FR3072899A1 - Ruban preimpregne thermodurcissable anti fissuration - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne les composites préimprégnés de type coldpreg et prepreg et en particulier le procédé de réalisation de ces composites préimprégnés pour des applications destinées aux structures composites fortement stressées, à savoir, toutes applications : Astronautique, Aéronautique, Marine, Transport, Industrie, Eolien, Loisirs. L'apport de la présente invention est de permettre une parfaite imprégnation à grande vitesse en produisant des rubans FB de fibres F parfaitement alignées, sans excès de résine, sans ségrégation à très faible taux de bulles, et surtout en produisant des fibres fines et en les plaçant de telle manière qu'elles rendent quasi impossible la propagation de fissures ; de tels rubans améliorent considérablement les propriétés de cisaillement interlaminaire (ILSS), ils accroissent la résistance du matériau à la propagation brutale de fissures (K1c) et l'énergie nécessaire pour créer une fissuration (G1c).

Description

La présente invention concerne les composites thermodurcissables préimprégnés de type coldpreg et prepreg et en particulier le procédé de réalisation de ces composites préimprégnés pour des applications destinées aux structures composites fortement stressées, à savoir: les ressorts de torsion , les ressorts hélicoïdaux , les ressorts à lame, les éléments de liaison au sol automobile , les berceau moteurs ,les faux châssis, les réservoir à haute pression, les pales d’éoliennes, les isolateurs électriques, les structures et pales d’avions, d’hélicoptère, les composants structuraux, ou non, d’avions, de bateaux, de véhicules terrestres, des composants industriels ou de loisirs ; c’est-à-dire toutes applications : Astronautique, Aéronautique, Marine, Transport, Industrie, Eolien, Loisirs, ainsi que des éléments composites du type barres, poutres, coques etc.,

La présente invention concerne les dispositifs pour préimprégner au moins une fibre avec un fluide.

Dans la suite du texte on désigne par résine : une matière polymérisable (exemple époxy, EPOSIL objet du PCT F. 1487 de Dr. SARDOU, polyester, vinylester etc.) ou un des composants d’une barbotine céramique polycristallisable (thermodurcissable) (exemple : géopolymére, Toughceram objet du PCT FR 16/000140 de Dr SARDOU) ou, analogue.

Les « préimprégnés », et les « coldpreg » sont des produits semi-finis constitué d'une résine mélangée, dans des proportions optimisées, à un durcisseur ou analogue (résine plus durcisseur sont encore appelée matrice), imprégnant un renfort, lesdits produits sont conservés à basse température dans une chambre froide pour éviter la polymérisation complète.

Exemples de structure de renforcement : non tissé, mat, tissu, tresse, fibre. Exemple de matériaux de renforcement : verre, carbone, silice, carbure de silicium, aramide, bore, basalte.

Le composite (matrice plus renfort) préimprégné ainsi constitué est destiné, après sortie de la chambre froide, au moulage préférentiellement à chaud et sous pression de façon à fabriquer un produit fini.

Remarque : les géopolymére et certaines céramiques, comprennent un système multi composant analogue à une résine et un durcisseur, ils constituent une matrice cristallisable.

Ils peuvent imprégner des fibres de renforts par le même procédé que les résines organiques et être traitée comme des polymères organiques classiques.

Etat de la technique :

Il est connu que la réalisation industrielle de produits composites à base de fibres, notamment de carbone, exige un nombre très important de fibres et que le nappage parfait de ces fibres pose des problèmes et en particulier exige une viscosité très faible du mélange résine plus durcisseur lors de l’imprégnation.

Les préimprégnés du commerce nécessitent :

• Soit la mise en œuvre d’un solvant (acétone, éthanol, eau etc.) pour fluidifier le mélange résine durcisseur et faciliter l’imprégnation du renfort ; après l’opération d’imprégnation, il est alors nécessaire d’évaporer le solvant, dans un four, ce qui ne peut pas être réalisé parfaitement, pose des problèmes de pollution (COV = composés organiques volatils), nécessite des installations complexe, coûteuses, non explosive (ATEX) et consomme une quantité importante d’énergie et de films séparateurs.

• Soit la mise en œuvre de matrices à très fortes viscosité fusibles à chaud dites (hotmelt), ces matrices utilisent des molécules à longue chaînes qui posent des problèmes stériques lorsque l’on souhaite les additiver avec des résines minérales de type EPOSIL.

Les systèmes classiques ont pour inconvénient une faible productivité, un grand taux d’air prisonnier du produit fini, un alignement médiocre des fibres, ces systèmes utilisent un excès de résine ce qui permet de réaligner les fibres et de chasser l’air lors de la compression des pièces. Cet exercice signifie qu’il y a un fort excès de résine (onéreuse) qui est sacrifiée et perdu durant la mise en œuvre !

