FR2956350A3 - Toile a voile ayant des brins de renfort de chaine et de trame. - Google Patents

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Abstract

Une toile à voile stratifiée renforcée ayant des propriétés d'étirement directionnel améliorées comporte des couches externes avec un matériau de renfort pris en sandwich et collé entre elles. Le matériau de renfort comprend des première, deuxième, troisième et quatrième couches de brins substantiellement parallèles. Les brins des première et deuxième couches s'étendent parallèlement et transversalement, respectivement, à un axe longitudinal des couches externes de matériau et sont non-tissés et non-tricotés . Les brins des troisième et quatrième couches s'étendent obliquement par rapport à ceux des première et deuxième couches, étant alignés suivant des premier et deuxième angles aigus respectivement par rapport à l'axe longitudinal. La toile à voile est fabriquée par un procédé continu dans lequel les brins qui forment les couches sont introduits indépendamment mais substantiellement simultanément. L'invention divulgue en outre une toile à voile stratifiée renforcée par des fils composés de fibres de UHMWP, sans fibres d'autre matériau, et un adhésif capable de coller ces brins.

Description

-1- TOILE À VOILE AYANT DES BRINS DE RENFORT DE CHAÎNE ET DE TRAME Domaine technique La présente invention concerne une toile à voile renforcée, en particulier une toile à voile stratifiée.
Arrière-plan de l'invention 10 Le maintien de la forme aérodynamique revêt une importance cruciale pour la performance des voiles ; et les toiles à voile conventionnelles tissées, tricotées, ou canevassées, en fibres naturelles ou synthétiques, sont susceptibles de se déformer de manière indésirable en raison des forces 15 non linéaires appliquées à la toile à voile en charge. Un certain nombre de progrès ont été faits dans la conception des voiles, dans l'utilisation de différents matériaux, et dans les méthodes de fabrication des voiles, avec pour objectif commun de limiter la déformation de la toile à voile en charge. Malgré des améliorations constantes qui permettent des constructions de 20 plus en plus denses, la toile à voile tissée a des caractéristiques d'étirement directionnel. Par exemple, en fait, le métier courbe les fils de chaîne autour des fibres de trame qui sont maintenues droites. II en résulte un tissu de faible étirement dans la direction des fils de trame, mais qui est moins rigide sous tension dans la direction des fils de chaîne, car la longueur 25 supplémentaire de frisure est éliminée de la fibre par traction en charge.
Le document DE 4010086 décrit une toile à voile stratifiée comprenant des films externes ayant, prises en sandwich entre eux, une feuille de renfort en matériau textile tissé et des deuxième et troisième couches de brins de 30 renfort espacés et parallèles en matériau résistant à l'étirement. Les fils de chaîne et de trame du matériau textile tissé sont alignés longitudinalement et transversalement, tandis que les brins des deuxième et troisième couches sont alignés obliquement, suivant un angle aigu par rapport à un axe longitudinal du matériau textile tissé. Une telle toile à voile a une 35 performance satisfaisante à la déformation, le matériau textile et les brins de5
-2- renfort conférant aussi des propriétés anti-déchirure aux films. Toutefois, la feuille de renfort en matériau textile tissé est relativement épaisse et a des caractéristiques d'étirement directionnel. Un objet de la présente invention est de surmonter ou d'améliorer substantiellement ces inconvénients ou, plus généralement, de fournir une toile à voile améliorée.
Les fils utilisés pour renforcer la toile à voile stratifiée devraient avoir une grande ténacité, un module élevé, une faible densité et une bonne résistance aux ultraviolets. Un matériau de ce type est le polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé (UHMWP), mais, comme ce matériau a des propriétés auto-lubrifiantes, il ne pouvait jusqu'à présent pas être collé par adhésif de manière satisfaisante. Une solution qui a permis d'utiliser le UHMWP consistait à former un fil composite de fibres de UHMWP mélangées avec des fibres d'un matériau ayant de meilleures caractéristiques d'adhésion, comme du polyester ou du carbone. Toutefois, ceci rend les fils et la toile à voile plus épais qu'ils n'ont besoin, car pour un diamètre nominal de fil donné, ces fils composites ont une moindre ténacité, un module plus faible et une plus grande densité que des fils uniquement en UHMWP.
