FR3054842A1 - Materiau textile intermediaire sec avec des fils de liaison thermoplastiques, materiau pre-impregne et piece composite comportant un tel materiau, et procedes de fabrication - Google Patents

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Julien Bardy
Jean-Marc Beraud
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Hexcel Fabrics SA
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Abstract

L'invention propose un matériau textile intermédiaire sec, tissé ou tressé, notamment un renfort pour pièces composites, comportant au moins une première et une deuxième séries de fils de renfort (14, 14') à base de verre, carbone, aramide et/ou matériau céramique, comportant au moins une série de fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') dans laquelle les fils de liaison comportent une matière thermoplastique de liaison, lesdits fils d'une série de fils de liaison étant entrecroisés avec des fils d'au moins une des séries de fils de renfort (14', 14), et en ce que les fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') présentent une masse linéique inférieure ou égale à 50 Tex. Sont aussi proposés un procédé de fabrication d'un tel matériau, un matériau textile intermédiaire pré-imprégné et une pièce composite et son procédé de fabrication utilisant ce matériau.

Description

Titulaire(s) : HEXCEL REINFORCEMENTS Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : CABINET BEAU DE LOMENIE Société civile.
MATERIAU TEXTILE INTERMEDIAIRE SEC AVEC DES FILS DE LIAISON THERMOPLASTIQUES, MATERIAU PRE-IMPREGNE ET PIECE COMPOSITE COMPORTANT UN TEL MATERIAU, ET PROCEDES DE FABRICATION.
FR 3 054 842 - A1 (5/) L'invention propose un matériau textile intermédiaire sec, tissé ou tressé, notamment un renfort pour pièces composites, comportant au moins une première et une deuxième séries de fils de renfort (14, 14') à base de verre, carbone, aramide et/ou matériau céramique, comportant au moins une série de fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') dans laquelle les fils de liaison comportent une matière thermoplastique de liaison, lesdits fils d'une série de fils de liaison étant entrecroisés avec des fils d'au moins une des séries de fils de renfort (14', 14), et en ce que les fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') présentent une masse linéique inférieure ou égale à 50 Tex. Sont aussi proposés un procédé de fabrication d'un tel matériau, un matériau textile intermédiaire pré-imprégné et une pièce composite et son procédé de fabrication utilisant ce matériau.
Figure FR3054842A1_D0001
Figure FR3054842A1_D0002
L'invention se rapporte au domaine des matériaux textiles intermédiaire secs, tissés ou tressés. De tels matériaux peuvent être destinés à être associés à une matrice en résine, par exemple thermoplastique ou thermodurcissable, pour la réalisation de pièces composites par procédé direct ou indirect. Dans d'autres applications, de tels matériaux peuvent être utilisés comme support pour des résines ou des encres.
La fabrication de pièces ou d'articles composites, c'est-à-dire comprenant d'une part, un ou plusieurs renforts ou nappes fibreuses et, d'autre part, une matrice (qui est, le plus souvent, principalement de type thermodurcissable et peut inclure des thermoplastiques) peut, par exemple, être réalisée par un procédé dit direct ou LCM (de l'anglais « Liquid Composite Moulding »). Un procédé direct est défini par le fait qu'un ou plusieurs renforts fibreux sont mis en œuvre à l'état sec (c'est-à-dire sans la matrice finale et comprenant pas plus de 10% en masse de liant), la résine ou matrice, étant apportée dans un deuxième temps, par exemple, par injection dans le moule contenant les renforts fibreux (procédé RTM, de l'anglais Resin Transfer Moulding), par infusion au travers de l'épaisseur des renforts fibreux (procédé LRI, de l'anglais « Liquid Resin Infusion » ou procédé RFI, de l'anglais « Resin Film Infusion »), ou bien encore par enduction/imprégnation manuelle au rouleau ou au pinceau, sur chacune des couches unitaires de renfort fibreux, appliquées de manière successive sur la forme.
Les procédés « indirects », quant à eux, mettent en œuvre des matériaux de renfort de type préimprégnés, qui comprennent la quantité de résine nécessaire à la réalisation de la pièce finale.
Différents matériaux de renfort sont disponibles pour être mis en œuvre dans de tels procédés. Dans le cadre de l'invention, ces matériaux peuvent être du type tissé ou tressé. Ils peuvent comporter une ou plusieurs couches.
Lorsque cela est possible, ces matériaux de renfort sont fournis seuls, soit sous la forme de bobine ou rouleau, soit sous la forme de plaque de grande dimension, sans association avec une couche support pouvant faciliter leur manipulation. Ceci permet de réduire les déchets et de simplifier les dispositifs de dépose utilisés qui ne nécessitent pas de dispositif de désolidarisation de la couche support et de ré-enroulement de cette dernière.
Néanmoins, sur quelques applications spécifiques, il apparaît que le matériau textile intermédiaire sec est difficile à manipuler dans la mesure où, lors d'une manipulation, le tissage ou le tressage est susceptible d'être altéré.
En sortie de machine à tisser ou à tresser, le tissu ou la tresse est conforme aux spécifications, notamment en termes de masse surfacique, d'épaisseur, ou de facteur d'ouverture OF. Le facteur d'ouverture peut être défini comme le rapport entre la surface non occupée par la matière et la surface totale observée, dont l'observation peut être faite par le dessus du tissu avec un éclairage par le dessous de ce dernier. Le facteur d'ouverture (OF) est exprimé en pourcentage. Cependant, lorsqu'on manipule le matériau textile, on constate que celui-ci peut se déformer. Dans certains cas, ces déformations dues à la simple manipulation peuvent être très importantes, altérant l'architecture de tissage ou de tressage initialement spécifié et réalisé dans la machine de tissage ou de tressage. De plus, il s'avère que certains tissus ou tresses sont difficilement manipulables au moment du drapage sur une géométrie de pièce donnée.
En effet, le tissu ou la tresse se déstructure, parfois même avant drapage, par simple manipulation, occasionnant des désorientations de fils, du décadrage, des écarts entre les fils adjacents (augmentation du facteur d'ouverture OF).
Dans certains cas, il est possible de manipuler le matériau textile intermédiaire pour le draper. On remarque alors que le tissu ou la tresse se conforme facilement à la géométrie à draper, en épousant la géométrie donnée sans nécessiter un effort élevé. Toutefois, il peut apparaître de fortes dérives quant à la qualité résiduelle du textile, notamment du fait de l'apparition d'écarts très important entre les fils adjacents. Le facteur d'ouverture mesuré OF peut alors atteindre localement des valeurs supérieures à 30% après drapage.
Les matériaux textiles tissés ou tressés de faible grammage, présentant par exemple une masse surfacique inférieure à 200 grammes par mètre carré, et encore plus ceux de très faible grammage dont la masse surfacique est inférieure à 100 g par mètre carré, sont particulièrement sensibles à ce phénomène, notamment lorsque les fils de renfort sont de fort titre, par exemple au-delà de 12 K.
De manière générale, des matériaux tissés ou tressés, éventuellement de grammage supérieur à 200 g par mètre carré, peuvent aussi poser le même genre de problèmes. On trouve par exemple ce genre de problèmes avec des tissus dont l'architecture de tissage présente des points de liage entre chaîne et trame qui sont espacés les uns des autres, par exemple dans les architectures de type satin. Des tissus ou tresses dans lesquels les fils sont écartés les uns des autres, par exemple de plus de 5 mm, peuvent être sujets à ces problèmes.
Dans le domaine des tissus de renfort de faible grammage, il est connu des tissus de 120 g/m2 de carbone stabilisés par 10 g/m2 de composant époxy. Dans ce cas, pour une unité de surface l'agent stabilisant représente environ 8% ou plus de la masse des fils de renfort.
On connaît des matériaux de renfort constitués d’une nappe de fils de carbone unidirectionnels liés sur chacune de leurs faces à un liant thermoplastique, notamment du type non-tissé de fibres thermoplastiques. De tels matériaux de renfort sont notamment décrits dans les documents EP 1125728, US 6,828,016, WO 00/58083, WO 2007/015706, WO 2006/121961, et US 6,503,856 et dans les demandes de brevet au nom de la demanderesse WO 2010/046609 et WO 2010/061114, auxquelles on pourra se référer pour plus de détails.
WO 2008/14879 décrit un matériau comportant deux couches de fils unidirectionnels liés l'un à l'autre par matériau adhésif thermoplastique. WO 2006/075962 et WO 2006/075961 décrivent un tissu comportant des rubans tissés entre eux, les rubans pouvant être stabilisés ou non, et pouvant être réalisés en matière thermoplastique. WO 2012/098220 et WO 2012/098209 décrivent un matériau textile formé de rubans entrecroisés. Les rubans peuvent être en matériau thermoplastique et peuvent être liés l'un à l'autre par fusion à leur intersection.
Il est connu par ailleurs de stabiliser des fils plats après étalement du fl mais avant tissage. US 2015/0158246 décrit la stabilisation d'un fl plat par une poudre thermofusible.
Une problématique de la stabilisation d'un matériau textile intermédiaire est d'assurer une stabilisation effcace du tissu ou de la tresse sans nuire à la drapabilité. Une autre problématique est de mettre en oeuvre, pour la stabilisation, des moyens qui n'affectent pas les caractéristiques du composite final qui doit résulter de l'association de ce matériau avec une matrice en résine. Par ailleurs, les moyens mis en œuvre pour la stabilisation doivent impacter le moins possible les moyens conventionnels de production de ces matériaux textiles intermédiaires tissés ou tressés.
Dans le but de répondre à au moins une de ces problématiques, l'invention propose un matériau textile intermédiaire sec, tissé ou tressé, comportant au moins une première série de fils de renfort et une deuxième série de fis de renfort, les fis d'une série de fils de renfort étant parallèles entre eux, la première et le deuxième séries de fil étant non parallèles entre elles, et les fis d'une série de fis de renfort étant entrecroisés avec les fis de l'autre série de renfort, du type dans lequel les fis de renfort comportent chacun des filaments et/ou des fbres en matériau choisi parmi le verre, le carbone, l'aramide et/ou un matériau céramique. Ce matériau est caractérisé en ce que le matériau textile intermédiaire sec comporte au moins une série de fis de liaison dans laquelle les fils de liaison comportent une matière thermoplastique de liaison, lesdits fils d'une série de fis de liaison étant entrecroisés avec des fils d'au moins une des séries de fis de renfort, et les fis de liaison présentent une masse linéique inférieure ou égale à 50 Tex.
Selon d'autres caractéristiques optionnelles d'un tel matériau, prises seules ou en combinaison :
- Les fils de liaison peuvent présenter une masse linéique inférieure ou égale à 20 Tex.
- Par unité de superficie du matériau textile intermédiaire sec, sur un échantillon dont la superficie est supérieure ou égale à 100 cm2, la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison peut être inférieure ou égale à 5%, de préférence inférieure ou égale à 2.5%, de la masse totale des fils de renfort du matériau textile intermédiaire sec.
- Par unité de surface du matériau textile intermédiaire sec, la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison peut être supérieure ou égale à 0.05%, de préférence supérieure ou égale à 0.1%, de la masse totale des fils de renfort du matériau textile intermédiaire sec.
- Dans certaines variantes, le matériau présente une masse surfacique comprise entre 40 et 200 grammes par mètre carré, les fils de renfort peuvent présenter une masse linéique supérieure ou égale à 150 Tex, et, par unité de surface du matériau textile intermédiaire sec, la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison peut être inférieure ou égale à 2% de la masse totale des fils de renfort du matériau textile intermédiaire sec.