En fait, il n’existe pas, actuellement, de dispositifs industriels qui répondent à la problématique du nappage de haute qualité à faible coût et à grande vitesse, notamment simultané, de nombreuses fibres pour la production en masse d'éléments composites.

Un gros problème, est la présence en grande quantité de microbulles, prisonnières de la matrice imprégnée. Ces bulles sont amenées dans la matrice, par les fibres, auxquelles elles sont adsorbées, durant l’imprégnation. Ces bulles dégradent les propriétés mécaniques des produits finis dans lesquels elles sont disséminées.

Les fibres (F) sont en général mal contrôlées et l’on obtient des rubans (Fb) ayant, vue en coupe, l’allure présentée par la figure 2. Avec LR largeur du ruban et ER épaisseur du dit ruban. On constate qu’il y a dans ce type de ruban, des zones riches en matrice M, qui sont propice à la propagation de fissures (si lesdites fissures sont dirigées suivant la direction ER ou la direction LR.)

Analyse de brevets antérieurs :

a) Dans certains dispositifs de placement de fils, en voie humide, tels l’enroulement filamentaire à grande vitesse multi plateaux, breveté par SARDOU SAS, (W02005028189 A1) et destinée à la fabrication, de joncs pour ressorts hélicoïdaux et ressorts de torsion composite ou à la fabrication de réservoirs composite à haute pression, on se heurte à une difficulté de tenue des bobines de stratifil « sec », lorsque les plateaux tournent à grande vitesse. En effet celles-ci ont la fâcheuse tendance à se débobiner sous forte accélération centrifuge. Le « tack » (adhérence, pégosité) de l’ensimage des fibres sèches n’étant pas suffisant pour lutter contre la force centrifuge. Un autre problème est la difficulté de placer des fibres sèches, ou humide, lorsque la tension appliquée aux fibres à tendance à faire glisser lesdites fibres. Ce problème est typique lors de la réalisation des réservoirs à pression ; il est en effet impossible de réaliser la ceinture de renforcement au-delà de la partie cylindrique de la bouteille ; la zone de raccordement cylindre-dôme est une zone critique car elle n’est pas renforcée tout en subissant des contraintes nécessitant un tel renfort ! enfin si la tension des fibres n’est pas parfaitement maîtrisée il existe un fort risque de ségrégation des dites fibres qui viennent se poser sur les fibres de la couche extérieure et laissent près de la surface une couche épaisse de résine pure.

b) Le brevet EP 2589475A1 de TORAY INDUSTRIE (jp) décrit un procédé destiné à réaliser des demis produits thermoplastiques renforce de fibres, en utilisant des rubans de fibres imprégnés dans un moule transfert horizontal. Le brevet mentionne un traitement par tracanage fibres par fibre en amont de tout autre traitement. Écarter les fibres avant tout traitement complémentaire est mauvais pour la qualité de l’ouverture des fibres et pour la compacité du montage. Constituer un ruban avant la pénétration dans le moyen d’imprégnation abouti à une non maîtrise de la position relative des fibres dans le produit fini. Car forcer un thermoplastique, qui par nature est extrêmement visqueux au travers des nappes de fibres est mauvais pour le débullage du produit et pour la maîtrise du placement des fibres les unes par rapport aux autres, il y a un fort risque de tassement (ségrégation).

c) Le brevet FR 3017818A1 de Patricia & Max SARDOU décrit un procédé d’imprégnation d’une fibre unique à grande vitesse et préférablement sous vide pour assurer son parfait débullage.

Apport de l’invention :

L’usage de bobines de rubans préimprégnés pour fabriquer des joncs tel que décrit dans le brevet FR 1502526 de Dr SARDOU, permet : de supprimer l’écueil du débobinage et d’accroître considérablement la simplicité, la fiabilité et la vitesse de l’unité de production multi plateaux (équipée de stratifils) évoqué ci-dessus. Dans le cas des réservoirs à pression, seule une fibre préimprégnée, grâce à son « tack », peut être placée dans la zone de raccordement cylindre-dôme sans glisser.

L’apport de la présente invention est de permettre une parfaite imprégnation à grande vitesse en produisant des rubans Fb de fibres F parfaitement alignées, sans excès de résine, parfaitement reparties , sans ségrégation, à très faible taux de bulles, et surtout en produisant des fibres fines et en les plaçant de telle manière qu’elles rendent quasi impossible la propagation de fissures ; de tels rubans améliorent considérablement les propriétés de cisaillement interlaminaire (ILSS), ils accroissent la résistance du matériau à la propagation brutale de fissures (K1c) et l'énergie nécessaire pour créer une surface (G1c).

