fil de renforcement, tout fil ou toute fibre susceptible d'améliorer les propriétés mécaniques de l'élément.

La gaine peut présenter des zones lisses ou peu rugueuses en alternance avec des zones très rugueuses.

Le procédé selon l'invention convient pour des joncs de toute forme par exemple circulaire, elliptique, triangulaire, carrée, en étoile, multilobes, en polygone régulier ou irrégulier. Le jonc peut aussi être de forme rectangulaire, et plus généralement former un profilé (en T, en U...). Le jonc peut aussi être torsadé ce qui permet si besoin est de conformer plus aisément le jonc (par exemple formation d' une armature composite par exemple). Le jonc est par exemple pultrudé.

La rugosité peut être réalisée selon le procédé selon l'invention pour toute 30 forme et toute taille d'élément composite.

Par ailleurs, la réalisation de la gaine et la formation du jonc sont par exemple réalisés en continu.

De préférence, la couche recouvre l'ensemble du jonc mais on peut aussi concevoir un gainage partiel le jonc étant à nu sur une ou des longueurs données voire asymétrique, le jonc étant à nu sur une partie de la circonférence.

Dans un mode de réalisation avantageux, ledit mélange étant en pression lors de la formation de ladite couche, la pression est ajustée en fonction desdits constituants et à partir de l'un au moins des paramètres suivants: le débit d'alimentation dudit mélange, la vitesse de traction dudit jonc, le dimensionnement de la zone de formation de la couche du dispositif de gainage, la taille de l'ouverture de sortie du dispositif de gainage.

io La détente de la couche provoque son éclatement, contribuant ou suffisant à donner un aspect rugueux à la couche.

Un niveau de pression suffisant est particulièrement important pour obtenir une rugosité optimale lorsque le facteur de forme des constituants (renforts et/ou charges) est bas. A titre d'exemple, lorsque les constituants sont de type filamentaire, - tels que des filaments de verre - la rugosité de surface est obtenue pour toute valeur de pression.

La détente peut être obtenue en choisissant les conditions opératoires. En jouant sur la vitesse de traction, on choisit le degré d'entraînement du mélange par le jonc.

La quantité de mélange déposée sur le jonc est principalement influencée par le débit donné au niveau des moyens d'alimentation -typiquement une extrudeuse -, pour un dispositif de gainage donné. On joue par exemple sur la rotation de la vis. On peut aussi choisir les caractéristiques du dispositif de gainage notamment la géométrie et les dimensions du ou des canaux d'alimentation.

On peut aussi régler le débit relatif du mélange par rapport au jonc ou vice versa et/ou ajuster la pression et la température dans la zone de formation de la couche.

La taille de l'ouverture de sortie du dispositif (par exemple facilement interchangeable) est de préférence choisie légèrement supérieure à la dimension transversale du jonc. La différence est à ajuster en fonction du niveau de rugosité désiré et/ou de l'épaisseur souhaitée. Par exemple on choisit une ouverture ayant entre un dixième à cinq dixièmes de mm de plus.

La gaine peut présenter des zones lisses ou peu rugueuses en allernance avec des zones très rugueuses. La rugosité peut varier en modifiant les conditions opératoires, par exemple par simple réglage manuel ou par pilotage automatique des débits et de la vitesse de traction du jonc.

L'ouverture d'entrée du dispositif de gainage qui est par exemple une filière - est de forme adaptée à la forme du jonc.

Dans le procédé selon l'invention on veille à ce que la couche adhère sur le jonc. Naturellement, on choisit de préférence des matières organiques identiques ou similaires pour le jonc et la couche, ou au moins rendues compatibles io chimiquement, de façon à être intimement liées pour former une interface continue garantissant des propriétés mécaniques pérennes.

Le jonc peut être un jonc rigide en une matière organique thermodurcissable ayant subi un traitement de surface pour favoriser l'adhésion (flammage, microabrasion...) sur le jonc ou encore un jonc en cours de polymérisation. On peut choisir par exemple des vinylesters particulièrement résistants à la corrosion, ou des polyesters, des phénoliques, des époxydes, des acryliques.

Dans un mode de réalisation préféré, on choisit une matière organique thermoplastique pour le jonc du fait de sa facilité de mise en oeuvre, de labsence d'émission de solvant ou de réaction chimique, et de la vitesse de production compétitive.

Dans le dispositif de gainage, la viscosité est "fixée" (de part le choix de la matière de gainage) et modifiable dans une certaine mesure en forction du réglage du profil de températures. Si cette viscosité est trop importante, le jonc aura du mal à entraîner la gaine, et à l'inverse, si la matière est trop fluide, elle aura du mal à rester sur le jonc, donc à garder une gaine de "géométrie constante" (le produit coulant par gravité).

Dans le dispositif de gainage, les températures du jonc et de la matière de gainage sont réglées de manière à ce que l'on ait une accroche chimique (polyfusion des deux composants entraînant une continuité de l'interface) en plus de l'accroche mécanique.

La gaine rugueuse peut se figer à l'air libre. On peut de préférence refroidir le jonc gainé rugueux pour accélérer la fabrication.

On peut choisir une polyoléfine, notamment le polyéthylène ou le polypropylène, ou du polyamide, du polystyrène, du polychlorure de vinyle, de l'ABS, le polytéréphtalate de butylène ou d'éthylène (PET), du polycarbonate, du polyuréthane ou polyurées (TPU).

De préférence, les matières organiques (jonc et gaine) sont à base de polyoléfine comme le polyprolylène qui présente de multiples avantages dont la résistance au milieu alcalin -du fait de son inertie chimique -, une facilité de mise en oeuvre et un bas coût.