- Dans certaines variantes, les fils de liaison d'au moins une série de fils de liaison sont parallèles à des fils d'une série de fils de renfort.
- Le matériau peut comporter une première série de fils de liaison associés à des fils de la première série de fils de renfort et une deuxième série de fils de liaison associés à des fils de la deuxième série de fils de renfort.
- Dans certaines variantes, pour au moins une série de fil de renfort, seulement un fil de renfort sur plusieurs est associé à un fil de liaison.
- Dans certaines variantes, au moins une série de fils de liaison comporte au moins un fil de liaison associé à chaque fil d'une série de fils de renfort.
- Dans certaines variantes, au moins une série de fils de liaison comporte plusieurs fils de liaison associés à chaque fil d'une série de fils de renfort.
- Dans certaines variantes, au moins une série de fils de liaison comporte plusieurs fils de liaison associés à un même fil de renfort, pour seulement une partie des fils de renfort de la série considérée à laquelle appartient ledit même fil de renfort.
- Dans certaines variantes, chaque fil de liaison d'une série de fils de liaison est disposé sur toute sa longueur au contact d'un même fil de renfort associé.
- Dans certaines variantes, des fils de liaison sont disposés sur toute leur longueur le long du bord d'un même fil de renfort associé.
- Dans certaines variantes, des fils de liaison sont disposés sur toute leur longueur le long d'une zone médiane d'un même fil de renfort associé.
- Dans certaines variantes, des fils de liaison réalisent un nouage du fl de renfort associé avec les fils de renfort de l'autre série.
- Dans certaines variantes, plusieurs fis de liaison proximaux sont agencés entre deux fis de renfort successifs d'une série associée considérée, et en ce qu'au moins deux fis de liaisons proximaux sont entrecroisés en opposition avec les fis de renfort de l'autre série de fis de renfort.
- Dans certaines variantes, des fis de liaisons proximaux présentent des croisements transversaux au niveau de passages dessus-dessous pour l'un et dessous-dessus pour l'autre, ce qui réalise un nouage des deux fis de liaison proximaux.
- Dans certaines variantes, le fl de renfort auquel est associé le fil de liaison est un fl plat présentant une largeur d'au moins 3 mm, de préférence d'au moins 5 mm et plus préférentiellement d'au moins 10 mm.
- Les fils de renfort d'au moins la première série et/ou la deuxième série de fils de renfort peuvent être dépourvus de flbres et filaments de matière thermoplastique.
- Les fis de renfort d'au moins la première série et/ou la deuxième série de fis de renfort peuvent être dépourvus de matière thermoplastique.
- Les fils de renfort d'au moins la première série et/ou la deuxième série de fils de renfort peuvent présenter une masse linéique supérieure ou égale à 70 Tex, de préférence supérieure ou égale à 150 Tex, déterminée selon la norme EN ISO 1889:2009.
- Les fils de liaison peuvent comporter des fils hybrides comportant au moins un filament ou une gaine de liaison en matière thermoplastique de liaison et au moins un filament de résistance composé d'un matériau de résistance qui, à une température de ramollissement Vicat de la matière thermoplastique de liaison, ne ramollit pas.
- Les fils de liaison peuvent comporter des fils hybrides comportant au moins une gaine de liaison en matière thermoplastique de liaison entourant une âme constituée d'au moins un filament de résistance composé d'un matériau de résistance qui, à une température de ramollissement Vicat de la matière thermoplastique de liaison, ne ramollit pas.
- La matière thermoplastique de liaison peut présenter une température de ramollissement Vicat inférieure à 300°C, de préférence comprise entre 60°C et 200°C.
- Le matériau peut être tissé ou tressé, et les fils de liaison peuvent être tissés ou tressés avec les fils de renfort associés selon la même architecture textile que les fils de renfort.
- La matière thermoplastique de liaison peut avoir été au moins partiellement ramollie, voire fondue, après tissage ou tressage du matériau textile, pour lier des fis de renfort de la première série avec des fis de renfort de la deuxième série et/ou des fis de renfort d'une même série entre eux.
L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives consistant à :
- tisser ou tresser les fils de liaison avec les fis de renfort ;
- provoquer, avant conditionnement par enroulement ou découpage en plaque, le ramollissement au moins partiel de la matière thermoplastique de liaison pour lier des fils de renfort de la première série avec des fis de renfort de la deuxième série et/ou des fils de renfort d'une même série entre eux ;
- conditionner, par enroulement ou découpage en plaque, le matériau textile.
Un tel procédé peut comporter l'étape consistant à tisser le matériau textile intermédiaire sec sous la forme d'un tissu, et peut comporter, avant l'étape consistant à provoquer le ramollissement au moins partiel de la matière thermoplastique de liaison, une étape consistant à étaler le tissu.
Un tel procédé peut comporter l'étape consistant à tisser le matériau textile intermédiaire dans une machine à tisser, sous la forme d'un tissu avec des fils de liaison de chaîne parallèles avec les fils de renfort de chaîne du tissu, chacun des dits fils de liaison de chaîne étant guidé dans la machine de tissage par une lisse au travers d'un oeillet commun avec un fil de renfort de chaîne. L'œillet commun peut être un œillet plat dans lequel un fil de renfort et un fil de liaison sont guidés côte à côte selon la direction transversale de la trame.
Un tel procédé peut comporter l'étape consistant à tresser le matériau textile intermédiaire dans une machine à tresser, sous la forme d'une tresse avec des fils de liaison parallèles avec des fils de renfort de la tresse, chacun des dits fils de liaison étant guidé dans la machine à tresser par un guide fil. La tresse comprend des fils de liaison et des fils de renfort, parallèles à une direction longitudinale d'avancée de la machine, pour lesquels chaque fil de liaison est guidé au travers d'un œillet commun avec un fil de renfort parallèle à la direction longitudinale d'avancée.
L'invention concerne encore un matériau textile intermédiaire préimprégné, caractérisé en ce qu'il comporte un matériau textile intermédiaire sec ayant l'une quelconque caractéristiques mentionnées ci-dessus, préimprégné d'une matrice de résine représentant 20 à 70 % du poids total du matériau textile intermédiaire pré-imprégné.
L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'une pièce composite, caractérisé en ce qu'il comporte la mise en œuvre d'un matériau textile intermédiaire sec ayant l'une quelconque caractéristiques mentionnées ci-dessus, associé à une résine par infusion ou injection au contact d'un moule, ou la mise en oeuvre d'un matériau textile intermédiaire pré-imprégné selon le paragraphe précédent.
L'invention concerne encore une pièce en matériau composite dans laquelle le matériau composite comporte un matériau textile intermédiaire ayant l'une quelconque caractéristiques mentionnées ci-dessus, associé à une matrice en résine.
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d’exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l’objet de l’invention.
La Figure 1 illustre de manière schématique un tissu selon l'art antérieur, présentant une armure toile.
Les Figures ÎA à 1H illustrent de manière schématique plusieurs variantes de réalisation de l'invention, sur la base d'un tissu dont les fils de renfort reprennent l'armure toile de la Fig. 1.
La Figure 2 illustre de manière schématique en vue de dessus une machine à tisser permettant la réalisation d'un matériau textile intermédiaire selon l'invention.
La Figure 3 illustre de manière schématique en vue de côté la machine à tisser de la Fig. 2.
Les Figures 4A et 4B illustre de manière schématique deux variantes pour un système de lisses de la machine à tisser de la Fig. 2.
Les Figures 5A et 5B illustrent un matériau textile intermédiaire selon l'invention.
Les Figures 6A et 6B illustrent respectivement les déformations subies par un tissu selon l'art antérieur et par un tissu selon l'invention dans un test de drapabilité.
La Figure 7 illustre les résultats obtenus grâce à l'invention en termes de diminution des espaces interstitiels dans un test de drapage.
L'invention concerne tout d'abord un matériau textile intermédiaire sec, c'est-à-dire ne comprenant pas plus de 10% en masse de liant, notamment pas plus de 10% en masse d'une résine qui serait destinée à former la matrice d'un matériau composite dans lequel le matériau textile intermédiaire sec serait destiné à être incorporé. En effet, dans certaines applications, ce matériau textile intermédiaire sec est destiné à être associé à une matrice en résine, non comprise dans le matériau textile intermédiaire sec, pour la réalisation de pièces composites par procédé direct ou indirect. Dans d'autres applications, le matériau textile intermédiaire sec peut être destiné à être utilisé comme support pour des résines ou des encres. Dans encore d'autre applications, le matériau textile intermédiaire sec peut être incorporé dans un matériau textile pré-imprégné.
Le matériau textile intermédiaire sec selon l'invention est un tissu ou une tresse, au sens qu'il comporte au moins une première série de fils de renfort et une deuxième série de fils de renfort, les fils d'une série de fils de renfort étant parallèles entre eux, et les fils d'une série de fils de renfort étant entrecroisés avec les fils de l'autre série de renfort.
Chaque série de fils de renfort présente donc une orientation ou direction d'orientation de ses fils de renfort selon le sens de la longueur des fils.
Les fils de renfort d'une série sont généralement juxtaposés les uns par rapport aux autres selon une direction perpendiculaire à la direction d'orientation des fils.
La première et la deuxième série de fils de renfort ne sont pas parallèles entre elles. L'orientation d'une série de fils forme un angle aigu avec l'orientation des fils de renfort de l'autre des séries, cet angle étant compris entre 10° et 90°. Cet angle est par exemple de 90°. Cependant, cet angle pourrait, dans certains modes de réalisation, être par exemple de 25°, 30°, 45°, 60° ou 65°. Le matériau textile intermédiaire peut comprendre, en tant que fils de renfort, seulement la première et la deuxième série de fils de renfort. Cependant, le matériau peut comprendre d'autres séries de fils de renfort parallèles, qui peuvent avoir chacune une orientation parallèle à celles de la première ou de la deuxième série de fils de renfort, ou avoir une autre orientation, différente de celles de la première et de la deuxième série de fils de renfort.
Les fils d'une série de fils de renfort sont entrecroisés avec les fils de l'autre série de renfort au sens que chaque fil d'une série de fils passe alternativement dessus un ou plusieurs fils de l'autre série, puis dessous un ou plusieurs fils de ladite autre série, et de nouveau dessus un ou plusieurs fils de ladite autre série. Chaque point où un fil d'une série passe d'un côté à l'autre de l'autre série est appelé point de liage. L'entrecroisement des fils de renfort la première et de la deuxième série forme l'architecture du tissu, aussi appelé armure. Dans l'invention, le matériau textile intermédiaire peut présenter une armure de type toile, de type satin, de type serge ou d'un dérivé ou d'une combinaison de ces armures de base. Ainsi, le matériau textile peut présenter une armure toile, aussi appelée armure taffetas, une armure satin de 4, de 5 ou de 8, ou armure serge 2x2, etc....
Dans une forme préférentielle de réalisation, le matériau textile intermédiaire comporte un tissu de fils de renfort comportant une première série de fils de renfort formant les fils de chaîne du tissu et une deuxième série de fils de renfort formant les fils de trame du tissu. On notera que la série de fils de renfort de trame peut comprendre un fil de trame continu qui est entrecroisé, dans un sens et dans le sens inverse dans la direction d'orientation de la trame, avec les fils de chaîne. On considère alors que chaque duite, à savoir une extension de fil de trame selon une seule direction d'une lisière à l'autre du tissu, forme un fil de la série de fils correspondante. Les fils de renfort de la première série et de la deuxième série forment donc ensemble un tissu ou une tresse. La Fig. 1 illustre un tissu présentant des fils de renfort de chaîne 14 tissés avec des fils de renfort de trame 14', par exemple selon une armure toile simple. On notera que les fils de renfort sont représentés avec un espace interstitiel entre chaque fil, mais, dans beaucoup d'applications, les fils sont serrés les uns contre les autres de manière à ce que le tissu présente un facteur d'ouverture le plus faible possible.
