FR2948692A1 - Procede de realisation d'un fil de renfort et de drainage, utilisation de ce fil et renforts utilisant ce fil - Google Patents

Procede de realisation d'un fil de renfort et de drainage, utilisation de ce fil et renforts utilisant ce fil Download PDF

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Abstract

L'objet de l'invention est un procédé de réalisation d'un fil (10) de renfort et de drainage pour des renforts de matériaux composites, comprenant de multiples filaments (12) de façon à former un faisceau de filaments (12), caractérisé en ce qu'il consiste à assembler ce faisceau de filaments (12) de faible titrage 10 à 30 µm et à lier lesdits filaments pour obtenir un fil (10) de fort titrage de 30 à 1000 tex et à lier lesdits filaments de façon que la coupe de ce fil (10) laisse liées les extrémités des filaments (12). L'invention couvre aussi l'utilisation du fil ainsi obtenu.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UN FIL DE RENFORT ET DE DRAINAGE, UTILISATION DE CE FIL ET RENFORTS UTILISANT CE FIL
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un fil de renfort drainant. L'invention couvre aussi l'utilisation de ce fil et les renforts intégrant ce fil. Les techniques de réalisation des matériaux composites évoluent pour des raisons environnementales et pour des raisons d'hygiène et de sécurité. Les techniques d'imprégnation en moule ouvert par projection simultanée de résine et de fils sur un moule sont abandonnées notamment pour préserver la santé des opérateurs malgré leurs protections, le recours à des robots étant limité à la fabrication de pièces en grande série.
De plus, les procédés en moule ouvert de l'art antérieur génèrent des Composés Organiques Volatils (COV) dont l'émission polluante est sévèrement contrôlée. Les techniques de Resin Transfert Molding consistent à utiliser une enceinte close comme un moule métallique en deux parties ou un contre moule recevant le renfort avec une vessie rapportée par-dessus de façon à faire infuser la résine et à contrôler ces C.O.V. Un renfort à base de fibres est placé dans l'enceinte et la résine est introduite dans cet ensemble par migration ou infusion, par injection sous pression ou mise en dépression de cette enceinte. La polymérisation s'effectue dans l'enceinte. Une fois effectuée cette 20 polymérisation, la pièce est retirée du moule ou contre moule.
La résistance de la pièce en matériau composite ainsi obtenue est donnée essentiellement par le renfort à condition que celui-ci soit bien positionné dans la matrice en résine. La résine doit pouvoir migrer à travers le renfort de la façon la plus efficace pour obtenir une parfaite répartition. Des fibres qui ne seraient pas incluses dans la résine conduiraient à un rejet de la pièce. En plus de cette homogénéité de répartition, il est nécessaire que l'opération de migration de la résine s'effectue le plus rapidement possible, ceci pour améliorer le rendement comme dans toute industrie.
Pour obtenir un renfort particulièrement performant, il faut donc combiner deux paramètres antinomiques à savoir l'utilisation de fibres de petits diamètres pour introduire beaucoup de fibres dans le renfort et améliorer ses caractéristiques mécaniques et l'utilisation de fibres de plus fort titrage pour favoriser le drainage.
Aussi, la présente invention vise un procédé de réalisation d'un fil de renfort et de drainage qui pallie les inconvénients des fils de l'art antérieur. En effet, une solution de l'art antérieur consiste à utiliser des fils dits fils directs. Ces fils de fort titrage sont obtenus dès la fabrication par liaison à chaud de nombreux fils très fins par exemple en verre ou en matériau thermoplastique. Les propriétés mécaniques sont fonction de la nature de la fibre. Par contre, on a constaté que le caractère drainant de ces fils n'est pas satisfaisant car lors de leur utilisation pour la réalisation de renforts il faut couper ces fils directs et/ou les introduire par aiguilletage. Or lors de ces opérations, les fils en verre par exemple cassent et génèrent des résidus qui perturbent le fluage en plus de nécessiter un captage afin d'éviter leur inhalation par les opérateurs lors de la préparation de la pièce.