De préférence, le renfort peut comprendre des filaments dispersés dans la io matière fondue.

Le renfort peut être minéral et/ou organique par exemple en verre, aramide, graphite, carbone ou des combinaisons de ces types de renforts.

Encore plus préférentiellement, les filaments comprennent des filaments de verre alcali résistant.

Le verre alcali-résistant (couramment appelé verre AR) est particulièrement avantageux pour donner la garantie de durabilité des performances dans des milieux à renforcer très alcalins comme les bétons. En effet, les caractéristiques des verres utilisés classiquement (verre E par exemple) ou verre S, pour le renfort de résine organique se dégradent assez rapidement par diffusion de la solution corrosive dans le milieu à renforcer.

Le verre AR renferme généralement de l'oxyde de zirconium ZrO2. Ces fils peuvent être choisis parmi tous les fils de verre alcali-résistant existants (tels que ceux décrits dans les brevets GB 1 290 528, US 4 345 037, US 4 036 654, US 4 014 705, US 3 859 106, etc...) et comprennent, de préférence, au moins 5 % en moles de ZrO2. Selon un mode de réalisation de l'invention, le verre constitutif des fils comprend SiO2, ZrO2 et au moins un oxyde alcalin, de préférence Na2O, comme principaux constituants.

Une composition de verre alcali-résistant particulièrement utilisée pour réaliser les fils de verre selon l'invention est la composition décrite dans le brevet GB 1 290 528, composée principalement des composants suivants dans les proportions exprimées en pourcentages molaires: 62-75 % SiO2; 7-11 % ZrO2; 13-23 % R2O; 1-10 % R'O; 0-4 % AI2O3; 0-6 % B2O3; 0-5 % Fe2O3; 0-2 % CaF2; 0-4 % TiO2; R2O représentant un ou des oxyde(s) alcalin(s), de préférence Na2O et, éventuellement Li2O et/ou K2O, et R'O étant un ou des composants choisis parmi les oxydes alcalino-terreux, ZnO et MnO.

En outre, avec du verre AR, l'élément allongé composite est susceptible d'être utilisé dans un autre milieu corrosif milieu humide, milieu acide, salin, ...

Par ailleurs, les fils de renforcement utilisés peuvent être en matériau minéral et/ou organique par exemple en verre, aramide, graphite, carbone ou des combinaisons de ces fibres.

Les fils de renforcement sont par exemple des fils multifilamentaires de verre. De façon générale, la fabrication des fils de verre se fait de la façon io suivante: des filets de verre fondu sont étirés mécaniquement (à des vitesses de plusieurs mètres à dizaines de mètres par seconde) sous la forme d'une ou plusieurs nappes de filaments continus - par exemple 800 à 4000 filaments- à partir des orifices d'une ou plusieurs filières, puis les filaments (de diamètre compris entre 10 à 30 pm) sont revêtus d'une composition d'ensimage avant d'être rassemblés en un ou plusieurs fils.

Cet ensimage permet un couplage optimum entre la matrice organique thermoplastique ou thermodurcissable et le fil de verre AR et assure les performances mécaniques dans la durée. On peut utiliser un ensimage associant des silanes et des polymères compatibles avec la matrice à renforcer, et par exemple un des ensimages décrits dans la demande de brevet FR2837818.

Le jonc peut être en verre E et la gaine rugueuse en verre AR.

De préférence, les fils de renforcement comprennent des filaments de verre alcali résistant et/ou des fils de verre alcali résistant.

Par ailleurs, les renforts - par exemple des filaments individuels et/ou des 25 fibres et/ou les charges ainsi que la matière organique solide peuvent être insérés simultanément dans une extrudeuse.

Avant l'introduction du mélange, on peut préparer au moins une partie dudit mélange en déroulant des fils multifilamentaires bobinés, en coupant lesdits fils pour former des fibres et en dispersant dans une extrudeuse alimentant le dispositif de gainage lesdites fibres dans ladite matière thermoplastique.

Ce procédé peut être réalisé en continu, et en utilisant une ou plusieurs bobines ou gâteaux porteurs de fils distincts ou non assemblés ou non, et de préférence de verre. Lors de la dispersion, les filaments de chaque fibre se désunissent.

On peut choisir une extrudeuse bi vis (rotative, co-rotative).

Avant ladite introduction du mélange, on peut préparer au moins une partie dudit mélange en incorporant dans une extrudeuse alimentant le dispositif de gainage, au moins un composé comprenant des filaments et ladite matière thermoplastique (granulé, counpound prêt à l'emploi, dosage multi-composants On peut choisir une extrudeuse monovis.

On peut aussi combiner les méthodes de formation du mélange précitées.

On peut utiliser des filaments courts, de préférence entre 5 et 50% en poids io du mélange de filaments, encore plus préférentiellement entre 20 et 30%.

Dans la présente invention, on entend par filaments courts des filaments de longueur moyenne inférieure ou égale à 0,5 mm. On en trouve par exemple dans des granulés composites commerciaux, leur longueur étant généralement entre 0,2-0,3 mm dans ces granulés. La répartition de ces filaments dans la matière organique est généralement isotropique.

Après préparation du mélange, ces courts filaments dispersés dans la matière fondue peuvent présenter une longueur moyenne similaire aux filaments de départ même si le mélange est réalisé par une extrudeuse. On peut aussi utiliser des longs filaments, de préférence entre 5 et 40% de filaments en poids du mélange, encore plus préférentiellement entre 10 et 30%.