Les fils de renfort comportent chacun des filaments et/ou des fibres en matériau choisi parmi le verre, le carbone, l'aramide et/ou un matériau céramique ou une combinaison de ces matériaux. Chaque fil de renfort peut présenter des matériaux complémentaires, y compris de fibres et/ou des filaments en matériaux autre que le verre, le carbone, l'aramide et/ou un matériau céramique. De manière générale, un matériau céramique est un matériau inorganique, non métallique. Parmi les matériaux céramiques envisagés, on peut citer les carbures de silicium, notamment le NICALON™.
Selon une désignation usuelle, les fibres d'un fil sont des composants d'un fil dont la longueur est petite voire très petite par rapport à la longueur du fil considéré, par exemple dans un rapport inférieur à 1/10, voire inférieur à 1/100. Selon une désignation usuelle, les filaments d'un fil sont des composants d'un fil dont la longueur est de l'ordre de grandeur du fil considéré, voire égale à celle du fil considéré. Un filament peut être composé de fibres ou être formé de matière continue sur sa longueur.
Dans une application préférentielle, les fils de renfort sont formés de filaments de carbone.
Typiquement, les matériaux utilisés pour les fils de renfort présentent un module de Young supérieur ou égal à 10 GPa.
Contrairement à certains matériaux de l'art antérieur, les fils de renfort d'au moins la première série et/ou la deuxième série de fils de renfort peuvent être dépourvus de fibre de matière thermoplastique, voire même entièrement dépourvus de matière thermoplastique. Il est courant que les fils de renfort soient recouverts d'un ensimage pour protéger les fibres notamment lors du tissage et du tressage, et pour faciliter la liaison avec la résine de la matrice. Cet ensimage se présente sous la forme d'un dépôt. Différents matériaux sont proposés, en fonction de la nature des fils de renfort et de l'application visée pour le matériau textile intermédiaire. Dans certains cas, notamment dans le cas de fils de renfort en carbone ou principalement en carbone, l'ensimage peut notamment être à base d'époxy. Cependant, des ensimages à base phénolique, polyuréthane, Vinyle-Ester, Cyanate Ester, BMI, etc... peuvent être utilisés.
Les fils de renfort, que ce soient ceux de la première série et/ou ceux de la deuxième série de fils de renfort présentent de préférence une masse linéique supérieure ou égale à 70Tex, de préférence supérieure ou égale à 200 Tex, déterminée selon la norme EN ISO 1889:2009. Leur masse linéique peut dans certains cas atteindre 4000 Tex. Cependant, l'invention trouvera des applications particulièrement avec des fils de renfort, notamment en carbone, dont la masse linéique est comprise entre 200 et 2000 Tex. Notamment dans le cas de fils de renfort en carbone, ces fils peuvent être composés de plusieurs milliers de filaments de carbone, par exemple approximativement 1000 (1K), 2000 (2K), 3000 (3K), 6000 (6K), 12000 (12K) ou 24000 (24K) filaments.
Les tissus ou tresses créés à l'aide des fils de renfort peuvent présenter une masse surfacique comprise entre 40 et 1000 grammes par mètre carré. L'invention trouve cependant des applications préférentielles pour des tissus ou tresse, notamment dans le cadre de tissus en fils de renfort en carbone, présentant une masse surfacique comprise entre 40 et 200 grammes par mètre carré.
La masse surfacique d'un tissu ou d'une tresse peut être déterminée selon la méthode ISO 3374.
Différentes variantes d'un matériau textile intermédiaire sec selon l'invention sont illustrées sur les Figs. IA à 1H. Selon l'invention, le matériau textile intermédiaire sec comporte au moins une série de fils de liaison 26, 26' qui sont distincts des fils de renfort 14, 14'.
Les fils de liaison comportent une matière thermoplastique de liaison. Cette matière thermoplastique de liaison est destinée à être au moins partiellement ramollie, voire fondue, par application de chaleur après tissage ou tressage du matériau textile intermédiaire sec, pour lier, après refroidissement de la matière thermoplastique, des fils de renfort de la première série avec des fils de renfort de la deuxième série. On comprend que la liaison par la matière thermoplastique permet de stabiliser le matériau textile intermédiaire en empêchant que l'architecture du tissu, obtenue lors du tissage, soit désorganisée. Après ramollissement partiel ou complet puis refroidissement, la matière thermoplastique de liaison des fils de liaison crée des zones de liaisons entre la première et la seconde série de fils de renfort.
Les fils de liaison d'une série de fils de liaison sont parallèles entre eux, soit en étant rectilignes et parallèles, soit par une direction générale d'orientation commune selon leur longueur. De la sorte, les fils de liaison peuvent être entrecroisés avec des fils d'au moins une des séries de fils de renfort, au sens que chaque fil de liaison passe alternativement dessus un ou plusieurs fils de l'une des séries de fils de renfort, puis dessous un ou plusieurs fils de ladite série de fils de renfort, et de nouveau dessus un ou plusieurs fils de ladite série de fils de renfort avec laquelle ils sont entrecroisés.
Une série de fils de liaison comporte de préférence une pluralité de fils répartis sur l'étendue du matériau textile intermédiaire
Une série de fils de liaison peut comprendre plusieurs séries de niveau inférieur ayant des caractéristiques de matériau, de masse linéique, de section, d'étalement, etc... différentes.
Dans ce matériau textile intermédiaire sec, la matière thermoplastique de liaison contenue dans les fils de liaison peut être au moins partiellement ramollie, voire fondue, après tissage ou tressage des fils de renfort et des fils de liaison du matériau textile, pour lier, par l'intermédiaire de la matière thermoplastique, après son refroidissement, certains au moins des fils de renfort de la première série avec certains au moins des fils de renfort de la deuxième série, et/ou pour lier entre eux certains fils de renfort, avec lesquels les fils de liaison sont entrecroisés.
En prévoyant que la matière plastique de liaison soit apportée sous la forme de fils de liaisons tissés ou tressés avec les fils de renfort, on permet de concentrer la matière thermoplastique de liaison dans des zones de liaisons maîtrisées. Après ramollissement partiel ou complet de la matière thermoplastique de liaison des fils de liaison, cette matière thermoplastique provenant des fils de liaison crée des zones de liaison qui, de préférence, restent localisées c'est-à-dire disjointe les unes des autres. Notamment, les zones de liaison ainsi crées par deux fils de liaisons consécutifs dans la série, lesquels sont donc séparés initialement d'une certaine distance selon une direction perpendiculaire à leur orientation, restent de préférence disjointes l'une de l'autre après le ramollissement au moins partiel, par chauffage, et le refroidissement de la matière thermoplastique de liaison. Ce caractère disjoint des zones de liaison permet au tissu de conserver une bonne aptitude au drapage.
Les zones de liaisons sont favorisées par la mise en contact des fils de liaison avec les fils de renfort, au moins pendant l'étape de ramollissement de la matière thermoplastique de liaison. Cette mise en contact peut résulter des tensions de tissage et/ou d'un processus spécifique, par exemple un calandrage.
De préférence, les fils de liaison présentent une masse linéique inférieure ou égaie à 50 Tex, ceci afin de limiter leur incidence sur les propriétés du matériau composite final. Préférentiellement, les fils de liaison présentent une masse linéique inférieure ou égale à 20 Tex. Dans certains cas, on pourra obtenir des résultats de stabilisation satisfaisant avec des fils de liaison dans lesquels la masse linéique de la matière plastique contenue dans les fils est inférieure à 10 Tex, voire inférieure à 5 Tex.
Les masses linéiques des fils, telles que mentionnées dans le présent texte, peuvent être avantageusement déterminées selon la norme EN ISO 1889:2009.
De manière générale, on prévoira avantageusement que, par unité de superficie du matériau textile intermédiaire sec, sur un échantillon dont la superficie est supérieure ou égale à 100 cm2, la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison est inférieure ou égale à 5% de la masse des fils de renfort, ceci afin de limiter l'influence de la matière thermoplastique des fils de liaison sur les caractéristiques du renfort et donc sur les caractéristiques mécaniques finales, notamment les caractéristiques de résistances au cisaillement, d'une pièce composite réalisée avec ce matériau textile intermédiaire.
La détermination de la masse de matière thermoplastique de liaison peut être réalisée par thermogravimétrie, par exemple selon la norme ISO 11358-1 :2014. La montée en température peut se faire selon une rampe de 10°C/minute. Cette méthode est adaptée notamment si la matière thermoplastique de liaison est indentifiable par rapport aux autres composants du tissu ou de la tresse.
Bien entendu, notamment pour les cas où la thermogravimétrie ne permettrait pas une mesure fiable, on peut aussi déterminer la masse de matière thermoplastique de liaison en décomposant le tissu ou la tresse de manière connue par l'homme du métier, par calcul d'après la connaissance des composants du tissu, ou selon l'une des méthodes suivantes.
Comme vu plus haut, la masse surfacique Mst totale d'un tissu est mesurée selon la méthode ISO 3374. Dans le cadre d'un tissu orienté en chaîne et en trame, la masse des fils de renfort de chaîne Mschaine et de trame Mstrame par unité de surface dans un tissu peut être mesurée selon la norme ISO 7211-6. Les masses linéiques Mlchaine et Mltrame des fils de renfort prélevés dans le tissu peuvent être mesurées selon la méthode EN ISO 1889:2009. Les contextures en chaîne CCH et en trame CTR des fils de renfort sont ensuite calculées selon les formules :
o CCH = 1000 x Mschaine (g/m2) / Mlchaine (tex) o CTR = 1000 x Mstrame (g/m2) / Mltrame (tex)
A partir de là, la contexture des fils de liaison est définie par le ratio du nombre de fils de liaison par fils de renfort dans l'orientation considérée, multiplié par la contexture en fils de renfort.
Il est dès lors possible de calculer la quantité de fils de liaison dans le sens chaîne et/ou dans le sens trame :
o Soit en o déterminant la contexture en fils de liaison dans le sens chaîne et/ou dans le sens trame (et donc le nombre de fils de liaison par mètre, soit éventuellement NbICH pour le nombre de fils de liaison de chaîne par mètre et NbITR pour le nombre de fils de liaison de trame par mètre) o puis en mesurant la masse linéique de fils de liaison Mil par prélèvement, soit éventuellement MIICH pour la masse linéique de fils de liaison de chaîne et MIITR pour la masse linéique de fils de liaison de trame.
La masse surfacique de fils de liaison Msl peut ensuite être calculée selon la formule :
Msl(g/m2)=(NblCH(fils/m)xMIICH(tex)+NblTR(fils/m)xMIITR(tex))/1000
Le ratio RI entre la masse surfacique de fil de liaison dans le sens chaîne (RICH) et/ou dans le sens trame (RITR) et la masse surfacique totale de tissu Mst peut être calculé selon la formule :
Sens chaîne : RICH = NbICH (fils/m) x MIICH (tex) / (1000 x Mst (g/m2))
Sens trame : RITR = NbITR (fils/m) x MIITR (tex) / (1000 x Mst (g/m2)) ou plus simplement, pour une surface donnée de tissu, le rapport de la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison 26, 26a, 26b, 26' par rapport la masse totale des fils de renfort du matériau textile intermédiaire sec est donné par le ratio :
Rit = Msl (g/m2) / Mst (g/m2) o Soit en déterminant :
o la masse linéique des fils de renfort dans le chaîne Mlchaine et/ou dans le sens trame Mltrame par prélèvement, o et les contextures en chaîne CCH et en trame CTR des fils de renfort.