Il est souligné qu’au sens de la présente description, par “nappage”, ou imprégnation il faut entendre le fait d’enduire et/ou recouvrir et/ou imbiber et/ou humecter, etc., un renfort avec un fluide donné, avec en outre pour but, d’obtenir l’imprégnation de ce renfort avec ce fluide, c’est-à-dire la pénétration intime du fluide dans ce renfort fibreux de façon à parfaitement « mouiller » toutes les fibrilles du dit renfort.

Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de réaliser un dispositif pour napper au moins une fibre ou analogue, de préférence une pluralité de fibres, qui réponde aux nécessités évoquées ci-dessus, pour une réalisation industrielle d'éléments composites parfaitement saints, et qui soit en outre d’une structure relativement simple et facile à utiliser.

Remarque la figure 1 présente une machine destinée à produire un ruban imprégné selon l’invention. De manière à ne pas surcharger inutilement le dessin ; ladite machine produit un ruban constitué de seulement une couche C1 composée de deux nappes : St, S’t. On peut, naturellement produire des rubans constitués d’un très grand nombre de couches de type C1.

Notation : on place une apostrophe pour les items du bas exemple 3A = fibres supérieures et 3Ά = fibre inferieure analogue.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexé à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels :

Figures 1 & 4 :

(1A &1B) embarrage préférentiellement en matériaux à fort coefficient de frottement tel l’inox, constitué de barres, ou de couteaux à pointe arrondie, ayant un rayon de courbure, dans la zone de frottement, compris entre 1.5 et 15 mm, situé en amont ou de préférence dans la zone du four 5 (2A & 2B) bobine(s) de fibres, de renfort à déroulement central ou mieux périphérique (3A & 3Ά) fibres indépendantes issues des bobines de type (2A &

2B) (3Ba & 3’Ba) fibres tendues (3C & 3’C) fibres « ouverte en nappe fine » par l’embarrage de type (1A& 1Β)&(1Ά& 1Έ) (4a & 4'a) moyen de mise en place des fibres de type (3A & 3Ά) (4b &4’b) moyen de mise à plat et à distance déterminée les fibres de type (3A & 3Ά) de façon qu’elles soient tangentes (jointives) entre elles une fois « ouvertes » et affinées par l’embarrage de manière à former une nappe fine, et continue dite « strate ou nappe ».

(5) four de déshydratation et de chauffage des fibres ce four est preferentielement régulé à une température comprise, selon la fibre à traiter entre 100 et 180°C. Une fibre de verre se traite autour de 115°C (6 & 6’) moyen de contrôle, en entrée du puit (7), des nappes (St & S’t, etc.) de fibres à la sortie du four (5) la combinaison des moyens de type : 6, 6’, 6”,6 etc., ces dit moyens, de type (6 etc.) permettent d’aménager un espacement suffisant entre les nappes pour assurer une parfaite imprégnation de chaque nappe lorsqu’elle pénètre dans la matrice. Les nappes convergent entre elle progressivement en cheminant dans la matrice, vers la sortie, située à la base du puit, de façon à obtenir des couches parfaitement superposées en sortie du puit (7). Il est à noter que les fibres, constituant les nappes, sont à haute température par rapport à la matrice, lors de la pénétration des dites fibres dans ladite matrice, il se crée donc localement une couche limite extrêmement fluide de matrice de matrice surchauffée, qui pénètre et imprègne les fibres d’autant plus facilement que la nappe est extrêmement fine et parfaitement ordonnée ; concomitamment un puissant débullage s’opère ce qui permet d’aboutir à des rubans sans bulles. Il faut garder à l’esprit que la viscosité d’une matrice diminue très fortement lors de l’accroissement de sa température.

(7) moyen connu de ‘home de l’art’, permettant l’imprégnation de des fibre(s) de type (3C). Dans l’exemple illustré il s’agit d’un puit vertical, contenant le fluide d’imprégnation (7a), ce puit est préférentiellement régulé à une température comprise, selon la matrice à traiter, entre 10 et 180°C. Une DGEBA peut être mise en œuvre, suivant le durcisseur utilisé entre 20 et 90°C. Un système à rouleau ou à bande offrant une géométrie et une possibilité de convergences des nappes équivalente fait partie du concept que nous revendiquons.

(7a) fluide d’imprégnation (7b) le niveau du fluide est maintenu constant grâce à un capteur de niveau et une arrivée, par le tube (7b), d’un mélange intime résine plus durcisseur formant la matrice.