Exposé de l'invention
Conformément à un premier aspect de l'invention, il est proposé une toile à voile stratifiée renforcée ayant des couches externes de matériau, avec du matériau de renfort pris en sandwich et collé entre elles, le matériau de renfort comprenant : une première couche de brins substantiellement parallèles s'étendant substantiellement parallèlement à un axe des couches externes de matériau, une deuxième couche de brins substantiellement parallèles s'étendant substantiellement transversalement à l'axe longitudinal, les brins des première et deuxième couches étant non-tissés et non-tricotés, une troisième couche de brins substantiellement parallèles s'étendant suivant un premier angle aigu par rapport à l'axe longitudinal, et une quatrième couche de brins substantiellement parallèles 35 s'étendant suivant un deuxième angle aigu par rapport à l'axe longitudinal. 2956350 -3- De préférence, aucune des première, deuxième, troisième ou quatrième couches de brins n'est enchevêtrée avec une autre des couches adjacentes.
5 De préférence, l'axe est un axe longitudinal et les brins dans les première, deuxième, troisième et quatrième couches sont fabriqués en un matériau polymère résistant à l'étirement.
De préférence, au moins l'un des brins est fabriqué à partir de fibres de ~o UHMWP, sans fibres d'un autre matériau.
De préférence, les brins sont fabriqués en fibres de UHMWP qui sont collées par une résine polymère.
15 De préférence, la résine polymère comprend un revêtement en émulsion de polyuréthane à base aqueuse.
De préférence les couches externes sont formées à partir : de film, ou de matériau textile, ou d'au moins deux matériaux textiles, ou de toile stratifiée 20 renforcée.
De préférence, les brins dans la troisième couche sont agencés suivant un angle par rapport à l'axe opposé à celui des brins dans la quatrième couche.
25 De préférence, le premier angle aigu est compris entre environ 10° et environ 60°.
De préférence, le premier angle aigu est compris entre 20° et 40°.
30 De préférence, l'une des couches externes est formée d'un film de résine ayant une stabilité dimensionnelle.
La présente invention propose une toile à voile stratifiée renforcée qui non seulement peut être rendue plus mince et plus légère, mais qui fournit 35 également des caractéristiques d'étirement directionnel améliorées. 2956350 -4- D'autres aspects de l'invention apparaîtront clairement à l'examen des dessins et de la description qui suit et qui est donnée à titre d'exemple uniquement.
Brève description des dessins
Des formes de réalisation préférées de la présente invention vont maintenant être décrites à titre d'exemple en référence aux dessins 10 d'accompagnement, dans lesquels :
la figure 1 est une vue éclatée d'un mode de réalisation d'une toile stratifiée selon l'invention ;
15 la figure 2 est une vue schématique en élévation latérale d'un appareil pour la fabrication continue de la toile stratifiée de la figure 1 ;
la figure 3 est un plan schématique de l'appareil de la figure 2, et
20 la figure 4 est une vue schématique du dispositif d'alimentation pour des brins obliques des figures 2 et 3.
Description des modes de réalisation préférés
25 En référence aux dessins, la figure 1 illustre une toile stratifiée renforcée 10 conformément à l'invention, qui comprend des couches externes 11 et 12 ayant un matériau de renfort 13 pris en sandwich entre elles. Les couches externes 11, 12 comprennent chacune un film similaire de résine ayant une stabilité dimensionnelle et une grande résistance à 30 l'étirement. En variante, les couches externes 11, 12 peuvent comprendre les mêmes matériaux textiles tissés, non-tissés, à fils de chaîne tricotés ou canevassés, ou des matériaux textiles différents ; une combinaison d'au moins deux films, matériaux textiles ou les deux ; ou une toile stratifiée renforcée. Différentes combinaisons de couches externes peuvent être utilisées pour adapter les caractéristiques de performance en fonction d'une 2956350 -5- application donnée, et l'homme de l'art saura reconnaître un certain nombre de matériaux appropriés pour ces couches.