Dans la présente invention, on entend par filaments longs des filaments de longueur moyenne supérieure à 0,5 mm. On en trouve par exemple dans des granulés composites fibres longues commerciaux (type GFL) , leur longueur est par exemple égale à 12 mm dans ces granulés. La distribution de ces filaments dans la matière organique est unidirectionnelle.

Sous l'effet du mélange (température, cisaillement), ces longs Filaments sont coupés et présentent alors une longueur moyenne résiduelle inférieure qui varie en fonction de l'outillage de l'unité de plastification de l'extrudeuse (profil vis, dimensionnement...), la distribution de longueurs est par exemple comprise entre 0,5 et 5 mm environ (mesurable après calcination du produit).

On peut utiliser à la fois des filaments longs et courts, et/ou partir de fibres multifilamentaires comêlées ou non, par exemple un fil commercialisé par la société VETROTEX sous la dénomination commerciale TWINTEX .

En outre, pour favoriser la compatibilité chimique couche/jonc, par exemple entre deux polypropylènes, on peut prévoir dans le mélange un agent de couplage, par exemple un poplypropylène greffé avec des groupements polaires par exemple anhydride maléïque.

Toutes choses égales par ailleurs, la rugosité est plus accentuée avec des filaments longs coupés qu'avec des filaments courts. Les filaments longs coupés donnent un aspect pelucheux ou foisonnant.

Les filaments de la gaine ne sont pas forcément orientés sensiblement perpendiculairement par rapport à l'axe du jonc.

io On peut aussi utiliser du talc (en alternance ou en combinaison avec des filaments). Ce type d'élément donne un aspect boudiné ou boursouflé.

On peut choisir des charges, de préférence minérales et entre 5 et 50% en poids du mélange, notamment du verre broyé ou des écailles de verre dites 'flakes'.

is Le procédé peut comprendre une étape de formation du jonc incluant l'introduction d'une nappe des fils de renforcement associés à la matière organique dans un dispositif de conformation de manière à obtenir ledit jonc constitué par le rapprochement en contigu des fils formant une continuité transversale.

Pour former le jonc, on peut entraîner et rassembler des fils de renforcement, par exemple en verre, et plonger ces fils dans un bain cle résine organique ou encore les imprégner dans une filière de gainage alimentée par une matrice thermoplastique fluide.

L'étape de formation du jonc peut contenir les opérations suivantes: on entraîne et on rassemble de manière parallèle des fils composites formés de filaments continus de verre et de la matière organique choisie thermoplastique co-mêlés entre eux sous la forme d'au moins une nappe, on fait pénétrer la nappe dans une zone où elle est chauffée à une température atteignant au moins celle de fusion de la matière organique thermoplastique, on fait passer la nappe dans un dispositif d'imprégnation, tout en maintenant sa température à une température de malléabilité de la matière organique thermoplastique, pour répartir de manière homogène 2878465 ro la matière organique thermoplastique fondue et imprégner les filaments par celle-ci.

Grâce à l'utilisation d'un fil composite, le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages: - pas d'ajout de matière.

- facilité de réalisation d'un jonc pultrudé, meilleure imprégnation et répartition des fils dans le thermoplastique, donnant une grande cohésion et une durabilité accrue dans le béton, - ajustement possible de taux de matière thermoplastique.

io On peut choisir par exemple un fil commercialisé par la société VETROTEX sous la dénomination commerciale TWINTEX et fabriqué de préférence selon le procédé décrit dans le brevet EP 0 599 695, qui est constitué par des filaments de verre et des filaments d'une matière organique thermoplastique, de type polyoléfine ou polyester, intimement mêlés entre eux.

Enfin, le dispositif de fabrication peut comprendre en terminaison de ligne, un outil de coupe, comme par exemple une cisaille, pou découper le jonc gainé rugueux rigidifié.

L'invention propose également un élément allongé composite rugueux comprenant une âme à base d'une matière organique et de fils de renforcement et qui est revêtue d'une gaine rugueuse à base d'une matière thermoplastique et de l'un au moins des constituants suivants: un renfort et une charge, ledit élément étant susceptible d'être obtenu par le procédé tel que défini précédemment.

Les produits selon l'invention présentent en effet des gaines avec des reliefs inédits notamment particulièrement performants pour un renforcement.

Ces reliefs augmentent la surface de contact rebar/béton, l'ancrage de l'élément dans le béton ainsi que la ténacité de la liaison rebar/béton et favorisent le transfert de charge entre le béton et l'élément rugueux.

L'élément selon l'invention peut être un bâtonnet, typiquement de longueur entre 10 à 80 mm, de diamètre total inférieur ou égal à 3 mm.

Un tel bâtonnet permet d'éviter un effondrement brutal du béton renforcé fissuré en privilégiant des ruptures locales et progressives.

L'élément selon l'invention peut être aussi une armature présentant typiquement de diamètre total entre 6 à 20 mm. Sa section peut être sensiblement en forme d'os c'est-à-dire une partie centrale plane et deux extrémités latérales Il arrondies afin de renforcer la rigidité dans les directions désirées. Cette armature peut en outre être courbée, de section variable le long de son axe, avec des extrémités longitudinales déformées (en crochets...).

L'élément peut aussi servir pour réparer des structures existantes. La rugosité de la gaine peut représenter jusqu'à 25% de l'épaisseur du jonc (diamètre dans le cas d'une symétrie cylindrique). Elle est préférentiellement inférieure à 3 mm, pour garder une accroche suffisante entre le jonc et le béton et encore plus préférentiellement entre 0,2 mm et 1 mm.