(8) mécanisme permettant de calibrer la section de sortie ,7c, du puit d’imprégnation (7) par laquelle passe le ruban 14a (9) moyen optionnel connu de ‘homme de l’art’, dit tunnel de chauffage rapide ; dans l’exemple illustré il s’agit d’un four tunnel préférentiellement à microondes. Ce tunnel (9) est chauffé à l’aide, par exemple, de klystrons (9A). Dans ce canal (9) chemine et se polymérise partiellement la matrice du ruban, (14b) (10) moyen optionnel connu de ‘homme de l’art’, dit tunnel de congélation rapide ; dans l’exemple illustré il s’agit d’un canal dans lequel circule le ruban (14c). Ce canal (10) est refroidi à l’aide, par exemple, d’un fluide frigorifique, ce peut être de l’air froid, de l’azote ou du CO2 à température d’ébullition, respectivement moins 196°C & 56.6°C.

(11) moyen optionnel de mesure de l’épaisseur du ruban (14d) placé en sortie de la machine d’imprégnation, ce moyen de mesure, couplé à un automate, asservi en boucle fermée, assure le pilotage du mécanisme (8) et optionnellement permet un réglage précis de la géométrie du ruban produit, en modifiant la section de sortie 7c du puit7 (12) moyen de chauffage du four, ce peut être des radiant infrarouge, des résistances chauffantes ou des klystrons (13 & 13’) moyen optionnel d’homogénéisation de la température du four (5) ce moyen participe à l’éclatement des fibres en nappe.

(14a) ruban en fin d’imprégnation (14b) ruban chauffé par (9) et en cour de polymérisation partielle (14c) ruban refroidi dans le tunnel 10 (14d) ruban en sortie de machine d’imprégnation mesuré par le capteur 11.

Figures 2 & 3 :

1. (Fb) ruban FB

2. (M) zone du ruban Fb riche en matrice

3. (F) fibres F

4. (LR) largeur du ruban Fb

5. (ER) épaisseur du ruban Fb

6. (3C1, 3C2, 3C3, 3C4) fibres fines et larges, exemple d’une nappe complète St, formé de fibres jointives constituant la moitié supérieure de la couche C1

7. (3Ό2, 3’C3, 3Ό4) exemple d’une nappe partielle S’t constituant la moitié inférieure de la couche C1 et comportant optionnellement une fibre de moins que la nappe St

8. (3’C1, 3Ό5) exemple de compléments optionnel de nappe S’t utilisant préférentiellement des fibres fines d’un grammage (TEX) moitié de celui utilisé par les fibres (3Ό2, 3’C3, 3Ό4) complétant la moitié inférieure de la couche C1

9. (C1, C2, C3) exemple d’empilement de couches de type C constituant un ruban préimprégnés Fb

Description du Procédé

Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif pour napper au moins une fibre ou analogue avec un fluide, qui comporte :

• une ou plusieurs bobine(s), de fibres (2A ,2B etc.), délivrant chacune un stratifil (3A & 3Ά) • un ou plusieurs moyens(s) de guidage (4a & 4’a) des stratifils de type 3A famille supérieure et 3Ά famille inferieure préférentiellement il s’agit de bagues céramique ou analogue couplées ou non avec des moyens contrôlant la tension des stratifils • un ou plusieurs moyens(s) d’espacement des fils (4b & 4’b) des stratifils de type 3A & 3Ά, préférentiellement il s’agit de peignes céramique ou analogue contrôlant la position et surtout l’écartement entre les stratifils d’une même nappe • un ou plusieurs moyen(s) (1A , 1B) et (TA , TB), connu de l’homme de l’art, assurant la « mise à plat du stratifil » c’est-à-dire opérant la modification de forme des filaments desdits stratifils par exemple de type (3Ba) pour qu’ils s’amincissent prenant l’allure 3Ci avec « i » numéro du stratifil considéré, les dits stratifils, voisins et aplati, forment alors une nappe continue (3C1 ,3C2 ,3C3 ,3C4 etc.) extrêmement fine et large, dite nappe, St telle que présentée en figure 3 (partie supérieure de la couche C1) une telle nappe , grâce à son extrême finesse facilite l’imprégnation.

• un ou plusieurs moyen(s) de chauffage (12 & 12’) des stratifils assurant la déshydratation et la mise en température optimale desdits stratifils.