Le matériau de renfort 13 comprend des première, deuxième, troisième et 5 quatrième couches 21-24 de brins 14-17 de fils constitués de fibres multiples en matériaux synthétiques quelconques appropriés ayant une grande résistance à l'étirement. Dans le mode de réalisation préféré, les brins sont ceux fabriqués en polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé, par exemple du UHMWP disponible auprès de Royal DSM N.V. sous la dénomination 10 commerciale Dyneema®. Chaque couche 21-24 comprend des brins individuels coplanaires 14-17 de fils alignés substantiellement en parallèle.
Si l'on utilise des brins de UHMWP sans aucun autre matériau, le UHMWP forme des liaisons faibles avec les couches externes 11, 12, en utilisant des 15 techniques de stratification normales. Toutefois, selon un mode de réalisation de l'invention, des brins de UHMWP, sans aucun autre matériau, peuvent être utilisés pour former des liaisons solides avec les couches externes 11, 12 de la toile à voile lorsque les brins de UHMWP sont d'abord revêtus ou imprégnés d'une résine, telle qu'un revêtement en émulsion de 20 polyuréthane à base aqueuse. Le matériau de renfort 13 comprend par conséquent de préférence des fils imprégnés d'un revêtement en émulsion de polyuréthane à base aqueuse. Dans un mode de réalisation préféré, l'émulsion comprend un composé mixte incluant les deux constituants ci-dessous : 25 Ico-Thane 10 : qui est un composé en dispersion de polyuréthane aliphatique aqueux à base de polyester, et Lago 45 : qui est un polyuréthane anionique à base de polymère synthétique, développé spécialement pour l'imprégnation de fibre de UHMWPE. 30 Les brins 14 dans la première couche 21 sont des brins de fil de chaîne tous alignés parallèlement à un axe longitudinal 18 des couches externes 11, 12, tandis que les brins 15 dans la deuxième couche 22 sont des brins de fil de trame tous alignés transversalement à l'axe longitudinal 18 de telle sorte que 35 les brins 15 dans la deuxième couche 22 soient alignés suivant un angle 2956350 -6- d'environ 90 degrés ,par rapport aux brins 14 dans la première couche 21. Contrairement à l'état de la technique, les brins des première et deuxième couches sont non-tissés et non-tricotés. Non-tissé ou non-tricoté signifie que les brins dans les couches adjacentes sont superposés et non enchevêtrés. 5 En outre, les brins 16 dans la troisième couche 23 sont tous alignés dans une direction qui décrit un angle aigu 19 par rapport à l'axe longitudinal 18, tandis que les brins 17 dans la quatrième couche 24 sont tous alignés dans une direction qui décrit un angle aigu 20 par rapport à l'axe longitudinal 18. Les angles 19, 20 ont avantageusement une valeur comprise dans la 10 gamme d'environ 2° à environ 88°, de préférence dans la gamme d'environ 10° à environ 60°, et plus préférablement dans la gamme de 20° à 40°. Essentiellement, seuls les brins des première et deuxième couches sont non-tissés et non-tricotés, mais de préférence aucun des brins dans l'une quelconque des quatre couches ne sont tissés ou tricotés avec des brins 15 d'une autre des couches (c'est-à-dire que les quatre couches sont toutes non-tissées).