Le taux de verre en poids dans l'âme peut être supérieur ou égal à 30%, de io préférence supérieur ou égal à 60%. Le taux de verre en poids dans la gaine peut être entre 5 et 50%, par exemple entre 15 et 35%.

La gaine rugueuse peut présenter un aspect pelucheux tout en restant âpre au toucher. Dans cette configuration, l'amplitude maximale de la rugosité peut être de préférence de 0,2 m à 1 mm.

Le renfort peut comprendre des filaments avec une distribution de longueurs comprise entre 0,5 et 5 mm, centrée par exemple sur 2 mm.

Le renfort peut comprendre des filaments de longueur moyenne comprise entre 0,2 et 0,5 mm.

L'aspect est alors granuleux: la surface semble couverte de petits grains, ces grains étant en réalité des filaments. La surface est rugueuse au toucher. L'amplitude maximale de la rugosité est alors de 0, 05 mm à 1 mm, de préférence entre 0,1 à 0,5 mm.

Le renfort peut aussi comprendre du talc.

La gaine rugueuse peut être dotée de bourrelets, présente ainsi un aspect boursouflé.

Chaque bourrelet peut être un renflement allongé d'aspect lisse de largeur de l'ordre du mm et de hauteur allant jusqu'à quelques mm.

L'invention propose en outre une matrice à liant hydraulique incorporant l'élément susceptible d'être obtenu par le procédé tel que décrit précédemment.

Les liants à prise hydraulique appropriés sont à entendre comme étant des matériaux qui contiennent un ciment inorganique et/ou un liant ou adhésif inorganique qui durcit par hydratation. Des liants particulièrement appropriés qui durcissent par hydratation sont notamment, par exemple, le ciment Portland, le ciment à haute teneur en alumine, le ciment Portland de fer, le ciment de trass, le ciment de laitier, le plâtre, les silicates de calcium formés par traitement à l'autoclave et les combinaisons de liants particuliers.

La quantité d'éléments selon l'invention peut être par exemple entre 5 et 50 kg/m3 de béton.

On peut réaliser l'incorporation dans des installations de béton projetés (dalles, parois...) contenant par exemple en mélange les éléments selon l'invention avec des fibres et/ou des filaments de verre alcali résistant et/ou des fibres anti-fissuration (AntiCrak ) notamment de type haute performance (HP) ou de haute dispersion (HD) - lesquelles sont vendues par la société VETROTEX - ou ro encore des fibres de polypropylène ou des fibres phénoliques.

Naturellement, l'invention concerne également tout élément à base d'une matrice à liant hydraulique renforcée avec l'élément composite rugueux tel que définie précédemment.

Il peut s'agir d'un élément utilisé dans la structure ou la décoration d'un édifice, ou pour les dalles, parois, structures en surplomb, corniches.

D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention apparaissent à la lecture des exemples illustrés par les figures suivantes: ^ La figure 1 représente une vue schématique de profil d'un dispositif de fabrication d'un élément allongé composite rugueux dans un premier mode de réalisation de l'invention, ^ les figures 2 à 4 sont des vues des dispositifs de conformation et de gainage du dispositif de la figure 1, ^ Les figures 5 à 8b montrent trois éléments allongés composites rugueux selon l'invention obtenus à partir de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, à l'aide du dispositif de la figure 1.

La figure 1 représente une vue schématique de profil d'un dispositif de fabrication d'un élément allongé composite rugueux dans un premier mode de réalisation de l'invention.

Le dispositif 1 visible à la figure 1 permet la fabrication d'un élément allongé 30 composite rugueux 10 conforme à l'invention qui comprend: une âme, par exemple de forme circulaire, à base de fils de renforcement agencés de manière parallèle et contiguë les uns contre les autres et solidarisés entre eux par une matière organique de préférence thermoplastique, une gaine rugueuse en contact intime avec l'âme et à base d'une matière thermoplastique (polyprolylène de préférence) mélangée à des renforts (filaments de verre AR de préférence et/ou talc et/ou des charges).

L'âme peut être obtenue à partir de fils composites constitués par des s filaments de verre continus (de préférence AR) et des filaments continus d'une matière organique thermoplastique de préférence polypropylène intimement mêlés entre eux. Chaque fil composite est par exemple fabriqué selon le procédé décrit dans le brevet EP0599695. Les fils composites comprennent de préférence au moins 60% de verre en poids, par exemple 75%.

lo Le dispositif de fabrication 1 comprend, sous forme d'une ligne et d'amont en aval, un cantre 20 muni de plusieurs bobines 2 constituées d'enroulement de fil Il, une plaque à oeillets 30, un dispositif derégulation de tension des fils 40, un peigne 50, éventuellement un dispositif anti-électricité statique 60, un four 70, un dispositif d'imprégnation 80, un dispositif de conformation 100, notamment une filière, un dispositif de gainage, notamment une filière 200, une extrudeuse, un bac de refroidissement 110 et un banc de tirage à chenilles 120.

Le cantre 20 a pour but de dévider ou dérouler le fil 11 de chaque bobine 2. Il peut être par exemple du type à déroulement et se composer d'un châssis muni d'axes rotatifs horizontaux 21 qui supportent chacun une bobine 2.

La plaque à oeillets 30 est située dans un plan vertical et parallèle aux axes rotatifs 21 du cantre. Elle permet de regrouper les fils 11, qui traversent chacun un oeillet pour être guidés vers le dispositif de régulation de tension 40 sous un angle adapté à la tension désirée. Les oeillets sont de manière connue en matériau céramique pour éviter d'endommager les fils lors de leur passage au travers de ceux-ci.