• un moyen d’imprégnation (7) des nappes de stratifil St (3C1 ,3C2 ,3C3 ,3C4 etc.) et S’t (3’C1 ,3’C2 ,3’C3 ,3’C4, 3’C5, etc.) constitué préférentiellement par un « puit » ; la température du fluide d’imprégnation (7a), que contient le puit est régulée, entre 10 et 180°C, la profondeur du dit puit, est calculée de manière que, pour une vitesse donnée des nappes, on obtienne un temps de mouillage des fibres d’environ une seconde, ceci afin de garantir une parfaite imprégnation et un parait débullage des nappes de stratifil dans le fluide d’imprégnation (7a). La pression hydrostatique, au sein de la matrice, assure l’évacuation des bulles vers le haut du puit.

• plusieurs moyen(s) (6 & 6’) de mise en place des nappes de stratifil St (3C1 ,3C2 ,3C3 ,3C4 etc.) Et S’t (3Ό1 ,3’C2 ,3’C3 ,3’C4, 3’C5, etc.) assurant un parfait contrôle de la séparation des nappes lors de leur pénétration dans fluide d’imprégnation (7a), de telle façon que les nappes soient parfaitement accessibles sur leurs deux faces par le dit fluide.

• un calibrage 7c réglable situé à la base du puit dont la géométrie assure la mise à la « bonne » épaisseur du ruban 14a. la géométrie du ruban ainsi produit découle la parfaite maîtrise du rapport taux de fibre taux de matrice. Les nappes convergent l’une vers l’autre, depuis les moyen(s) (6 & 6’) et sont jointives en arrivant au calibrage 7c de sortie qui constitue la partie inférieure du puit. Ce calibrage 7c est piloté en boucle fermée par la mesure de l’épaisseur du ruban 14d en sortie de la machine d’imprégnation, un mécanisme 8 assure le réglage du calibrage.

• une ou plusieurs source(s) de ce fluide (7b) apte à délivrer ce fluide (8) en au moins un moyen d’imprégnation (7), cette source régulant l’apport de fluide (8) de façon à maintenir un niveau constant du fluide (7a) dans le moyen d’imprégnation (7).

Grâce à ce procédé on maîtrise parfaitement :

• La géométrie du ruban ;

• La forme, la position, la rectitude des fibres à l’intérieur du dit ruban ;

• Le taux de bulles rémanentes • Le rapport fibres matrice,

On obtient donc une grande précision des pièces produites et un minimum de perte de résine lors de la mise en œuvre.

Il est précisé que les figures représentent essentiellement un mode de réalisation de l’objet selon l’invention, mais qu’il peut exister d’autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention.

Il est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l’invention, l’objet de l’invention comporte “au moins un” élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l’objet selon l’invention tel qu’illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n’est pas spécifié que l’objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l’objet de l’invention pourra être défini comme comportant “au moins un” de ces éléments.

Il est enfin précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle.

Il est de même précisé que, dans la présente description, si l'adverbe sensiblement est associé à un qualificatif d'un moyen donné, ce qualificatif doit être compris au sens strict ou approché.

Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le dispositif selon l'invention, ne comporte qu’un moyen d’imprégnation (7) avec son calibrage (7c). Il est cependant compris que, notamment pour arriver plus rapidement à une production substantielle, de la présente invention, le dispositif peut comporter une pluralité de moyen d’imprégnation (7) avec leur calibrage (7c). Tous sensiblement identiques au premier moyen d’imprégnation (7) avec son calibrage (7c) décrit ci-avant.

En référence à la figure (1), la présente invention concerne un dispositif pour napper au moins : une fibre ou un ruban de fibres ou un tissu ou analogue, composé de fibre de verre, de carbone de basait ou analogue, avec un fluide, avantageusement visqueux, par exemple une résine organique polymérisable, une résine minérale, un géopolymére, une barbotine de céramique, ou analogue.

Par fibre, au sens de la présente description, il doit être compris un corps filiforme oblong composé d’un seul brin ou d’une pluralité de brins (fibrilles) associés les uns aux autres de toute façon possibles, comme les fibres de verre que l’on trouve dans le commerce. Par exemple un stratifil de verre est une fibre constituée de milliers de fibrilles ayant typiquement 18 microns de diamètre.

Il faut noter que, lors du fonctionnement du dispositif :

Quand les fibres sont du type multibrins (une fibre de verre multibrins peut comprendre environ 1800 brins (ou fibrilles)), en passant sur le moyen (1 B, 1 A), elles “s’ouvrent, s’amincissent”, comme défini ci-avant, et, quand elles passent dans le moyen d’imprégnation (7) tous leurs brins sont alors bien nappés. Si les fibres ont été portée dans le four (5) à une température de par exemple 100 à 120°C, lorsqu’elles pénètrent dans la résine (8), qui est à une température t1 par exemple comprise typiquement entre 20 et 50°C, la différentielle de température abaisse localement la viscosité de la résine et favorise l’imprégnation des fibres.