Le ratio RI entre la masse surfacique de fil de liaison dans le sens chaîne (RICH) et/ou dans le sens trame (RITR) et la masse surfacique totale de tissu Mst peut être calculé selon les formules :
Msr(g/m2)=(NbrCH(fils/m)xMlchaine(tex)+NbrTR(fils/m)xMltrame(tex))/1000
Où
Msr = Masse surfacique de fils de renfort totale dans le tissu
Nbr = Nombre de fils de renfort par mètre (en chaîne NbrCH ou en trame
NbrTR)
RICH = NblCH(fils/m)/(NblCH(fils/m)+NblTR(fils/m)) x (Mst(g/m2) Msr(g/m2)) / (Mst (g/m2))
RITR = NblTR(fils/m)/(NblCH(fils/m)+NblTR(fils/m)) x (Mst(g/m2) Msr(g/m2)) / (Mst (g/m2)) le rapport de la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison 26, 26a, 26b, 26' par rapport la masse totale des fils de renfort du matériau textile intermédiaire sec est donné par le ratio :
Rit = (Mst(g/m2)-Msr(g/m2)) / (Mst (g/m2))
Même avec des quantités ainsi relativement faibles, il est apparu et/ou pressenti que les zones de liaison créées par la matière thermoplastique de liaison permettent d'améliorer considérablement la tenue du tissus lors de sa manipulation et/ou lors de son drapage, en évitant notamment les phénomènes observés en l'absence de fils de liaisons. On évite ainsi des défauts du type de l'augmentation considérable du taux d'ouverture, au moins localement, et/ou du type d'une modification considérable de l'orientation des fils de renfort. En revanche, au-delà d'une masse de 5% de masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison par rapport au poids des fils de renfort, le matériau textile intermédiaire peut, après ramollissement au moins partiel et refroidissement de la matière thermoplastique, montrer une mauvaise aptitude au drapage. Cela peut se traduire par des efforts de drapage trop élevés et/ou la création de reliefs non souhaités lors de l'opération de drapage.
En pratique, il est apparu que, dans de nombreux cas d'application, des résultats satisfaisants en termes de liaison sont obtenus avec une masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison inférieure ou égale à 2.5% de la masse des fils de renfort. En diminuant ainsi la quantité de matière thermoplastique, on minimise encore les effets négatifs potentiels comme l'incidence sur les caractéristiques du matériau composite final et comme la mauvaise drapabilité.
Pour un matériau textile intermédiaire présentant une masse surfacique comprise entre 40 et 200 grammes par mètre carré en fils de renfort, notamment dans le cas de fils de carbone, les fils de renfort présentant une masse linéique supérieure ou égale à 150 Tex, il a été déterminé que, par unité de surface du matériau textile intermédiaire, la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison pouvait être inférieure ou égale à 2% de la masse totale des fils de renfort du matériau textile intermédiaire sec.
Cependant, pour avoir un effet significatif, il est préférable de prévoir, par unité de surface du matériau textile intermédiaire, que la masse de matière thermoplastique contenue dans les fis de liaison est supérieure ou égale à 0.05%, de préférence supérieure ou égale à 0.1%, de la masse totale des fis de renfort du matériau textile intermédiaire sec.
L'invention propose notamment à titre d'exemple des matériaux textiles intermédiaire secs dans lesquels le ratio calculé de la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison par rapport à la masse totale des fis de renfort du matériau textile intermédiaire sec suit les valeurs du Tableau 1 ci-après ou entre dans les plages définies par ces valeurs :
masse de matière thermopla stique de liaison (g/m2) 0,05 0,13% 0,10% 0,08% 0,07% 0,06% 0,06% 0,05% 0,05%
0,1 0,25% 0,20% 0,17% 0,14% 0,13% 0,11% 0,10% 0,09%
0,2 0,50% 0,40% 0,33% 0,29% 0,25% 0,22% 0,20% 0,18%
0,4 1,00% 0,80% 0,67% 0,57% 0,50% 0,44% 0,40% 0,36%
0,6 1,50% 1,20% 1,00% 0,86% 0,75% 0,67% 0,60% 0,55%
0,8 2,00% 1,60% 1,33% 1,14% 1,00% 0,89% 0,80% 0,73%
1 2,50% 2,00% 1,67% 1,43% 1,25% 1,11% 1,00% 0,91%
1,5 3,75% 3,00% 2,50% 2,14% 1,88% 1,67% 1,50% 1,36%
2 5,00% 4,00% 3,33% 2,86% 2,50% 2,22% 2,00% 1,82%
3 5,00% 4,29% 3,75% 3,33% 3,00% 2,73%
4 5,00% 4,44% 4,00% 3,64%
6
8
10
40 50 60 70 80 90 100 110
Masse des fils de renfort (g/m2)
Tableau 1
Masse matière thermoplastiq ue (g/m2) 0,05 0,05 % 0,04 % 0,04 % 0,04 % 0,03 % 0,03 % 0,03 % 0,03 % 0,03 % 0,03 %
0,1 0,09 % 0,08 % 0,08 % 0,07 % 0,07 % 0,06 % 0,06 % 0,06 % 0,05 % 0,05 %
0,2 0,18 % 0,17 % 0,15 % 0,14 % 0,13 % 0,13 % 0,12 % 0,11 % 0,11 % 0,10 %
0,4 0,36 % 0,33 % 0,31 % 0,29 % 0,27 % 0,25 % 0,24 % 0,22 % 0,21 % 0,20 %
0,6 0,55 % 0,50 % 0,46 % 0,43 % 0,40 % 0,38 % 0,35 % 0,33 % 0,32 % 0,30 %
0,8 0,73 % 0,67 % 0,62 % 0,57 % 0,53 % 0,50 % 0,47 % 0,44 % 0,42 % 0,40 %
1 0,91 % 0,83 % 0,77 % 0,71 % 0,67 % 0,63 % 0,59 % 0,56 % 0,53 % 0,50 %
1,5 1,36 % 1,25 % 1,15 % 1,07 % 1,00 % 0,94 % 0,88 % 0,83 % 0,79 % 0,75 %
2 1,82 % 1,67 % 1,54 % 1,43 % 1,33 % 1,25 % 1,18 % 1,11 % 1,05 % 1,00 %
3 2,73 % 2,50 % 2,31 % 2,14 % 2,00 % 1,88 % 1,76 % 1,67 % 1,58 % 1,50 %
4 3,64 % 3,33 % 3,08 % 2,86 % 2,67 % 2,50 % 2,35 % 2,22 % 2,11 % 2,00 %
6 5,00 % 4,62 % 4,29 % 4,00 % 3,75 % 3,53 % 3,33 % 3,16 % 3,00 %
8 5,00 % 4,71 % 4,44 % 4,21 % 4,00 %
10 5,00 %
110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Masse des fils de renfort (g/m2)
Tableau 1 (suite)
Plus précisément, des modes de réalisation préférés de l'invention sont réalisés avec des matériaux textiles intermédiaires secs dans lesquels le ratio calculé de la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison par rapport à la masse totale des fils de renfort du matériau textile intermédiaire sec suit, en fonction du titre des fils de renfort, les valeurs du Tableau 2 ci-après ou entre dans les plages de valeurs définies par ces valeurs :
TABLEAU 2 : ratio %
Masse fils de renfort (g/m2) 200 0,31% 0,16% 0,21%
160 0,31% 0,31% 0,29%
100 0,57% 0,31% 0,47% 0,50%
75 1,14% 0,57% 0,63% 0,63%
40 3,33% 1,14% 1,14% 1,25%
75 220 440 800 1600 3500
Titre fils de renfort (Tex)
Dans certains modes de réalisation, les fils de liaison d'au moins une série de fils de liaison sont parallèles aux fils d'une série de fils de renfort. Des exemples ont montré que, dans un tissu selon l'invention, on peut prévoir une unique série de fils de liaison agencée selon la même orientation que l'une des séries de fils de renfort.
Dans le présent texte, on considérera qu'un fil de liaison est associé à un fil de renfort, et inversement, de sorte que les deux sont alors associés, lorsqu'ils sont d'une part parallèles l'un à l'autre, soit strictement soit de par leur orientation générale, et, d'autre part, en contact sur une partie au moins de leur longueur, et/ou directement adjacents, i.e. sans autre fil de renfort plus proche du fil de liaison considéré. Dans certains cas, un fil de liaison et le fil de renfort associés sont initialement sans contact mais suffisamment proche pour que, à la suite d'une étape de ramollissement de la matière thermoplastique du fil de liaison, la matière thermoplastique de ce fil de liaison est susceptible de fluer pour venir au contact du fil de renfort associé et, après refroidissement, lier les deux fils associés.
Dans un exemple préféré de réalisation, un tissu selon l'invention comporte une série de fils de renfort orientés selon la direction des fils de renfort de chaîne, donc associés auxdits fils de renfort de chaîne, et ne comporte pas de fils de liaison selon la direction des fils de renfort de trame. Cela correspond notamment aux exemples de réalisation des Figs. IA, IC, 1D et IG, pour lesquels il y a une seule série de fils de liaison, et aux exemples de réalisation des Figs. 1E, 1F, et 1H, pour lesquels il y a plusieurs séries de fils de liaison, en l'occurrence deux séries de fils de liaison 26, 26' associés auxdits fils de renfort de chaîne.
Cependant, notamment pour des applications nécessitant une stabilisation plus importante du matériau textile intermédiaire, on pourra prévoir une première série de fils de liaison associés aux fils de la première série de fils de renfort et une deuxième série de fils de liaison associés aux fils de la deuxième série de fils de renfort. Dans un tissus ayant des fils de renfort tissés chaîne et trame, on peut ainsi avoir, comme illustré sur la Fig. IB des fils des liaisons tissés en chaîne 26 et en trame 26'.
L'invention trouvera une application intéressante dans le cadre de renfort en forme, c'est-à-dire notamment dans laquelle le tissu ne présente pas une forme strictement plane.
De manière générale, l'invention trouvera une application toute particulière pour les tissus ou tresses dans lesquels les fils de renfort de la série considérée sont des fils plats, notamment du type couramment connus sous les appellations « fiat tow » ou « spread tow », dans lesquels les fils de renfort sont étalés avant tissage ou tressage, et présentent, dans le tissus, une largeur supérieure ou égale à 3 mm, de préférence supérieure à 5 mm, plus préférentiellement supérieure à 10 mm, selon une direction perpendiculaire à leur direction d'orientation.
Dans une application préférentielle, dans laquelle les fils de liaison sont associés aux fils de renfort d'une série de fils de renfort, le matériau textile intermédiaire sec comporte, pour au moins une série de fils de renfort, un et un seul fil de liaison par fil de renfort de la série, tel qu'illustré à la Fig. IA. Ce ratio sera notamment particulièrement performant pour des tissus ou tresses de renfort composés de fils de renfort, notamment en carbone, dont la masse linéique est comprise entre 150 et 1600 Tex et dont la masse surfacique est comprise entre 40 et 200 grammes par mètre carré.
Cependant, dans certains modes de réalisation, on pourra prévoir de diminuer le ratio de nombre de fils de liaison par fil de renfort. Ceci est un moyen de diminuer le ratio entre la masse de matière thermoplastique de liaison et la masse totale des fils de renfort.