Le dispositif de régulation de tension 40 est associé à la plaque à oeillets 30. Il comporte une série de barreaux cylindriques 41 disposés en quinconce les uns au-dessus des autres et, sur et sous lesquels cheminent les fils 11 en provenance de la plaque à oeillets 30 de manière à dessiner des si iusoïdes identiques dont l'amplitude influe sur la tension des fils. Les barreaux sont réglables en hauteur afin de pouvoir modifier l'amplitude des sinusoïdes qui, par son augmentation, impose une tension supplémentaire aux fils.

Les barreaux sont avantageusement en laiton ou en matériau céramique pour limiter les phénomènes d'électricité statique induits par le frottement des fils.

A la sortie du dispositif 40 est disposé un peigne 50 dont les dents regroupent et alignent parallèlement les fils 11 selon un espace régulier pour obtenir une nappe 12 à la manière de faisceaux de fils.

Entre le peigne 50 et l'entrée du premier four 70 est implanté un dispositif électrique 60 servant à annihiler toute électricité statique dont pourraient être chargés les fils 11 de façon à éviter le foisonnement desdits fils qui pourrait sinon engendrer leur dégradation dans le four 70.

Le four 70 est un four à infra-rouge. Il pourrait tout aussi bien s'agir d'un four fonctionnant par convection à air chaud.

Le chauffage de la nappe 12 par son passage dans le four 70 s'effectue à une température telle qu'à sa sortie du four la nappe ait une température suffisante pour atteindre la température de fusion du thermoplastique des fils 11. Ce dernier, fondu, se colle et se noie dans les filaments continus de verre de l'ensemble de la nappe 12.

Le four 70 peut être constitué de deux fours successifs (voire plus): un premier four, en amont du second par rapport au sens de défilement. Le premier four a pour fonction de chauffer la nappe 12 comme décrit cidessus, le second four a pour fonction de conserver la température audessus de la température de fusion et d'augmenter la vitesse de production.

Après le four 70 est situé un dispositif d'imprégnation 80 qui aplatit la nappe 12, à répartir de manière homogène sur la largeur de la nappe le thermoplastique fondu, et à garantir la totale imprégnation des filaments de verre, par le thermoplastique.

Le dispositif d'imprégnation 80 est constitué de trois organes disposés en triangle entre lesquels circule la nappe 12. Dans un premier mode de réalisation, les organes peuvent être constitués par des barreaux fixes dont l'écartement est ajusté pour régler la pression nécessaire à l'imprégnation. Les barreaux sont chauffants.

Le cylindre supérieur est réglable en hauteur pour établir une pression 30 suffisante sur la nappe 12 de façon à assurer l'imprégnation du verre par le thermoplastique.

A noter qu'il serait possible d'imaginer un four dans lequel serait logé le dispositif d'imprégnation 80 apte à résister à la température du four.

A la sortie du four est placé un dispositif de conformation 100 qui peut comprendre une filière de section calibrée appropriée pour conformer la nappe à la forme et aux dimensions souhaitées pour l'âme. On peut aussi utiliser plusieurs filières.

Suivant différents modes de réalisation, l'orifice de la filière peut être 5 sensiblement circulaire pour former une âme en tige, ou de forme plus complexe pour former une âme conformée suivant un profil particulier.

L'orifice de la filière peut être de toute autre forme par exemple rectangulaire pour former un ruban.

L'orifice de la filière est avantageusement réalisé dans une pièce amovible 10 qui se fixe sur un support fixe, ce qui permet un nettoyage et un remplacement aisés.

La filière est avantageusement chauffante pour maintenir les surfaces de conformation à une température voisine du point de fusion ou de la température de malléabilité du thermoplastique de la nappe. On utilise par exemple un chauffage par un ou plusieurs colliers chauffants à résistance électrique enserrant une ou plusieurs zones de la filière.

Les figures 2 et 3 représentent le dispositif de conformation 100 constitué d'une filière. Cette dernière comprend un corps sensiblement cylindrique 105 comprenant une ouverture large 107 en amont, par laquelle est introduite la nappe 12, une cavité 106 conique et dont la hauteur décroît jusqu'au diamètre désiré du jonc (en tige) à former, et en aval, une cavité circulaire débouchante 108 par exemple de 5 à 20 mm de longueur par laquelle sort le jonc 13 formé.

Une partie du corps sensiblement cylindrique 105 est disposé dans un corps de chauffe 109. Le chauffage peut notamment être assuré par des résistances électriques sous la forme de ceintures chauffantes disposées autour du corps de chauffe 109.

Le dispositif 100 a pour but de transformer la nappe 12 en un jonc 13 de diamètre constant (tige) constitué par le rapprochement en contigu des fils 11 pour réaliser une continuité transversale dudit jonc. Ainsi, le dispositif 100 concentre la nappe autour de l'axe central de la ligne pour diminuer sa largeur qui avait été augmentée lors de son passage dans le dispositif d'imprégnation 80, et la recentre par rapport à l'axe central de la ligne de fabrication pour guider le jonc convenablement en aval.

Après le dispositif de conformation 100 est situé le dispositif de gainage 200, visible à la figure 4. Ce dispositif de gainage 200 est une filière alimentée d'une part par le jonc 13 obtenu comme décrit ci-dessus, et d'autre part par un moyen 300, notamment une extrudeuse connue de l'homme du métier, qui apporte sous pression un mélange 15 à base d'une matière organique thermoplastique fondue (par exemple polypropylène) et des charges et/ou des renforts par exemple des filaments coupés de verre AR.