De la description faite ci-dessus, dans son ensemble, il apparaît clairement que le dispositif selon l'invention permet d'atteindre les buts cités au préambule, ainsi que d'autres qui présentent, eux-aussi, une certaine importance.

Remarque :

On désigne par corps oblong une ou plusieurs fibres, un tissu ou analogue (3a)

On peut, optionnellement, placer un moyen de chauffage entre le calibrage (7c) et le moyen de congélation (10) de façon à faire « avancer » la polymérisation de la matrice d’imprégnation jusqu’à un stade dit « beta » où celle-ci devient plus visqueuse. Le but de cette procédure est de limiter la baise de viscosité pendant la montée en température du fluide d’imprégnation, lors de la polymérisation finale, et donc de minimiser la fuite de fluide, cette fuite de fluide étant nommée le « flow ».

Pour éviter ce traitement thermique, qui consiste à démarrer la polymérisation, puis à l’arrêter, dès que la viscosité de la matrice est jugée suffisante, une solution élégante consiste à utiliser une résine EPOSIL.

Une résine EPOSIL, est un compound de résine organique, préférentiellement une DGEBA, et de résine minérale dendritique. La résine minérale donne de la thixotropie au système. La résine minérale dendritique joue le rôle de microagrafes et améliore toutes les propriétés mécaniques de la matrice, à commencer par sa tenue en fatigue et sa tolérance aux dommages.

On peut avantageusement utiliser un durcisseur conventionnel avec une résine EPOSIL.

L’intérêt présenté par EPOSIL est qu’il permet de contrôler et d’ajuster, avec précision la viscosité et donc le « flow » de la matrice lors de la polymérisation. Il suffit pour cela de jouer sur la proportion de résine minérale par rapport à la résine organique.

On peut avantageusement utiliser uniquement le moyen de refroidissement 10 et ne pas mettre en œuvre le moyen de chauffage 9 pour obtenir ce que nous appelons un ruban coldpreg, c’est-à-dire un ruban ayant un tack analogue à un prepreg tout en ayant une capacité de repositionnement. Un ruban modérément refroidi coldpreg se met avantageusement en œuvre immédiatement après sa production, ce qui présente de nombreux avantages logistiques, la machine d’imprégnation se situant en amont de la ligne de production des pièces composite.

On désigne par stratifil une fibre constituée de fibrilles indépendantes plus ou moins parallèles entre elles obtenues par assemblage direct, c’est à dire sans « tordage », ou « retordage » les anglais désignent ce stratifil par : Continuous Tow ou par direct roving.

En résumé :

1. Procédé destiné à produire de rubans préimprégnés, constitués de fibres de renforcement imprégné de matrice, lesdits rubans étant destiné notamment à la réalisation de ressorts à lame, de ressorts de torsion, de ressorts hélicoïdaux, de réservoirs à pression, ledit procédé est original par le fait qu’il comporte les onze étapes suivantes :

• Etape 1 on choisit exclusivement des bobines de stratifil c’est-à-dire des bobines de fibre constitué de fibrilles indépendantes plus ou moins parallèles entre obtenues par assemblage direct, c’est à dire sans « tordage », ou « retordage » • Etape 2 préparation de plusieurs bobines fournissant chacune une fibre • Etape 3 mise en place de moyens contrôlant la tension des fibres et les regroupant en une multitude de faisceaux de fibres distincts, grâce aux moyens de contrôle constitué par l’une des solutions suivantes : des trous ménagés dans des plaques de guidage, des guides céramiques • Etape 4 préparation d’une multitude de nappes de fibres distinctes, issues des faisceaux de fibres amont, par une mise en parallèle, avec précision, grâce aux moyens d’espacement constitués par l’une des solutions suivantes : des trous ménagés dans des plaques de guidage, des peignes, des guides céramiques, cet espacement est ajusté de telle sorte que les fibres d’une même nappe soient tangentes entre elle à la fin de l’étape 7 suivante • Etape 5 dans le plan des nappes, ajustement, de la position latérale des fibres constituant les différentes nappes, les unes par rapport aux autres, les différentes nappes étant destinées à être superposé les uns sur les autres, à ce stade on peut utiliser l’une des solutions suivantes :