Dans certains cas, le matériau textile intermédiaire sec pourra comporter plusieurs fils de renfort parallèles disposés entre deux fils de liaisons consécutifs d'une série de fils de liaison associés aux dits fils des renforts, par exemple 2, 3, 4, 5, ..., 10 fils de renfort entre deux fils de liaison consécutifs. Le matériau textile intermédiaire sec pourra ainsi comporter, pour au moins une série de fils de renfort considérée, une série de fils de liaison comportant un fil de liaison pour plusieurs fils de renfort d'une série de fils de renfort associés aux dits fils des liaisons, par exemple un fil de liaison tous les 2, tous les 3, tous les 4, ..., tous les 10 fils de renfort. La Fig. IC et la Fig. IG illustrent le cas d'un tissus ayant une série de fils de liaison, ici des fils de liaison de chaîne 26, composée d'un fil de liaison tous les 2 fils de renfort d'une série de fils de renfort, ici donc des fils de renfort de chaîne 14, parallèles aux dits fils des liaisons ou à l'orientation générale des dits fils de liaison.
Dans le mode de réalisation de la Fig. IG, chaque fil de liaison 26 présente la particularité de réaliser un nouage du fil de renfort associé 14 avec les fils de renfort 14' de l'autre série. Pour cela, le fil de liaison 26 est agencé hélicoïdalement autour du fil de renfort associé 14 de la série considérée, ici la série de chaîne. Ainsi l'orientation générale du fil de liaison 26 de la série considérée est parallèle à celle du fil de renfort associé. Aux croisements du fil de renfort associé 14 avec les fils de renfort 14' de l'autre série, l'agencement hélicoïdal du fil de liaison enlace aussi, pour certains au moins des croisements, le fil 14' de l'autre série, réalisant ainsi un nouage. Bien entendu, la réalisation d'un nouage du fil de renfort associé 14 avec les fils de renfort 14' de l'autre série peut être réalisée avec les configurations des Figs. IA à IE, notamment selon l'agencement de la Fig. IG. Par ailleurs, le nouage illustré sur la Fig. IG est un nouage de pas de 1, où deux croisements successifs sont enlacés pour l'un par au-dessus et pour l'autre par en-dessous. Cependant, le nouage pourrait être un nouage de pas de 2, 3, etc..., comme dans une armure satin, de sorte que le fil de liaison 26 passerait au-dessus de 2, 3, etc... croisement successifs, puis en-dessous de 2, 3, etc... croisements successifs, et ainsi de suite.
On pourra aussi prévoir plusieurs fils de liaisons associés à un même fil de renfort, pour seulement une partie des fils de renfort de la série considérée. Par exemple, deux fils de liaison peuvent être associés à un fil de renfort sur deux, sur trois ou sur quatre, etc... de la série considérée, les autres fils de renfort de la série considérée n'étant associés à aucun fil de liaison. Dans le mode de réalisation de la Fig. 1H, on voir que, pour un fil de renfort 14 sur trois d'une des séries, ici les fils de renfort de chaîne, deux fils de liaison 26a, 26b sont associés à un même fil de renfort 14. Les autres fils de renfort 14 de la série considérée, ici la série de chaîne, ne sont ici associés à aucun fil de liaison. Dans cet exemple de réalisation de la Fig. 1H, les deux fils de liaison 26a, 26b associés à un même fil de renfort 14 présentent de plus la particularité de réaliser un nouage du fil de renfort associé avec les fils de renfort 14' de l'autre série, comme décrit en relation avec la Fig. IG. Ici, les nouages réalisés par les deux fils de liaison 26a, 26b associés à un même fil de renfort 14 sont décalés en opposition, de sorte que lorsqu'un des deux fils de liaison 26a passe en-dessous d'un croisement de deux fils de renfort 14, 14', l'autre fil de liaison 26b associé au même fil de renfort 14 passe au-dessus du même croisement, et inversement.
Dans d'autres modes de réalisation, le matériau textile intermédiaire sec pourra comporter, pour au moins une série de fils de liaison, plus de fils de liaisons que de fils de renfort, avec par exemple entre 2 et 5 fils de liaison associés à chaque fil de la série de fils de renfort. Ceci est un moyen d'augmenter le ratio entre la masse de matière thermoplastique de liaison et la masse totale des fils de renfort. Une telle disposition est notamment particulièrement intéressante pour le cas où la série de fils de renfort considérée est formée de fils dont la dont la masse linéique est supérieure à 190 Tex, et encore plus lorsque cette masse linéique est supérieure à 800 Tex. Plus particulièrement, un tel ratio, dans lequel les fils de liaison sont en nombre supérieur aux fils de renfort de la série à laquelle ils sont associés, sera avantageux pour les tissus ou tresses dans lesquels les fils de renfort de la série considérée sont des fils plats, par exemple de largeur supérieure à 3 mm, mais plus encore pour une largeur supérieure à 5 mm et plus encore pour une largeur supérieure à 10 mm. La Fig. ID illustre le cas d'un tissus ayant une série de fils de liaison, ici des fils de liaison de chaîne 26, composée de 2 fils de liaison 26 pour chaque fil de renfort de chaîne 14. La Fig. IE illustre le cas où plusieurs fils de liaison proximaux 26a,
26b sont agencés entre deux fils de renfort successifs d'une série associée considérée, dans l'exemple, deux fils de liaisons proximaux 26a, 26b entre deux fils de renfort proximaux 14 de la série associée. Dans l'exemple illustré, on compte, sur l'échantillon, un fil de liaison 26a, 26b pour un fil de renfort 14 pour la série de fils de renfort associée. Cependant d'autres ratios sont possibles. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1E, on note que les deux fils de liaisons proximaux 26a, 26b sont entrecroisés en opposition avec les fils de renfort de l'autre série de fils de renfort, au sens que lorsqu'un des deux fils de liaison proximaux 26a passe en-dessous d'un fil de renfort 14' de l'autre série, l'autre 26b des fils de liaison proximaux passe au-dessus de ce dit fil de renfort 14' de l'autre série, et inversement. La Fig. 1F illustre une variante de l'agencement de la Fig. 1E, avec en plus des croisements transversaux 27 des deux fils de liaisons proximaux 26a, 26b au niveau des passages dessus-dessous pour l'un et dessous-dessus pour l'autre, ce qui réalise un nouage des deux fils de liaison. Ici, on trouve un croisement transversal 27 des deux fils de liaisons proximaux 26a, 26b à chaque passage des fils de liaison dessus-dessous ou dessous-dessus.
De manière générale, le matériau textile intermédiaire sec peut être construit de telle sorte que chaque fil de liaison d'une série de fils de liaison est disposé sur toute sa longueur au contact d'un même fil de renfort associé. Ainsi, lorsque le ramollissement au moins partiel de la matière thermoplastique de liaison est provoqué, notamment par chauffage, il est créé des zones de liaison réparties sur toute la longueur de ce fil renfort, zones de liaison au niveau desquelles le fil de renfort est lié successivement avec des fils de renfort de l'autre des séries avec laquelle le fil de renfort considéré est entrecroisé.
De préférence, notamment dans les cas où les fils de renfort considérés sont des fils plats, par exemple de largeur supérieure ou égale à 3 mm, ou supérieure à 5 mm, voire supérieure à 10 mm, les fils de liaison sont disposés sur toute leur longueur le long du bord d'un même fil de renfort associé. De la sorte, un fil de liaison peut être entrecroisé avec tous les fils de renfort de l'autre série avec lesquels le fil de renfort considéré est entrecroisé, que le croisement soit un croisement par au-dessus du fil de renfort considéré ou par en dessous du fil de renfort considéré. Une telle disposition est illustrée sur les Figs. IA, IB et IC.
Cependant, dans certains cas, notamment dans les cas où les fils de renfort considérés sont des fils plats, par exemple de largeur supérieure ou égale à 3 mm, ou supérieure à 5 mm, voire supérieure à 10 mm, des fils de liaison peuvent être disposés sur toute leur longueur le long d'une zone médiane d'un même fil de renfort associé. La zone médiane d'un fil de renfort est ici la zone étendue d'une part selon la direction d'orientation du fil de renfort et d'autre part, perpendiculairement selon la direction de largeur du fil dans une portion centrale excluant les bords du fil. Par exemple, le fil de liaison est situé au centre de la largeur du fil de renfort associé.
Une telle disposition sera particulièrement avantageuse dans le cas où plusieurs fils de liaisons sont associés à un même fil de renfort. On pourra alors avoir, comme illustré sur la Fig. ID, un premier fil de liaison 26a disposé sur toute la longueur le long du bord du fil de renfort associé 14 considéré et au moins un deuxième fil de liaison associé 26b disposé sur toute la longueur le long de la zone médiane de ce même fil de renfort associé 14. Un fil de liaison disposé dans la zone médiane d'un fil de renfort est écarté par rapport aux bords du fil.
Dans certains modes de réalisation comportant des fils de renfort qui, pour au moins une série, sont écartés les uns des autres, on peut prévoir que certains au moins des fils de liaisons associés à cette série, ou tous les fils de liaisons associés à cette série, soit écartés des fils de renfort associés, donc pas en contact avec eux.
Dans ce cas, les fils de liaison permettent, après ramollissement, de lier entre eux des fils de renforts d'une même série, ici les fils de renforts avec lesquels lesdits fils de liaison sont entrecroisés.
On remarque que, lorsque le matériau comporte des fils de liaison associés à la première série de fils de renfort et des fils de liaisons associés à la deuxième série de fils de renfort, le ratio entre le nombre de fils de renfort et le nombre de fils de liaison peut être différent pour les deux séries. Ainsi, dans l'exemple de la Fig. IB, on compte 1 fil de liaison de chaîne 26 pour chaque fil de renfort de chaîne 14 et 1 fil de liaison de trame 26' pour 2 fils de renfort de trame 14'.
De préférence, au moins pour une série de fils de liaison, le fil de liaison et le fil de renfort associés sont tissés ou tressés ensemble, en suivant la même architecture de tissage ou tressage par rapport aux fils renforts de l'autre série avec lesquels ils sont entrecroisés. En ayant la même séquence d'entrecroisement que les fils de renfort associés, les fils de liaison forment donc les mêmes points de liage avec les fils de renfort de l'autre série de fils de renfort. Ainsi, le matériau textile intermédiaire, tissé ou tressé, peut avoir des fils de liaison qui sont tissés ou tressés avec les fils de renfort associés, selon la même architecture textile que les fils de renfort.
Cependant, on pourrait prévoir que les fils de liaisons d'au moins une série, ou certains d'entre eux, ne soient pas tissés ou tressés avec la même architecture que les fils de renfort associé. Ainsi un fil de liaison et un fil de renfort associés peuvent être tissés de telle sorte que :
- les fils de renfort d'une première série s'entrecroisent avec tous les fils de renfort de l'autre série,
- tandis que les fils de liaison associés à cette première série ne s'entrecroisent qu'avec un fils de renfort sur 2, sur 3, etc... de ladite autre série.
Par ailleurs, il est évident que l'homme du métier pourra combiner dans un même tissu, différentes séries de fils de liaisons parallèles entre elles, qui peuvent notamment différer par leur entrecroisement et/ou nouage avec les fils de renfort et ou avec d'autres fils de liaison. Ainsi, un même tissu peut par exemple comporter des séries de fils de liaison appartenant chacune à un parmi les genres décrits en relation avec les Figs. IA à 1H. De même, les genres décrits en relation avec les Figs. IA à 1H peuvent être appliqués à des séries de fils de liaison ayant une direction d'orientation selon la trame.