La figure 4 représente une coupe partiellement éclatée de ce dispositif de gainage 200, représenté en perspective. La coupe est effectuée perpendiculairement au plan central du jonc 13, et au sens du défilement: du jonc 13. La partie éclatée permet de visualiser les moyens 300 pour apporter le mélange 15 et le parcours de ce dernier 15 dans le dispositif de gainage 200.

Le dispositif de gainage 200 comprend une entrée 201 pour un jonc 13, introduit dans le sens de la flèche FI et une entrée 211 pour le mélange 15 introduit dans le sens de la flèche F2.

Le jonc 13 défile dans une cavité 202 pour aboutir dans une cavité débouchante 203, typiquement de longueur entre 5 et 20 mm donnant sur la sortie 204.

Le mélange parcourt des canaux 212, 213 situés à l'écart de la cavité 202. Ces canaux sont destinés à alimenter en mélange 15 la cavité 203 par plusieurs 20 côtés.

Les canaux 212, 213 comportent par exemple des rétrécissements 214, 215 pour déboucher dans des canaux 216, 217 à section inférieure à celle des canaux 212, 213 et débouchent dans la cavité 203. On crée ainsi des surpressions du mélange 15 favorisant un contact intime entre le mélange 15 et le jonc 13, tout en évitant un refoulement vers l'amont du mélange en entrée de filière de gainage. La surpression d'un tel mélange contribue en outre à la création de la rugosité de la gaine 141 dès la sortie du dispositif.

La cavité 203 peut être dessinée de manière à ce que le mélange 15 converge de manière homogène dans toutes les directions autour du jonc 13.

Pour obtenir cette fonction on peut notamment utiliser un guide tronconique 220 comportant des parois inclinées 218, 219 situé autour de la cavité 202.

Dans une variante, l'alimentation peut se faire par un seul côté lorsqu'un élément asymétrique est souhaité.

II faut noter que la position du dispositif d'extrusion 300 représentée ici en tête d'équerre n'est nullement limitative: en effet il peut être situé en toute position autour de l'axe de parcours du jonc 13.

Le refroidissement final du jonc gainé rugueux 14 est réalisé au moyen du bac de refroidissement 110, notamment à eau, dans lequel passe le jonc gainé rugueux 14 lors de son défilement. Le bac 110 peut comprendre des moyens de projection du liquide de refroidissement sur le jonc gainé rugueux 14.

Au cours de tous ses refroidissements, toute la masse de la matière thermoplastique de gaine 141 fige donnant la gaine rugueuse 16 souhaitée ainsi que la matière thermoplastique de l'âme permettant la solidarisation des fibres entre eux et la liaison des renforts fibreux à la gaine.

Postérieurement au bac de refroidissement est implanté un banc de tirage à chenilles 120 qui constitue de manière connue un moyen d'entraînement des fils et du jonc, exerçant un effort de traction tout au long de la ligne. Il impose la vitesse de dévidage et de traction de la nappe puis du jonc 13.

Enfin, le dispositif de fabrication peut comprendre en terminaison de ligne, une cisaille ou une scie (non représentée) destinée à découper le jonc rugueux rigidifié de manière à former l'élément composite allongé rugueux 10 convenant pour le renforcement de matrice cimentaire.

MISE EN OEUVRE DU PROCEDE

La mise en oeuvre du procédé peut s'effectuer de la manière suivante.

La mise en route du procédé s'effectue d'abord en tirant et en amenant manuellement chaque fil 11 des bobines 2 jusqu'au banc de tirage 120 où chaque fil est alors maintenu pincée, l'ensemble des fils passant au travers les divers dispositifs décrits plus haut.

Le four 70 ainsi que les éléments chauffants du dispositif 1 sont montés en température pour atteindre une température nettement supérieure à la température de fusion et choisie en fonction de la vitesse de traction.

Les autres moyens fonctionnent aux températures suivantes: -organes du dispositif imprégnation 80: 200 à 250 C; - dispositif de conformation 100: 200 C.

Le banc de tirage 120 est mis en fonctionnement, le dévidage des bobines 2 commence.

La vitesse de traction est par exemple de 5 à 10 m/min mais peut atteindre m/min sans difficultés.

Les fils 11 passent au travers des oeillets, puis à cheval des barreaux dans le dispositif 40, et sont rassemblés au travers des dents du peigne 50 pour former en sortie la nappe 12 de fibres parallèles.

La nappe 12 rentre ensuite dans le four 70 de façon que la matière thermoplastique du fil composite atteigne sa température de fusion. En sortie, elle passe entre les cylindres chauffants du dispositif 80 qui permettent de la laminer, et de répartir uniformément la matière thermoplastique qui enrobe ainsi les filaments de verre.

io Remarquons que la quantité de matière thermoplastique n'est pas à doser puisque celle-ci est directement intégrée à la matière première du jonc par son comêlage avec les filaments de verre.

La température de la nappe atteint après le passage dans ce dispositif 80 une température de 180 C à 200 C.

Puis la nappe 12 défile à travers la filière du dispositif de conformation 100 pour la transformer en un jonc 13, conformé en tige en resserrant les fils les uns contre les autres et en les disposant de manière contiguë. Après conformation, le jonc 13 présente une température inférieure à 160 C.

Le diamètre de la filière 100 ainsi que le diamètre d'entrée du dispositif de 20 gainage 200 sont fonction du type et du nombre de bobines.