De plus, la fibre multi filaments voit sa structure monolithique se dégrader et la fibre éclatée freine la migration. Une autre solution pour rendre un renfort drainant est l'intégration de mono filaments en polymères thermoplastiques car leur coefficient de mouillabilité est faible. Les mono filaments sont tissés ou non tissés pour constituer une couche de filaments, interposée entre des couches à forte résistance mécanique. Le coût des filaments thermoplastiques étant peu élevé, cette solution contribue de plus à diminuer le prix du produit fini. Si le drainage est favorisé, il faut tenir compte néanmoins de la diminution des 10 propriétés mécaniques et des risques de délaminage par défaut d'homogénéité de la structure. L'invention couvre un procédé de réalisation d'un fil de renfort et de drainage et ses variantes de réalisation mais couvre aussi les utilisations de ce fil dans des renforts. 15 L'invention est maintenant décrite en détail suivant un mode de réalisation particulier, non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels les différentes figures représentent - figure 1 : un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention - figure 2 : un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention 20 - figure 3 : un troisième mode de réalisation du procédé selon l'invention, - figure 4 : une vue en coupe d'un renfort avec une première utilisation du fil obtenu par le procédé selon l'invention quel que soit son mode de réalisation, - figure 5 : une vue en coupe d'un renfort avec une seconde utilisation du fil 25 obtenu par le procédé selon l'invention quel que soit son mode de réalisation, et figure 6 : une vue en coupe d'un renfort avec une troisième utilisation du fil obtenu par le procédé selon l'invention quel que soit son mode de réalisation La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un fil 10 de renfort 5 et de drainage. Le procédé selon la présente invention consiste à assembler un faisceau de filaments 12 de faible titrage 10 à 30 pm pour obtenir un fil 10 de fort titrage de 30 à 1000 tex et à lier lesdits filaments de façon que la coupe de ce fil 10 laisse liées les extrémités des filaments 12. 10 Un premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 recourt à un guipage. Le guipage est une opération qui consiste à enrouler de façon hélicoïdale au moins un fil à la périphérie du faisceau de filaments. Cet enroulement peut-être à simple hélice ou à double hélice avec des sens d'enroulement opposés. 15 Selon un mode de réalisation particulièrement satisfaisant le faisceau est constitué de filaments 12 ayant des propriétés de résistance mécanique élevées, en verre ou en carbone, avec un guipage 14 comprenant au moins un enroulement 16 hélicoïdal au moyen d'un fil en polymère thermoplastique tel que du polypropylène (PP) ou du polyester (PES). 20 Ce fil thermoplastique est chauffé après enroulement de façon à permettre d'atteindre le point de ramollissement lui conférant un pouvoir d'adhérence sur les filaments extérieurs du faisceau. Le fil ainsi guipé peut être coupé, les filaments à l'extrémité restant maintenus en faisceau. 25 Le fil thermoplastique ajouté contribue simultanément à limiter le poids et à associer un matériau peu coûteux dont le coefficient de mouillabilité est élevé. Dans ce cas, la résine peut fluer dans un tel fil dans le sens des filaments mais aussi perpendiculairement, facilitant ainsi la pénétration.
Les paramètres de réglage de la compacité, de la résistance mécanique et du pouvoir drainant d'un tel fil sont : - nombre de filaments - titrage des filaments - nature des filaments - nombre de fils de guipage - titrage du ou des fils de guipage - pas et tension d'enroulement du ou des fils de guipage - nature du ou des fils de guipage.
Dans le cas d'un fil 10 comprenant un faisceau de filaments 12 de verre et au moins un enroulement avec un fil de verre et des moyens de liaison par adjonction d'une très faible quantité de résine. On conserve une homogénéité matière car la quantité de polymère est considérée comme négligeable. Un deuxième mode de réalisation d'un procédé de réalisation d'un fil de renfort et de drainage est illustré sur la figure 2, consistant à réaliser un gainage 18 partiel. Une solution de gainage partiel consiste à disposer en périphérie des filaments 12, des bagues 20 successives. Cette solution de réalisation de ce gainage 18 partiel consiste à extruder 20 successivement des bagues 20 en un polymère thermoplastique, de façon coaxiale par rapport au faisceau. De la même façon que précédemment, il est possible de faire varier la compacité, la résistance mécanique et le pouvoir drainant d'un tel fil en modifiant les paramètres suivants : 25 - nombre de filaments - titrage des filaments - nature des filaments - nombre de bagues par unité de longueur de fil - longueur et épaisseur des bagues - pouvoir de rétreint du polymère thermoplastique - nature du polymère thermoplastique. Les bagues peuvent être remplacées par au moins un gainage hélicoïdal en un polymère thermoplastique, de façon coaxiale par rapport au faisceau. Un troisième mode de mise en oeuvre du procédé de réalisation d'un fil 10 de renfort et de drainage selon l'invention consiste à assembler le faisceau de filaments 12 et à le noyer dans une matrice 22 par une imprégnation totale d'une résine thermoplastique ou thermodurcissable qui est ensuite polymérisée.
Les filaments sont solidarisés les uns aux autres et les espaces inter filaments se trouvent comblés de résine. Dans ce cas le fil 10 obtenu peut être coupé également, l'extrémité coupée restant monolithique. La résistance mécanique du fil est celle des filaments et le fil est, de fait, très 15 homogène. La contrainte est de maîtriser la compatibilité de la résine d'imprégnation du fil 10 avec la résine du matériau composite final qui intègrera un tel fil. Le fil 10 obtenu selon le procédé de fabrication peut être découpé en tronçons de fils 10 et utilisé de différentes façons dans son même rôle de renfort et de 20 drainage. Une première utilisation de ce fil consiste à introduire, comme montré sur la figure 4, des tronçons de fil 10, formant un mat 24 interposé au sein d'un renfort multicouches 26, 28. La résine va ainsi pouvoir fluer aisément et rapidement dans le plan de ce mat 24 25 avec une migration perpendiculairement. On comprend que le plus important est de faire franchir à la résine les longues distances rapidement des points d'injection ou d'infusion à l'ensemble du renfort. La migration dans l'épaisseur est généralement moins problématique du fait des très faibles distances liées à l'épaisseur réduite des pièces en matériau composite. L'adjonction d'un mat à base de fils de renfort et de drainage obtenus à partir du procédé selon l'invention augmente de façon très significative les valeurs de perméabilité du renfort multicouches. Dans une deuxième utilisation représentée sur la figure 5, on a représenté un renfort avec deux peaux 30, 32 par exemple en fibres de verre, non tissé. Entre ces deux peaux, il est nécessaire de disposer une âme 34 drainante, par exemple en fils de polymère thermoplastique.