o soit les fibres sont toutes de tex (grammage) identique, et donc de largeur identique, une fois amincies en étape 6, auquel cas elles se superposeront exactement, chaque fibre élémentaire, d’une nappe, étant superposée à son homologue de la nappe voisine, o soit par le fait que, pour une couche ,par exemple de type C1, la nappe de type S’t voisine, comportent à chacune de ses extrémités des fibres ayant un grammage moitié , par rapport aux grammage standard des autres fibres , autres fibres qui composent les deux dites nappes St et S’t et que ,de plus, la nappe S’t comporte une fibre a grammage standard de moins que la nappe St, si bien qu’une fois superposées les fibres élémentaires qui composent les deux nappes voisines soient placées en quinconce, (une telle disposition améliore la résistance à la propagation des fissures) • Etape 6 pénétration dans un four 5 des dites nappes • Etape 7 amincissement des fibres, de chaque nappe, avec la mise en œuvre pour chacune d’un embarrages dédié, constitué de moyens tel des barres 1A et 1B dont le diamètre est compris entre 2 et 20 mm, à ce stade les fibres sont amincies et élargies, si bien qu’elles sont tangentes latéralement, chaque nappe de fibres, forme alors une nappe, de fibres fines et uniforme sur toute la largeur de ladite nappe (dénommée St) • Etape 8 chauffage des nappes, dans le four 5 à une température comprise entre 80°C et 130°C.

• Etape 9 au moyen d’un tube mélangeur dynamique arrivée en 7b de la matrice thermodurcissable 7a, remplissage du puit 7 et maintien à niveau, grâce à un détecteur de niveau, la température de la matrice dans le four étant régulée à une température comprise entre 10°Cet50°C.

• Etape 10 mise en position précise des multiples nappes de type St par des embarrages disposés en sortie du four 5 afin que toutes les nappes soient parfaitement séparées les unes des autres lors de leur pénétration dans le puit 7, grâce à leur chaleur, due au passage dans le four 5, les nappes lorsqu’elles pénètrent dans la résine , sont entourées d’une couche limite de résine chaude cette résine est donc localement extrêmement fluide, grâce à la finesse des nappes la résine fluidifiée pénètre très facilement les dites nappes les imprégnant parfaitement et provoquant un parfait débullage des dites nappes • Etape 11 les nappes descendent progressivement dans le puit 7 et convergent progressivement vers la sortie inferieure 7c, dudit puit, les nappes se rapprochent progressivement puis s’empilent les unes contre les autres pour former un ruban 14a, à l’intérieur et à proximité de la sortie inferieure du puit 7

2. Procédé original par le fait que le ruban produit peut comporter aussi bien un nombre pair qu’un nombre impair de nappes

3. Procédé original par le fait que l’épaisseur ER du ruban 14a est ajustée par un moyen 8 qui règle les dimensions de sortie du calibrage de sortie du puit 7, en fonction des dimensions du dit ruban 14d mesurées par un capteur 11

4. Procédé original par le fait que l’on peut le compléter par l’une des trois solutions suivantes :

o Par le fait qu’un moyen de chauffage 9 est placé en sortie du puit 7 o Par le fait qu’un moyen de refroidissement 10 est placé en sortie du puit 7 o Par le fait qu’un moyen de chauffage 9 est placé en sortie du puit 7 et est suivi par un moyen de refroidissement 10

5. Procédé original par le fait que la matrice thermodurcissable peut être à base d’époxy, de vinylester, de polyester, de barbotine de céramique

6. Procédé original par le fait que la fibre employée, ou stratifil peut être de la fibre de carbone, de verre, d’aramide, de basalte, de fibres céramiques.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé destiné à produire de rubans préimprégnés, constitués de fibres de renforcement imprégné de matrice thermodurcissable, lesdits rubans étant destiné notamment à la réalisation de ressorts à lame, de ressorts de torsion, de ressorts hélicoïdaux, de réservoirs à pression, de pièces de structure, ledit procédé comporte les dix étapes suivantes :

   • Etape 1 : On choisit exclusivement des bobines de stratifil c’est-à-dire des bobines de fibre constitué de fibrilles indépendantes plus ou moins parallèles entre elles obtenues par assemblage direct, c’est à dire sans « tordage », ou « retordage » • Etape 2 : Préparation de plusieurs bobines fournissant chacune une fibre • Etape 3 : Mise en place de moyens contrôlant la tension des fibres et les regroupant en une multitude de faisceaux de fibres distincts, grâce à des moyens de contrôle constitués par l’une des solutions suivantes : des trous ménagés dans des plaques de guidage, ou des guides céramiques(4’a) • Etape 4 : Préparation d’une multitude de nappes de fibres distinctes, issues des faisceaux de fibres amont, par une mise en parallèle, avec précision, grâce à des moyens d’espacement (4’b) constitués par: des trous ménagés dans des plaques de guidage, des peignes, ou des guides céramiques, cet espacement est ajusté de telle sorte que les fibres d’une même nappe soient tangentes entre elles à la fin de l’étape 8 suivante • Etape 5 : Dans le plan des nappes, ajustement, de la position latérale des fibres constituant les différentes nappes, les unes par rapport aux autres, les différentes nappes étant destinées à être superposé les uns sur les autres.