Le jonc 13 pénètre dans le dispositif de gainage 200 après un parcours qui le refroidit quelque peu. Ce dispositif 200 est alimenté simultanément par le mélange 15.

On ajuste le seuil de pression dans le dispositif de gainage 200 en fonction du choix des renforts et/ou des charges afin obtenir un jonc gainé particulièrement rugueux 14 en sortie 204 du dispositif de gainage 200. Lorsque les renforts sont des filaments de verre, la rugosité de surface est obtenue pour toute valeur de pression.

Dans un premier exemple de fabrication d'un bâtonnet ou mini rebar rugueux (voir figure 5) on choisit 14 bobines de fils composites bobinés (rovings), de titre individuel égal à 399 tex. On choisit en outre de réaliser un mélange qui contient 70% en poids de polypropylène (PP) à l'étant fondu et 30% de filaments coupés de verre AR. Ce mélange est obtenu en versant dans l'extrudeuse des granulés avec des filaments de verre courts.

Dans un deuxième exemple de fabrication d'un mini rebar rugueux (voir figure 6), on choisit également 14 bobines de fils composites bobinés (rovings) de titre individuel égal à 399 tex. On choisit en outre de réaliser un mélange qui contient 70% en poids de polypropylène (PP) à l'étant fondu et 30% de talc. Ce mélange est obtenu en versant dans l'extrudeuse des granulés à base de talc.

Dans ces deux exemples de fabrication d'un mini-rebar rugueux, le diamètre de la filière 100 est égal à 2,2 mm et le diamètre d'entrée de la filière de gainage 200 est égal à 2,1 mm le diamètre de la sortie 204 est égal à 2,4 mm, et la température dans la cavité 203 est égale à 175 C. Le débit de l'extrudeuse est par exemple de 5 tr/min et la vitesse de traction de 10 m/min.

Dans un exemple de fabrication d'un rebar rugueux (voir figures 7a et 7b) on choisit 285 fils composites bobinés (rovings) à partir de 57*5 rovings assemblés, le titre individuel étant égal à 400 tex. On choisit en outre de réaliser un mélange qui contient 70% en poids de PP à l'état fondu et 30% de filaments de verre AR coupés. Ce mélange est obtenu en versant dans l'extrudeuse des granulés contenant des filaments de verre courts.

Dans un deuxième exemple de fabrication d'un rebar rugueux (voir figures 8a et 8b), on choisit 285 fils composites bobinés (rovings) à partir de 57*5 rovings assemblés, le titre individuel étant égal à 400 tex. On choisit en outre de réaliser un mélange qui contient 70% en poids de PP à l'état fondu et 30% de filaments de verre AR plus ou moins broyés et individualisés. Ce mélange est obtenu en versant dans l'extrudeuse des granulés de PP et des granulés à 75% de verre et comprenant des filaments de verre longs de 12 mm.

Dans ces deux exemples de fabrication d'un rebar rugueux, le diamètre de la filière 100 est égal à 10,1 mm, le diamètre d'entrée de la filière de gainage 200 est égal à 10 mm, le diamètre de la sortie 204 est égal à 10, 2 mm et la température dans la cavité 203 est égale à 210 C. Le débit de l'extrudeuse est par exemple de 5 tr/min et la vitesse de traction de 10 m/min.

Les figures 5 et 6 montrent des photos (qui ne sont pas à l'échelle) des 30 bâtonnets ou mini rebars 10A, 10B respectivement obtenus à partir du procédé décrit ci-dessus et à l'aide du dispositif de la figure 1.

Le premier mini-rebar 10A (figure 5) présente une surface rugueuse 90A d'aspect granuleux. Les filaments de verre AR sont dispersés dans la gaine et sont orientés ou non suivant l'axe longitudinal. Les filaments conservent pour la plupart leur longueur initiale de 0,2 mm environ. L'amplitude maximale de la rugosité est estimée à 0,2 mm environ.

Le deuxième minirebar 10B (figure 6) présente une surface boudinée 90B.

La gaine rugueuse est dotée de bourrelets 91B, conférant cet aspect boursouflé.

Chaque bourrelet 91B est un renflement allongé relativement lisse de largeur de l'ordre du mm et de hauteur (par rapport à un creux) égale à 1, 5 mm. La longueur des minirebars 10 A, 10B est égale à 50 mm.

La figure 7a est une photo (qui n'est pas à l'échelle) du rebar 10C.

Ce rebar 10C présente une surface rugueuse 90C d'aspect granuleux io similaire à celui du mini-rebar 10A.

Les figures 8a à 8b montrent des photos (qui ne sont pas à l'échelle) du rebar 10D.

La gaine 90D présente une rugosité marquée sous forme d'une succession de collerettes 91 D entourant l'âme. L'amplitude maximale de la rugosité est de l'ordre du mm.

La longueur des rebars rugueux 10C, 10D est égale à 50 mm.

Par ailleurs, on peut aussi bien réaliser des armatures composites voire des grilles composites résultant de l'assemblage de rebars rugueux selon l'invention.

On peut en outre remplacer au moins la matière thermoplastique de l'âme d'un (mini) rebar rugueux selon l'invention par une résine thermodurcissable en adaptant la pultrusion et le gainage en conséquence.

ESSAIS EPROUVETTES CIMENT

La résistance en traction des (mini) rebars 10A à 10D a été testée Pour ce faire, on noie une extrémité du rebar 10A à 10D dans un pavé de composition 25 cimentaire. La longueur enchâssée est de 40 mm et la composition cimentaire comprend: - du ciment PORTLAND CPA52.5: 75 parties en poids, - du sable: 25 parties en poids, - de l'eau: 32 parties en poids.