Une matière thermoplastique est une matière qui se ramollit lorsqu'elle est chauffée au-dessus d'une certaine température caractéristique et qui se durcit en-dessous de cette dite température caractéristique. Une température généralement utilisée pour caractériser une matière thermoplastique est la température de ramollissement Vicat qui peut être mesurée selon la méthode DSC décrite par la norme ASTM D 3418 de 2015, avec une rampe de montée en température telle que précisée dans la norme (10°C/min). On peut par exemple balayer une plage de températures comprise entre -50°C et 300°C. Le processus de ramollissement est réversible et répétable.
La matière thermoplastique de liaison qui est comprise dans les fils de liaison présente une température de ramollissement Vicat inférieure à 300°C. Toutefois, cette température de ramollissement est de préférence inférieure à 200°C pour permettre de ramollir, voire fondre, au moins partiellement la matière thermoplastique de liaison sans risquer d'endommager les fils de renfort et/ou l'ensimage de ces fibres. Par ailleurs, la température de ramollissement de la matière thermoplastique de liaison est de préférence supérieure à 60°C pour qu'elle soit dans son état solide aux températures habituelles de tissage, tressage et de mise en œuvre du matériau textile intermédiaire sec, y compris lors de l'étape de formation de la pièce composite par association avec la matrice en résine.
La matière thermoplastique de liaison peut être composée d'une matière polymère, notamment à base de polyamide, de co-polyamide de polypropylène, de polyester (par exemple polyéthylène téréphtalate PET), de polyéthylène, ou d'une combinaison de ces matières. Dans certains modes de réalisation, la matière thermoplastique peut être un co-polyamide.
L'identification de(s) matière(s) thermoplastique(s) peut être réalisée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) avec réflectance totale atténuée (de l'anglais Attenuated Total Réflectance - ATR).
Toutefois il est peut être avantageux de réaliser au moins une partie des fils de liaison, de préférence tous les fils de liaison, sous la forme de fils hybrides comportant au moins un filament ou une gaine de liaison en matière thermoplastique de liaison et au moins un filament de résistance composé d'un matériau de résistance. De préférence, à une température de ramollissement Vicat de la matière thermoplastique de liaison, le matériau de résistance ne ramollit pas, contrairement à la matière thermoplastique de liaison. De préférence, le matériau de résistance a des caractéristiques mécaniques de résistance à la traction supérieures à celle du filament ou gaine de liaison, notamment à la température de ramollissement Vicat de la matière thermoplastique de liaison. Cette construction hybride permet d'avoir un fil de liaison hybride de faible masse linéique comportant, d'une part, une quantité suffisante de matière thermoplastique de liaison et ayant d'autre part une résistance à la traction suffisante pour ne pas casser lors des opérations de tissage ou tressage subies par les fils de liaison.
Par ailleurs, avec une telle construction hybride des fils de liaison, la matière thermoplastique de liaison peut être sélectionnée avec une température de ramollissement particulièrement basse, par exemple comprise entre 60°C et 100°C particulièrement favorable lors de l'étape de liaison au cours de laquelle le matériau textile intermédiaire sec doit être chauffé pour assurer la liaison entre les séries de fils de renfort qui se recoupent ou la liaison entre des fils de renfort d'une même série. Or une telle température de ramollissement particulièrement basse s'accompagne généralement de caractéristiques mécaniques plus faibles qui ne permettraient pas de fabriquer un fil de liaison qui serait à la fois suffisamment résistant pour résister aux efforts encourus lors du tissage ou du tressage notamment, et à la fois de faible masse linéique, notamment pas de masse linéique inférieure à 50 Tex, encore moins de masse linéique inférieure à 20 Tex.
Par exemple, le ou les filaments de résistance peuvent comporter un matériau de résistance ayant une matière non thermoplastique, par exemple sous la forme de filaments de verre, de carbone, d'aramide et/ou matériau céramique. Toutefois, certaines matières polymères pourraient convenir en tant que matériau de résistance, y compris des matières polymères thermodurcissables ou thermoplastiques, comme dans le cas du fil FH7 mentionné dans le Tableau 3. Cependant, dans ce cas, le matériau de résistance thermoplastique présente une température de ramollissement Vicat supérieure à celle de la température de ramollissement Vicat de la matière thermoplastique de liaison de préférence d'au moins 10°C, plus préférentiellement d'au moins 20°C. Dans tous les cas, on obtient que, à la température de ramollissement Vicat de la matière thermoplastique de liaison, le matériau de résistance ne ramollit pas. Le filament ou les filaments de résistance peuvent avantageusement constituer une âme centrale d'un fil de liaison, entourée par la matière thermoplastique de liaison sous la forme d'une gaine. La gaine peut être réalisée par enduction, par extrusion avec la matière thermoplastique de liaison ou par guipage d'un filament de liaison comportant la matière thermoplastique de liaison.
Un fil hybride peut par exemple être réalisé avec une âme centrale en fibre de verre ayant une masse linéique inférieure ou égale à 10 Tex et une matière thermoplastique sous forme filamentaire ou sous forme de gaine ayant une masse linéique inférieure ou égale à 40 Tex, de préférence inférieure ou égale à 10 Tex.
Différents exemples de fils hybrides susceptibles d'être utilisés dans le cadre de l'invention sont présentés dans le Tableau 3 ci-dessous.
Tableau 3
Fil hybride Titre du fil (Tex) Composition
Filament de résistance Matière thermoplastique de liaison
FH1 5 56% verre (2.8 Tex) 44% polyester (2.2 Tex)
FH2 10.5 52% verre (5.5 Tex) 48% polyester (5 Tex)
FH3 7.8 36% verre (2.8 Tex) 64% polyester (5 Tex)
FH4 18.6 59% verre (11 Tex) 41% polyester (7.6 Tex)
FH5 45.5 12% verre (5.5 Tex) 88% co-polyamide (40 Tex)
FH6 10.5 52% verre (5.5 Tex) 48% co-polyamide (5 Tex)
FH7 TJ 19% polyester (5 Tex) 81% co-polyamide (22 Tex)
Dans le cadre de fils hybrides comportant plusieurs filaments, par exemple un filament de résistance et un filament de liaison, ou un filament de résistance et plusieurs filaments de liaison thermoplastiques, les filaments peuvent être torsadés, par exemple selon une torsion S12O, Z150, Z270,....
On comprend que l'invention propose donc aussi un procédé de fabrication d'un matériau textile intermédiaire sec, tel que décrit précédemment. Ce procédé comporte notamment les étapes successives ciaprès.
Dans une étape de tissage/tressage, on tisse ou tresse le matériau textile intermédiaire en tissant ou tressant les fils de liaison avec les différentes séries de fils de renfort. Cette étape de tissage/tressage est effectuée avantageusement mécaniquement sur une machine de tissage ou de tressage.
Après l'étape de tissage/tressage, mais avant une étape de conditionnement par enroulement ou découpage en plaque, on provoque, au cours d'une étape de liaison, le ramollissement au moins partiel de la matière thermoplastique de liaison contenue dans les fils de liaison pour lier des fils de renfort de la première série avec des fils de renfort de la deuxième série ou pour lier entre eux les fils de renforts d'une même série.
Ce ramollissement est obtenu par chauffage du matériau textile intermédiaire sec comprenant les fils de liaison. Le chauffage peut être obtenu par tous types de procédés, notamment par exposition à des lampes infra-rouge, à des panneaux radiants, à un air chaud soufflé, par contact avec des rouleaux chauffants, etc... L'énergie calorifique apportée doit être suffisante pour amener la matière plastique dans un état ramolli, voire fondu, sans pour autant dégrader les matériaux.
L'étape de liaison implique bien entendu un refroidissement de la matière thermoplastique de liaison, naturel ou forcé, de manière que celle-ci reprenne une forme suffisamment solide pour assurer la liaison. Cette étape de liaison se déroule de préférence directement après le tissage ou le tressage, au sens que le tissu ou la tresse sont encore dans la configuration issue du tissage ou du tressage, avant toute manipulation susceptible de la déformer.
L'étape de liaison est avantageusement pratiquée en ligne, par exemple avec défilement du tissu devant une station de chauffage fixe en aval de la zone de tissage de la machine à tisser. L'étape de liaison peut aussi comporter une action mécanique sur ie tissu ou la tresse, postérieure au chauffage ou simultanément à celui-ci pour favoriser le contact de la matière thermoplastique des fils de liaison avec les fils de renfort. Cette action mécanique peut comprendre une opération de calandrage.
Des moyens de refroidissement spécifiques, par exemple par soufflage d'air, peuvent être prévus en aval des moyens de chauffage.
L'étape de conditionnement du matériau textile intermédiaire, par exemple sous la forme d'un rouleau ou sous la forme d'une plaque de matériau textile, n'est effectuée qu'après l'étape de liaison. Ainsi, les manipulations subies par le matériau textile intermédiaire ont moins de risques de désorganiser sa géométrie, du fait de la liaison entre les fils de renfort qui est apportée par la matière thermoplastique de liaison.
Dans les cas où le matériau textile intermédiaire est tissé dans une machine à tisser sous la forme d'un tissu, on peut prévoir des modes de réalisation dans lesquels on tisse un tissu avec des fils de liaison orientés selon la chaîne, donc parallèles avec les fils de renfort de chaîne du tissu. Pour cela, on peut prévoir que chacun des dits fils de liaison de chaîne soit guidé dans la machine de tissage par une lisse au travers d'un oeillet commun avec un fil de renfort de chaîne tel qu'illustré sur les Figs. 2 à 4A.
On a en effet illustré sur les Figs. 2 et 3 de manière très schématique une machine à tisser 10 comportant :
- un système d'approvisionnement 12 des fils de renfort de chaîne, par exemple sous la forme d'un rouleau de chaîne ou de bobines de fils de chaîne depuis lequel ou lesquelles les fils de renfort de chaîne 14 sont déroulés parallèlement les uns aux autres selon une orientation de chaîne, tout en étant décalés les uns des autres selon une direction transversale perpendiculaire à l'orientation de chaîne, i.e. selon la direction de la trame ;
- un système de lisses 16 qui comportent chacune un oeillet 22 au travers duquel un fil de renfort de chaîne 14 est inséré et guidé ;
- une zone d'insertion de trame 18 ;
- une zone de sortie 20 du tissu 21 vers une unité de conditionnement (non illustrée).
Sur la Fig. 4A on a illustré de manière schématique un œillet 22 d'un système de lisses. Un fil de renfort de chaîne 14, ici un fil plat, est inséré dans l'œillet 22 qui en assure le guidage vers la zone d'insertion de trame 18.
De manière connue, les fils de renfort de chaîne 14 sont maintenus en tension selon l'orientation de chaîne et déroulés en fonction de l'avancement du tissage.
Dans cet exemple de réalisation, on a illustré un système d'approvisionnement 24 des fils de liaison de chaîne, par exemple sous la forme d'un rouleau de chaîne ou de bobines depuis lequel ou lesquelles les fils de liaison de chaîne 24 sont déroulés. Dans cet exemple, on a illustré autant de fils de liaison de chaîne 24 que de fils de renfort de chaîne 14, mais on a vu plus haut que d'autres configurations sont possibles avec plus, ou moins, de fils de liaisons de chaîne que de fils de renfort de chaîne.