Les figures 2 et 3 illustrent schématiquement un procédé et un appareil pour la fabrication en continu de stratifiés selon l'invention. Des films continus 20 comprenant les couches externes 11, 12 sont distribués à partir de rouleaux respectifs (non illustrés) et acheminés par le biais de rouleaux de guidage 33 (etc.) vers des côtés opposés d'une paire de rouleaux de pinçage 30, 31, au moins l'une des faces opposées des films étant revêtue d'adhésif. Au moins l'un des rouleaux 30, 31 peut être chauffé pour ramollir l'adhésif. Les 25 rouleaux de pinçage 30, 31 sont entraînés de telle sorte que leurs périphéries se déplacent de manière synchrone, par un moteur (non illustré), et de manière à tirer à travers eux les films 11, 12, et les brins 14-17. L'espacement entre les rouleaux 30, 31 est ajusté pour fournir une pression suffisante pour coller les différentes couches les unes aux autres afin de 30 produire la toile stratifiée renforcée 10. Un dispositif de coupe (non illustré) peut couper les bords de la toile stratifiée 10 nouvellement formée, laquelle est ensuite découpée selon des longueurs et configurations appropriées afin d'être transformée en un article fini tel qu'une voile.
35 Le dispositif d'alimentation longitudinal 35 achemine les brins longitudinaux 2956350 -7- 14 aux rouleaux 30, 31, et comporte une pluralité de guides espacés transversalement (non illustrés), chacun guidant un brin respectif 14 conjointement avec le rouleau 36, ainsi que des bobines associées (non illustrées) depuis lesquelles les brins sont distribués, et des dispositifs de 5 tensionnement (non illustrés).
Le dispositif d'alimentation transversal 38 achemine les brins transversaux 15 aux rouleaux 30, 31 et comporte une paire de transporteurs longitudinaux 39, 40 sur des côtés opposés de l'appareil. Les brins 15 s'étendent en 10 travers entre les transporteurs 39, 40, qui sont entraînés de manière synchrone pour maintenir les brins 15 parallèles. Les brins 15 s'étendent autour de picots (non illustrés) sur les transporteurs 39, 40, s'étendant en continu pour revenir sur eux-mêmes autour de chaque picot, en allant et venant entre les transporteurs 39, 40. Un dispositif de chargement 41 15 comprend un rotor qui tourne autour d'un axe vertical pour charger les brins en travers des dispositifs de transport 39, 40, ainsi que des bobines associées (non illustrées), depuis lesquelles sont distribués les brins, et des dispositifs de tensionnement (non illustrés). Les boucles qui passent autour des picots sont disposées au-delà des bords des couches externes 11, 12 et 20 sont coupées par le dispositif de coupe.
Un ensemble supplémentaire de brins est acheminé entre les rouleaux 30, 31 par un dispositif d'alimentation 45 qui aligne la direction suivant laquelle chaque brin est tendu par rapport aux rouleaux 30, 31. Le dispositif 25 d'alimentation 45 déplace les brins généralement horizontalement en travers, depuis le bord longitudinal gauche 46 des films externes 11, 12, jusqu'au bord droit 47, de manière à former les brins 16 de la couche 23, et déplace ensuite les brins en travers, depuis le bord droit 47 jusqu'au bord gauche 46 de manière à former les brins 17 de la couche 24, et en répétant ce 30 mouvement pour produire la toile stratifiée 10.
La figure 4 illustre une vue schématique du dispositif d'alimentation 45 pour les brins obliques, qui comporte un ensemble de guidage 46 entraîné en rotation conjointement avec une broche d'alimentation 47. Les brins sont 35 acheminés depuis des bobines individuelles (non illustrées) montées sur la 2956350 -8- broche d'alimentation 47, conjointement avec des dispositifs de tensionnement de fil (non illustrés) à travers lesquels passent les brins. L'ensemble de guidage 46 peut être monté sous le dispositif d'alimentation transversal 38 et comporte une courroie sans fin 49 montée sur des pignons 5 51, 52 qui tournent autour d'axes parallèles 50 inclinés vers le haut vers les rouleaux 30, 31. Les brins distribués par la broche d'alimentation 47 passent en prise à travers des ouvertures de guidage respectives 48 disposées sur la courroie 49 avant de passer aux rouleaux 30, 31. La courroie 49 est synchronisée avec la broche d'alimentation 47 de telle sorte que toutes deux 10 effectuent une rotation complète en même temps. Les ouvertures de guidage 48 se déplacent ainsi transversalement dans des directions opposées sur les portions planes supérieure et inférieure de la courroie 49, une ligne unique formant l'un des brins 16 à un instant précis, avant de former ensuite l'un des brins 17. L'angle 19, 20 que les brins orientés dans 15 une direction forment avec ceux orientés dans l'autre direction dans le stratifié fini peut être modifié d'une manière quelconque souhaitée, en ajustant la vitesse à laquelle la courroie 49 est entraînée par rapport à la vitesse des rouleaux 30, 31.