Le bloc de ciment ainsi renforcé est ensuite vieilli selon le cycle suivant: - 1 heure à l'air air libre, - 4 jours dans l'eau à température ambiante, - 24 heures à l'air libre.

On mesure en traction la force nécessaire à l'arrachement du rebar. Ce test s'inspire du test SIC Strand in Cernent.

La résistance à l'arrachement est supérieure à la force de rupture clu rebar. Plutôt qu'une rupture brutale et fragile, on observe pour chacun des rebars rugueux 10A à 10D un déchaussement progressif par une succession de pull out élémentaires c'est-à-dire de décrochages successifs des poini:es de rugosités des rebars. Ces rebars confèrent ainsi au ciment renforcé la ductilité souhaitée en cas d'endommagement par excès de charge.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un élément allongé composite rugueux (10, 10A, 10B, 10C, 10D, 14), dans lequel: on introduit simultanément, dans un dispositif de gainage (200), un jonc (13) essentiellement plein à base d'une matière organicue et de fils de renforcement (11) ainsi qu'un mélange (15) comprenant une matière thermoplastique fondue et l'un au moins des constituants suivants: un renfort et une charge, le jonc étant tiré par un moyen de io traction (120) en aval du dispositif de gainage, on gaine le jonc en formant une couche du mélange adhérant sur le jonc, la rugosité de la gaine (141, 90 A à 90 D) ainsi formée étant créée par la sortie du jonc gainé du dispositif de gainage.

2. Procédé de fabrication de l'élément allongé composite rugueux (10, 10A, 10B, 10C, 10D, 14) selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit mélange (15) étant en pression lors de la formation de ladite couche, la pression est ajustée en fonction des constituants et à partir de l'un au moins des paramètres suivants: le débit d'alimentation dudit mélange (15), la vitesse de traction dudit jonc (13), le dimensionnement de la zone de formation de la couche (203) du dispositif de gainage, la taille de l'ouverture de sortie (204) du dispositif de gainage.

3. Procédé de fabrication de l'élément allongé composite rugueux (10, 10A, 10B, 10C, 10D, 14) selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la matière organique est thermoplastique.

4. Procédé de fabrication de l'élément allongé composite rugueux (10, 10A, 10C, 10D, 14) selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le renfort comprend des filaments.

5. Procédé de fabrication de l'élément allongé composite rugueux (10, 10A, 10C, 10D, 14) selon la revendication 4 caractérisé en ce que les filaments 30 comprennent des filaments de verre alcali résistant.

6. Procédé de fabrication de l'élément allongé composite rugueux (10, 10A, 10B, 10C, 10D, 14) selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les fils de renforcement (11) comprennent des filaments de verre alcali résistant.

7. Procédé de fabrication de l'élément allongé composite rugueux selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'avant l'introduction du mélange, on prépare au moins une partie dudit mélange en déroulant des fils mutifilamentaires bobinés, en coupant lesdits fils pour former des fibres et en dispersant dans une extrudeuse alimentant le dispositif de gainage lesdites fibres dans ladite matière thermoplastique.

8. Procédé de fabrication de l'élément allongé composite rugueux (10, 10A, 10B, 10C, 10D, 14) selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'avant ladite introduction du mélange (15), on prépare au moins une io partie dudit mélange (15) en incorporant dans une extrudeuse (300) alimentant le dispositif de gainage (200), au moins un composé comprenant des filaments et ladite matière thermoplastique.

9. Procédé de fabrication de l'élément allongé composite rugueux (10, 10A, 10B, 10C, 10D, 14) selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend une étape de formation du jonc (13) incluant l'introduction d'une nappe desdits fils de renforcement associés à la matière organique (12) dans un dispositif de conformation (100), de manière à obtenir ledit jonc (13) constitué par le rapprochement en contigu des fils de renforcement (11) formant une continuité transversale.

10. Elément allongé composite rugueux (10, 10A, 10B, 10C, 10D, 14) comprenant une âme à base d'une matière organique et de fils de renforcement et qui est revêtue d'une gaine rugueuse (141, 16, 90A à 90D) à base d'une matière thermoplastique et de l'un au moins des constituants suivants: un renfort et une charge, ledit élément étant susceptible d'être obtenu par le procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 9.

11. Elément allongé composite rugueux (10D) selon la revendication 10 caractérisé en ce que la gaine (90D) présente un aspect pelucheux.

12. Elément allongé composite rugueux (10D) selon l'une des revendications 10 ou 11 caractérisé en ce que le renfort comprend des filaments avec une distribution de longueurs comprise entre 0,5 et 5 mm.

13. Elément allongé composite rugueux (10A, 10D) selon l'une des revendications 10 à 12 caractérisé en ce que le renfort comprend des filaments de longueur moyenne comprise entre 0,2 et 0,5 mm.

14. Elément allongé composite rugueux (10B) selon l'une des revendications 10 à 13 caractérisé en ce que le renfort comprend du talc.

15. Elément allongé composite rugueux (10B) selon l'une des revendications 12 à 14 caractérisé en ce que la gaine rugueuse (90B) est dotée de 5 bourrelets (91 B), présentant ainsi un aspect boursouflé.

16. Matrice à liant hydraulique incorporant ledit élément allongé composite rugueux selon l'une des revendications 10 à 15.

17. Elément à base d'une matrice à liant hydraulique renforcée avec l'élément allongé composite rugueux selon l'une des revendications 10 à 15. io