Dans cet exemple de réalisation, on remarque que ce système d'approvisionnement est décalé latéralement, selon la direction transversale de trame, par rapport au système d'approvisionnement 12 des fils de renfort de chaîne. Aussi, on prévoit avantageusement que les fils de liaison de chaîne sont guidés et distribués, en aval du système d'approvisionnement 24 par un peigne 28, chaque fil de liaison étant guidé entre deux dents du peigne selon la direction transversale. Ici, on a illustré que le système d'approvisionnement 24 des fils de liaison 26 est situé au-dessus du plan défini par l'orientation de chaîne des fils de renfort 14 et par la direction transversale de trame. Le peigne 28 assure donc aussi un guidage des fils de liaison 26 selon la direction verticale perpendiculaire à l'orientation de chaîne et à la direction transversale de trame.
Sur les Figs. 2 à 4A, on peut donc voir que les fils de liaison 26 sont guidés par le même système de lisses 16 que les fils de renfort de chaîne 14. Plus précisément, on voit sur la Fig. 4A qu'un fil de liaison 26 est guidé au travers d'un œillet commun 22 avec un fil de renfort de chaîne 14, ce qui permet donc d'associer un fil de liaison avec un fil de chaîne. Un tel agencement peut par exemple être utilisé pour réaliser des tissus comme illustrés sur les Figs. IA à 1E.
Dans l'exemple de la Fig. 4A, l'œillet commun 22 est un œillet plat, allongé selon la direction transversale de trame, dans lequel un fil de renfort de chaîne 14 et un fil de liaison 26 associés sont guidés côte à côte selon la direction transversale de trame. Ceci tend à disposer le fil de liaison 26 sur le bord du fil de renfort 14. On remarque que le peigne 28 qui guide les fils de liaison 26 en amont du système de lisses 16 est décalé transversalement par rapport au système de lisses, favorisant ainsi le positionnement contre un bord d'extrémité transversale de l'œillet plat 22. Cela tend à disposer le fil de liaison sur le bord correspondant du fil de renfort de chaîne associé 14.
Cependant, on peut prévoir que les fils de liaison peuvent être également guidés dans des œillets différents de ceux qui guident les fils de renfort associés.
Dans l'exemple de la Fig. 4B, on a illustré le cas où les fils de liaisons sont guidés au travers d'œillets spécifiques 22', 22, distinct de l'œillet principal 22 dans lequel est guidé un fil de renfort de chaîne associé. Les œillets spécifiques 22', 22 peuvent appartenir à un même système de lisses que l'œillet principal 22 dans lequel est guidé un fil de renfort de chaîne associé, ou au contraire appartenir à un ou plusieurs systèmes de lisses distincts. Par exemple, La Fig. 4B illustre le cas d'un œillet principal 22 encadré par deux œillets spécifiques 22', 22 pour des fils de liaison associés. Les deux œillets spécifiques 22', 22 peuvent appartenir à un ou deux systèmes de lisses distincts de celui de de l'œillet principal 22.
Dans les cas où le matériau textile intermédiaire est tissé sous la forme d'un tissu, on peut prévoir, avant l'étape consistant à provoquer le ramollissement au moins partiel de la matière thermoplastique de liaison, une étape consistant à étaler le tissu. Un procédé de tissage comportant une telle étape d'étalement du tissu, une machine de tissage permettant une telle étape d'étalement et un tissu ainsi étalé sont décrits en détail dans les documents WO-2014/135805 « Tissu notamment de fils de carbone présentant une faible variabilité d’épaisseur combinée à une gamme spécifique de masse surfacique » et WO-2014/135806 « Procédé et machine d’étalement d’une nappe textile de type tissu » au nom de la demanderesse.
Dans un procédé de fabrication d'un matériau textile intermédiaire sous forme de tresse, on tresse le matériau textile intermédiaire dans une machine à tresser, sous la forme d'une tresse avec des fils de liaison parallèles avec des fils de renfort de la tresse. Les séries de fils de renfort comprennent généralement une série qui présente un angle de tressage +Θ par rapport à une direction longitudinale d'avancée de la machine et une série symétrique qui présente un angle -θ. Elle peut comprendre une série parallèle à la direction longitudinale d'avancée de la machine. Chacun des dits fils de liaison est guidé dans la machine à tresser par un guide fil. Les fils à +/-Θ peuvent être individuellement portés par des bobinots. Les fils parallèles à la direction longitudinale d'avancée peuvent être guidés individuellement au travers d'un oeillet spécifique ou au travers d'un oeillet commun avec un fil de renfort parallèle à la direction longitudinale d'avancée. Un œillet commun est alors de préférence un œillet plat dans lequel un fil de renfort parallèle à la direction longitudinale d'avancée et un fil de liaison sont guidés côte à côte selon la direction longitudinale d'avancée de la machine.
Un matériau textile intermédiaire sec selon l'invention peut être utilisé pour la fabrication d'une pièce composite par un procédé direct en disposant le matériau textile intermédiaire sec au contact d'un moule puis en associant à ce matériau une matrice de résine par injection ou infusion de résine au contact du moule. La résine est typiquement une résine polymère, notamment une résine époxy.
Un matériau textile intermédiaire sec selon l'invention peut aussi être utilisé pour réaliser un matériau textile intermédiaire pré-imprégné apte à la réalisation de pièces composites par procédé indirect. Pour cela, matériau textile intermédiaire sec selon l'invention peut être pré-imprégné d'une matrice de résine. La résine formant la matrice peut être une résine thermoplastique ou une résine thermodurcissable, par exemple une résine époxy. La matrice de résine peut représenter 20 à 70 % du poids total du matériau textile intermédiaire pré-imprégné. L'étape d'imprégnation du matériau textile intermédiaire sec selon l'invention avec la résine de la matrice est de préférence postérieure à l'étape de liaison au cours de laquelle on provoque le ramollissement au moins partiel de la matière thermoplastique de liaison pour lier des fils de renfort de la première série avec des fils de renfort de la deuxième série ou pour lier entre eux des fils de renfort d'une même série.
Un matériau textile intermédiaire pré-imprégné peut être utilisé pour la fabrication d'une pièce composite par un procédé indirect en disposant le matériau textile intermédiaire pré-imprégné dans un moule. Si la résine de la matrice est une résine thermodurcissable telle qu'une résine époxy, la polymérisation de la résine est effectuée au contact du moule jusqu'à obtention de la pièce composite.
Dans les deux types procédés de moulage, direct ou indirect, l'étape de drapage au contact du moule se fait avec un matériau textile intermédiaire dont les fils de renfort sont liés entre eux par la résine thermoplastique de liaison. Par ces procédés, on obtient une pièce en matériau composite dans laquelle les fibres de renfort du matériau composite sont formées par un matériau textile intermédiaire dont la géométrie est donc maîtrisée, au grand bénéfice des caractéristiques mécaniques, mais aussi au bénéfice de l'aspect visuel, en évitant trop de distorsions de la géométrie des fis de renfort.
Exemples de réalisation
Les Figs 5A et 5B présentent un tissu équivalent à un tissu PrimeTex® 160 g/m2 commercialisé par la demanderesse. La Fig. 5B est une vue agrandie d'une portion de la Fig. 5A. Ce tissu est tissé à partir de fils de carbone HexTow® AS7 GP 12K, ayant une masse linéique de 800 Tex et produits par la demanderesse. Conformément à l'invention, le tissu est stabilisé par l'ajout, dans le sens chaîne, de fils de liaison thermoplastique. Les fils de liaison présentent les caractéristiques du fil référencé FH2 dans le Tableau 3 ci-dessus. Un tel fil est disponible auprès de la société Nouvelle Tissafil S.a.r.l., 354, rue du Canal, FR-42320 La Grand-Croix, France, du groupe Culimeta, sous la référence ECPE112. Un fil hybride de type FH2 est aussi par exemple disponible auprès de la Société MERO (Société Moulinage et Retorderie de l'Oise), 57 boulevard Lebegue, 60530 Neuilly en Thelle, France, sous le numéro d'article V002221.
Un unique fil de liaison est associé à chaque fil de carbone orienté dans le sens chaîne de tissage, les fils étant tissés selon une architecture toile basique. Chaque fil de liaison suit la même séquence que le fil de renfort carbone associé.
La stabilisation d'un tissu ou d'une tresse obtenue par l'invention, notamment s'agissant d'un tissu de faible grammage, permet d'apporter une meilleure maîtrise de la tenue du tissu lors de sa manipulation et une meilleure maîtrise de la déformation du tissu lors de son utilisation pour le drapage selon une géométrie donnée.
La drapabilité d'un matériau textile intermédiaire sec selon l'invention peut être est évaluée par des mesures de propriétés du matériau en fonction de sa déformation par l'élévation d'une calotte sphérique.
On utilise pour cela un appareil DrapeTester de TexTechno qui peut être connecté à un ordinateur de type PC sur lequel on utilise le logiciel « TEXTECHNO DRAPETESTER Program », qui opère selon la norme DIN
SPEC 8100 : 2015-11.
Les échantillons du matériau textile à tester sont découpés selon un gabarit de découpe, par exemple selon un cercle de 310 mm de diamètre. La découpe de l'échantillon peut être effectuée à l'aide d'une roulette de découpe.
Les paramètres d'essais pour des tissus de fils de renfort en carbone peuvent être choisis ainsi :
Position de l'anneau Angles de la calotte mesurés Elévation de la calotte (mm) Pression sur l'anneau
1 mm 45° 135° 60 1 bar
L'échantillon est placé au centre de la zone d'essai, en s'aidant de la projection laser pour orienter correctement l'échantillon dans le sens 90°, comme précisé dans la norme DIN SPEC 8100 : 2015-11.
Après une calibration de la cellule de force obtenue en cliquant sur l'onglet correspondant, on positionne, lorsque le logiciel le demande, l'anneau de maintien du renfort en position « + 1 mm » dans cet exemple, afin de pouvoir lancer l'essai.
Les Figures 6A et 6B présentent en vue de dessus la déformée de deux tissus de fils de carbone ayant une masse surfacique de 98 g/m2, produits en utilisant des fils de carbone HexTow® IM7 GP 12K, ayant une masse linéique de 446 Tex et produits par la demanderesse. Le tissus illustré sur la Figure 6A un tissu qui n'est pas stabilisé, donc dépourvu de fils de liaison. Le tissu illustré à la Figure 6B est identique à ceci près qu'il a été stabilisé par la présence de fils de liaisons ayant subi, après tissage, une étape de liaison par ramollissement de la matière thermoplastique de liaison et refroidissement.
Les deux Figures 6A et 6B montrent la déformation des tissus correspondants lors d'un test de drapabilité tel que décrit ci-dessous.
Le tissu non stabilisé de la Figure 6A présente, après déformation par la calotte, des espaces interstitiels entre fils adjacents qui sont très importants qui traduisent le manque de maîtrise de la déformation de l'architecture du tissu et la tenue « fragile » du tissu. Il s'avère de plus que ces espaces sont considérés comme des singularités inacceptables pour la fabrication de pièces en matériaux composites.
Le tissu stabilisé de la Figure 6B, fabriqué à partir des mêmes fils de carbone et selon les mêmes paramètres de tissage, auquel est appliquée la même élévation de calotte sphérique (60 mm), présente une déformée que l'on peut considérer comme maîtrisée. En effet, aucun espace interstitiel significatif n'est visible sur le tissu et le taux d'ouverture (OF) du tissu après déformation est proche du taux d'ouverture (OF) d'avant déformation.
Le logiciel donne également, par analyses d'image, une valeur de surface maximale d'espace interstitiel (en mm2) observée, à des angles de 45° et 135° de la calotte, pour une élévation de la calotte de 60 mm. Cette valeur est représentative de la maîtrise de la déformation de l'échantillon.