20 La toile à voile 10 comporte quatre couches de brins ou plus, non-tissées ou superposées. Les couches superposées de brins peuvent former un motif qui est symétrique ou asymétrique. Les brins peuvent avoir des deniers différents ou égaux. Chaque couche de brins 21-24 est agencée sous tension dans son propre plan lorsqu'elle est guidée entre les rouleaux 30, 31, 25 de sorte que la déformation par frisure des brins est éliminée. En plus d'être non-tissées, les couches de brins n'ont pas nécessairement besoin de brins ou de tricots supplémentaires pour retenir les différentes couches ensemble.
Certains aspects de la présente invention ont été décrits à titre d'exemple 30 uniquement et il conviendra d'apprécier que des modifications et ajouts peuvent être apportés sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Toile à voile stratifiée renforcée ayant des couches externes de matériau avec un matériau de renfort pris en sandwich et collé entre elles, le 5 matériau de renfort comprenant : une première couche de brins substantiellement parallèles s'étendant substantiellement parallèlement à un axe des couches externes de matériau, une deuxième couche de brins substantiellement parallèles s'étendant substantiellement transversalement à l'axe longitudinal, les brins des 10 première et deuxième couches étant non-tissés et non-tricotés, une troisième couche de brins substantiellement parallèles s'étendant suivant un premier angle aigu par rapport à l'axe longitudinal, et une quatrième couche de brins substantiellement parallèles s'étendant suivant un deuxième angle aigu par rapport à l'axe longitudinal. 15
  2. 2. Toile stratifiée renforcée selon la revendication 1, dans laquelle aucune des première, deuxième, troisième ou quatrième couches de brins n'est enchevêtrée avec une autre des couches adjacentes. 20
  3. 3. Toile stratifiée renforcée selon la revendication 1, dans laquelle l'axe est un axe longitudinal et les brins dans les première, deuxième, troisième et quatrième couches sont fabriqués en un matériau polymère résistant à l'étirement. 25
  4. 4. Toile stratifiée renforcée selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle au moins l'un des brins est fabriqué à partir de fibres de UHMWP, sans fibres d'autre matériau.
  5. 5. Toile stratifiée renforcée selon la revendication 4, dans laquelle les 30 brins sont fabriqués en fibres de UHMWP qui sont revêtues ou imprégnées d'une résine polymère.
  6. 6. Toile stratifiée renforcée selon la revendication 5, dans laquelle la résine polymère comprend un revêtement en émulsion de polyuréthane à 35 base aqueuse. 2956350 -10-
  7. 7. Toile stratifiée renforcée selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle les couches externes sont formées à partir : de film, ou de matériau textile, ou d'au moins deux matériaux textiles, ou de toile stratifiée renforcée.
  8. 8. Toile stratifiée renforcée selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle les brins dans la troisième couche sont agencés suivant un angle par rapport à l'axe opposé à celui des brins dans la quatrième couche.
  9. 9. Toile stratifiée renforcée selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le premier angle aigu est compris entre environ 10° et environ 60°. 15
  10. 10. Toile stratifiée renforcée selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le premier angle aigu est compris entre 20° et 40°.
  11. 11. Toile stratifiée renforcée selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle l'une des couches externes est formée d'un film de résine 20 ayant une stabilité dimensionnelle.10
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