   • Etape 6 : Pénétration des dites nappes dans un four (5), le four ayant une température régulée comprise entre 80°C et 130°C • Etape 7 : Au moyen d’un tube mélangeur dynamique (7b) arrivée de la matrice thermodurcissable (7a), de façon à assurer le remplissage du puit (7) et le maintien à niveau, grâce à un détecteur de niveau, la température de la matrice, dans le puit (7) étant régulée à une température comprise entre 10°C et 50°C

   Ledit procédé se caractérise par les 3 étapes suivantes :

   • Etape 8 : Amincissement des fibres, de chaque nappe, avec la mise en œuvre pour chacune d’un embarrage dédié, constitué de moyens tel des barres (1 A) et (1 B) dont le diamètre est compris entre 2 et 20 mm, à ce stade les fibres sont amincies et élargies, si bien qu’elles deviennent tangentes latéralement, chaque nappe de fibres forme alors une nappe continue de fibres fines et uniforme sur toute la largeur de ladite nappe (dénommée St et S’t) • Etape 9 : Mise en position précise des multiples nappes (de type St et

   S’t) par des embarrages (6’ et 6) disposés en sortie du four (5) afin que toutes les nappes soient parfaitement séparées les unes des autres lors de leur pénétration dans le puit (7); grâce à leur chaleur, due au passage dans le four (5), lorsqu’elles pénètrent dans la résine, les nappes sont entourées d’une « couche limite » de résine chaude, cette résine est donc localement extrêmement fluide; grâce à la finesse des nappes, la résine fluidifiée pénètre très facilement les dites nappes, les imprégnant parfaitement et provoquant un parfait débullage des dites nappes • Etape 10 : Les nappes descendent progressivement dans le puit (7) et convergent progressivement vers la sortie inferieure (7c), dudit puit, les nappes se rapprochent progressivement, puis s’empilent les unes contre les autres pour former un ruban (14a), à l’intérieur et à proximité de la sortie inferieure du puit (7) qui joue le rôle de calibrage.
2. 2. Procédé selon la revendications 1 caractérisé par le fait qu’à l’étape 5 les fibres de toutes les nappes sont toutes de tex (grammage) identique, et donc de largeur identique, une fois amincies en étape 8, auquel cas elles se superposeront exactement, chaque fibre élémentaire, d’une nappe, étant superposée à son homologue de la nappe voisine.
3. 3. Procédé selon la revendications 1 caractérisé par le fait qu’à l’étape 5 pour une paire de nappes de la multitude de nappes, la nappe [S’t], voisine de [St],comporte à chacune de ses extrémités des fibres (3’C1 et 3’Cn+1) ayant un grammage moitié, par rapport au grammage standard de la multitude des autres fibres, multitude des autres fibres qui composent les deux dites nappes [St] (3C1,3C2,3C3 à 3Cn) et [S’t] (3C’2, 3C’3 à 3C’n) que, de plus, la nappe [S’t] comporte une fibre a grammage standard de moins que la nappe [St], si bien qu’une fois superposées les fibres élémentaires qui composent les deux nappes voisines soient placées en quinconce, ce qui améliore la résistance à la propagation des fissures
4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1à 3 caractérisé par le fait que le ruban produit peut comporter aussi bien un nombre pair qu’un nombre impair de nappes
5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1et 4 caractérisé par le fait que l’épaisseur (ER) du ruban (14a) est ajustée par un moyen (8) qui règle les dimensions de sortie du calibrage de sortie du puit (7), en fonction des dimensions du dit ruban (14d) mesurées par un capteur (11)
6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qu’un moyen de chauffage (9) est placé en sortie du puit (7)
7. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1, à 5 caractérisé par le fait qu’un moyen de refroidissement (10) est placé en sortie du puit (7)
8. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qu’un moyen de chauffage (9) est placé en sortie du puit (7) et est suivi par un moyen de refroidissement (10)
9. 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que la matrice thermodurcissable peut être à base d’époxy, de vinylester, de polyester, de barbotine de céramique
10. 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1à 9 caractérisé par le fait que la fibre employée, ou stratifil, peut être de la fibre de carbone, de verre, d’aramide, de basalte, de fibres céramiques.