La Fig. 7 illustre certains résultats obtenus selon la méthode ci-dessus pour trois tissus de renfort non stabilisés, et pour des tissus comprenant les mêmes fils de renfort, mais stabilisés par des fils de liaison selon l'invention. On y illustre la mesure, réalisée avec l'appareil « TEXTECHNO DRAPETESTER Program » selon la norme DIN SPEC 8100, la taille maximale Ga_max en mm2 des ouvertures observées à 45° et 135° de l'échantillon, après une déformation via une élévation de 60 mm de la calotte.
Les différents tissus testés sont décrits dans le tableau 4 suivant. Les fils de renfort sont des fils de renfort carbone.
TABLEAU 4
fils de renfort Stabilisation selon l'invention
Expll Hexcel PrimeTex® 48089 WB 1000 S armure Taffetas Masse surfacique 89 g/m2, fils de renfort carbone IM7 GP, 12K NON
Expll stab Hexcel PrimeTex® 48089 WB 1000 S armure Taffetas Masse surfacique 89 g/m2 fils de renfort carbone IM7 GP, 12K fils de liaison FH2 1 fil de liaison par fil de renfort carbone en chaine
Expl2 Hexcel PrimeTex® 48098 WB 1000 S armure Taffetas Masse surfacique 98 g/m2, fils de renfort carbone IM7 GP, 12K NON
Expl2 stab Hexcel PrimeTex® 48098 WB 1000 S armure Taffetas Masse surfacique 98 g/m2, fils de renfort carbone IM7 GP, 12K fils de liaison FH2 1 fil de liaison par fil de renfort carbone en chaine
Expl3 Hexcel PrimeTex® 48161 ΧΕ 1000 S armure Taffetas Masse surfacique 160 g/m2 fils de renfort carbone AS7 GP, 12K NON
Expl3 stab Hexcel PrimeTex® 48161 ΧΕ 1000 S armure Taffetas Masse surfacique 160 g/m2 fils de renfort carbone AS7 GP, 12K fils de liaison FH2 1 fil de liaison par fil de renfort carbone en chaine
La Fig. 7 illustre une quasi disparition des espaces interstitiels lorsque le tissu est stabilisé en incorporant des fils de liaison selon l'invention, comparé à la situation mesurée pour un tissus identique dépourvu des fils de liaisons selon l'invention.
L’invention n’est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.

Claims (35)

  1. REVENDICATIONS
    1 - Matériau textile intermédiaire sec, tissé ou tressé, comportant au moins une première série de fils de renfort (14) et une deuxième série de fils de renfort (14'), les fils d'une série de fils de renfort (14, 14') étant parallèles entre eux, la première et le deuxième séries de fil étant non parallèles entre elles, et les fils d'une série de fils de renfort étant entrecroisés avec les fils de l'autre série de renfort, du type dans lequel les fils de renfort (14, 14') comportent chacun des filaments et/ou des fibres en matériau choisi parmi le verre, le carbone, i'aramide et/ou un matériau céramique, caractérisé en ce que le matériau textile intermédiaire sec comporte au moins une série de fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') dans laquelle les fils de liaison comportent une matière thermoplastique de liaison, lesdits fils d'une série de fils de liaison étant entrecroisés avec des fils d'au moins une des séries de fils de renfort (14', 14), et en ce que les fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') présentent une masse linéique inférieure ou égale à 50 Tex.
  2. 2 - Matériau textile intermédiaire sec selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') présentent une masse linéique inférieure ou égale à 20 Tex.
  3. 3 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, par unité de superficie du matériau textile intermédiaire sec, sur un échantillon dont la superficie est supérieure ou égale à 100 cm2, la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') est inférieure ou égale à 5%, de préférence inférieure ou égale à 2.5%, de la masse totale des fils de renfort (14, 14') du matériau textile intermédiaire sec.
  4. 4 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, par unité de surface du matériau textile intermédiaire sec, la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') est supérieure ou égale à 0.05%, de préférence supérieure ou égale à 0.1%, de la masse totale des fils de renfort du matériau textile intermédiaire sec.
  5. 5 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau textile intermédiaire sec présente une masse surfacique comprise entre 40 et 200 grammes par mètre carré, en ce que les fils de renfort (14, 14') présentent une masse linéique supérieure ou égale à 150 Tex, et en ce que, par unité de surface du matériau textile intermédiaire sec, la masse de matière thermoplastique contenue dans les fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') est inférieure ou égale à 2% de la masse totale des fils de renfort du matériau textile intermédiaire sec.
  6. 6 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fils de liaison (26, 26a, 26b, 26') d'au moins une série de fils de liaison sont parallèles à des fils d'une série de fils de renfort (14,14').
  7. 7 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une première série de fils de liaison (26) associés à des fils (14) de la première série de fils de renfort et une deuxième série de fils de liaison (26') associés à des fils (14') de la deuxième série de fils de renfort.
  8. 8 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour au moins une série de fil de renfort, seulement un fil de renfort sur plusieurs est associé à un fil de liaison.
  9. 9 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une série de fils de liaison comporte au moins un fil de liaison associé à chaque fil d'une série de fils de renfort.
  10. 10 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une série de fils de liaison comporte plusieurs fils de liaison (26a, 26b) associés à chaque fil d'une série de fils de renfort (14,14')·
  11. 11 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une série de fils de liaison comporte plusieurs fils de liaison (26a, 26b) associés à un même fil de renfort (14, 14'), pour seulement une partie des fils de renfort de la série considérée à laquelle appartient ledit même fil de renfort (14, 14').
  12. 12 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque fil de liaison d'une série de fils de liaison est disposé sur toute sa longueur au contact d'un même fil de renfort associé.
  13. 13 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des fils de liaison sont disposés sur toute leur longueur le long du bord d'un même fil de renfort associé.
  14. 14 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des fils de liaison sont disposés sur toute leur longueur le long d'une zone médiane d'un même fil de renfort associé.
  15. 15 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des fils de liaison réalisent un nouage du fil de renfort associé avec les fils de renfort de l'autre série.
  16. 16 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs fils de liaison proximaux sont agencés entre deux fils de renfort successifs d'une série associée considérée, et en ce qu'au moins deux fils de liaisons proximaux sont entrecroisés en opposition avec les fils de renfort de l'autre série de fils de renfort.
  17. 17 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des fils de liaisons proximaux (26a, 26b) présentent des croisements transversaux (27) au niveau de passages dessus-dessous pour l'un et dessous-dessus pour l'autre, ce qui réalise un nouage des deux fils de liaison proximaux (26a, 26b).
  18. 18 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil de renfort (14, 140 auquel est associé le fil de liaison (26, 26a, 26b, 26') est un fil plat présentant une largeur d'au moins 3 mm, de préférence d'au moins 5 mm et plus préférentiellement d'au moins 10 mm.
  19. 19 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fils de renfort (14, 14') d'au moins la première série et/ou la deuxième série de fils de renfort sont dépourvus de fibres et filaments de matière thermoplastique.
  20. 20 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fils de renfort (14, 14') d'au moins la première série et/ou la deuxième série de fils de renfort sont dépourvus de matière thermoplastique.
  21. 21 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou 6 à 20, caractérisé en ce que les fils de renfort (14, 14') d'au moins la première série et/ou la deuxième série de fils de renfort présentent une masse linéique supérieure ou égale à 70 Tex, de préférence supérieure ou égale à 150 Tex, déterminée selon la norme EN ISO 1889:2009.
  22. 22 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, les fils de liaison (26, 26') comportent des fils hybrides comportant au moins un filament ou une gaine de liaison en matière thermoplastique de liaison et au moins un filament de résistance composé d'un matériau de résistance qui, à une température de ramollissement Vicat de la matière thermoplastique de liaison, ne ramollit pas.
  23. 23 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fils de liaison comportent des fils hybrides comportant au moins une gaine de liaison en matière thermoplastique de liaison entourant une âme constituée d'au moins un filament de résistance composé d'un matériau de résistance qui, à une température de ramollissement Vicat de la matière thermoplastique de liaison, ne ramollit pas.
  24. 24 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière thermoplastique de liaison présente une température de ramollissement Vicat inférieure à 300°C, de préférence comprise entre 60°C et 200°C.
  25. 25 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est tissé ou tressé, et en ce que les fils de liaison sont tissés ou tressés avec les fils de renfort associés selon la même architecture textile que les fils de renfort.
  26. 26 - Matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière thermoplastique de liaison a été au moins partiellement ramollie, voire fondue, après tissage ou tressage du matériau textile, pour lier des fils de renfort de la première série avec des fils de renfort de la deuxième série et/ou des fils de renfort d'une même série entre eux.
  27. 27 - Procédé de fabrication d'un matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives consistant à :
    - tisser ou tresser les fils de liaison avec les fils de renfort ;
    - provoquer, avant conditionnement par enroulement ou découpage en plaque, le ramollissement au moins partiel de la matière thermoplastique de liaison pour lier des fils de renfort de la première série avec des fils de renfort de la deuxième série et/ou des fils de renfort d'une même série entre eux ;
    - conditionner, par enroulement ou découpage en plaque, le matériau textile.
  28. 28 - Procédé de fabrication d'un matériau textile intermédiaire sec selon la revendication 27, caractérisé qu'il comporte l'étape consistant à tisser le matériau textile intermédiaire sec sous la forme d'un tissu, et en ce qu'il comporte, avant l'étape consistant à provoquer le ramollissement au moins partiel de la matière thermoplastique de liaison, une étape consistant à étaler le tissu.
  29. 29 - Procédé de fabrication d'un matériau textile intermédiaire selon la revendication 27 ou 28, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à tisser le matériau textile intermédiaire dans une machine à tisser, sous la forme d'un tissu avec des fils de liaison de chaîne parallèles avec les fils de renfort de chaîne du tissu, chacun des dits fils de liaison de chaîne étant guidé dans la machine de tissage par une lisse au travers d'un oeillet commun avec un fil de renfort de chaîne.
  30. 30 - Procédé de fabrication d'un matériau textile intermédiaire sec selon la revendication 29, caractérisé en ce que l'œillet commun est un œillet plat dans lequel un fil de renfort et un fil de liaison sont guidés côte à côte selon la direction transversale de la trame.
  31. 31 - Procédé de fabrication d'un matériau textile intermédiaire selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à tresser le matériau textile intermédiaire dans une machine à tresser, sous la forme d'une tresse avec des fils de liaison parallèles avec des fils de renfort de la tresse, chacun des dits fils de liaison étant guidé dans la machine à tresser par un guide fil.
  32. 32 - Procédé de fabrication d'un matériau textile intermédiaire sec selon la revendication 28, caractérisé en ce que la tresse comprend des fils de liaison et des fils de renfort, parallèles à une direction longitudinale d'avancée de la machine, pour lesquels chaque fil de liaison est guidé au travers d'un œillet commun avec un fil de renfort parallèle à la direction longitudinale d'avancée.
  33. 33 - Matériau textile intermédiaire pré-imprégné, caractérisé en ce qu'il comporte un matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendication 1 à 26 pré-imprégné d'une matrice de résine représentant 20 à 70 % du poids total du matériau textile intermédiaire pré-imprégné.
  34. 34 - Procédé de fabrication d'une pièce composite, caractérisé en ce qu'il comporte la mise en œuvre d'un matériau textile intermédiaire sec selon l'une quelconque des revendications 1 à 26 associé à une résine par infusion ou injection au contact d'un moule, ou la mise en œuvre d'un matériau textile intermédiaire pré-imprégné selon la revendication 33.
  35. 35 - Pièce en matériau composite dans laquelle le matériau composite comporte un matériau textile intermédiaire selon l'une quelconque des
    5 revendications 1 à 26 associé à une matrice en résine.
    1/7
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