De par la nature différente des deux peaux et de l'âme drainante, il existe des risques importants de délamination de la pièce finale en matériau composite obtenue. La résistance mécanique reste moyenne. La zone centrale reste toujours une zone potentielle d'amorce de rupture. Aussi, le fil 10 peut-être utilisé pour réaliser des liens entre les deux peaux en 15 formant des ponts 36. Les tronçons de fil peuvent être introduits perpendiculairement ou avec un angle comme sur la figure 5. Le grand intérêt d'un tel agencement est d'accroître fortement les propriétés mécaniques en limitant très fortement les perturbations du fluage de la résine dans la couche de drainage. 20 Une troisième utilisation, représentée sur la figure 6, montre l'intérêt du fil obtenu par le procédé selon l'invention dans le cas des panneaux dits "sandwich" comprenant une âme 38 en balsa ou en mousse par exemple, avec une peau 40,42 de part et d'autre. De tels panneaux, pour résister aux efforts notamment de flexion, de torsion 25 auxquels ils sont soumis, doivent présenter un important module d'inertie. Celui-ci est directement lié à la distance qui sépare les deux peaux. Par contre, du fait de l'inhomogénéité des matériaux et de la fragilité de l'âme, celle-ci est conduite à se rompre.
Des tronçons de fils 10 introduits à travers l'âme de façon traversante et formant des ponts assurent la liaison des deux peaux et la cohésion avec l'âme. La résine qui va imprégner les peaux va également migrer dans les fils 10 assemblés, obtenus par le procédé selon la présente invention.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un fil (10) de renfort et de drainage pour des renforts de matériaux composites, comprenant de multiples filaments (12) de façon à former un faisceau de filaments (12), caractérisé en ce qu'il consiste à assembler ce faisceau de filaments (12) de faible titrage 10 à 30 ,um et à lier lesdits filaments pour obtenir un fil (10) de fort titrage de 30 à 1000 tex et à lier lesdits filaments de façon que la coupe de ce fil (10) laisse liées les extrémités des filaments (12).
  2. 2. Procédé de réalisation d'un fil (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau de filaments (12) subit une opération de guipage (14).
  3. 3. Procédé de réalisation d'un fil (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'opération de guipage (14) est réalisée avec au moins un enroulement (16) hélicoïdal.
  4. 4. Procédé de réalisation d'un fil (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque enroulement (16) hélicoïdal comprend un fil en polymère thermoplastique tel que du polypropylène (PP) ou du polyester (PES) et subit un chauffage après enroulement de façon à permettre d'atteindre le point de ramollissement lui conférant un pouvoir d'adhérence sur les filaments extérieurs du faisceau.
  5. 5. Procédé de réalisation d'un fil (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau de filaments (12) subit une opération de gainage (18) partiel.
  6. 6. Procédé de réalisation d'un fil (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gainage (18) partiel consiste à disposer en périphériedes filaments (12), des bagues (20) successives en un polymère thermoplastique, de façon coaxiale par rapport au faisceau.
  7. 7. Procédé de réalisation d'un fil (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gainage (18) partiel consiste à disposer en périphérie des filaments (12), un gainage hélicoïdal en un polymère thermoplastique, de façon coaxiale par rapport au faisceau.
  8. 8. Procédé de réalisation d'un fil (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau de filaments (12) subit une opération consistant à le noyer dans une matrice (22) par une imprégnation totale d'une résine thermoplastique ou thermodurcissable qui est ensuite polymérisée.
  9. 9. Utilisation d'un fil (10) obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle consiste à tronçonner ledit fil (10) puis à réaliser une nappe de drainage avec lesdits tronçons et à interposer cette nappe dans un renfort multicouches pour matériau composite.
  10. 10. Utilisation d'un fil (10) obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle ce qu'elle consiste à tronçonner ledit fil (10) puis à disposer lesdits tronçons de fil (10) entre deux nappes structurantes d'un renfort multicouches pour matériau composite, ces deux nappes étant séparées par une nappe drainante.
  11. 11. Utilisation d'un fil (10) selon la revendication 10, caractérisée en ce que les tronçons de fil (10) sont introduits de façon inclinée par rapport au plan des nappes.
  12. 12. Utilisation d'un fil (10) obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle consiste à tronçonner ledit fil (10) puis à introduire lesdits tronçons de fils (10) à travers une âme de part et d'autre de laquelle est disposée une peau de façon à constituer un panneau sandwich avec des ponts.
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