FR3115047A1 - Needle-punched fibrous structure for the production of annular fibrous brake disc preform - Google Patents

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Abstract

Structure fibreuse aiguilletée pour la réalisation de préforme fibreuse annulaire de disque de frein Structure fibreuse (100) aiguilletée pour la réalisation de préforme fibreuse annulaire de disque de frein comprenant : une âme (130) formée d’au moins deux couches (131, 132, 133, 134) de fibres aiguilletées entre elles, chaque couche comprenant des fibres continues ; etau moins une couche de fibres discontinues non tissées (111, 112) sur une face inférieure (120) ou supérieure (110) de l’âme. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Needle-punched fibrous structure for the production of annular fibrous preform for brake discs Needle-punched fibrous structure (100) for producing an annular fibrous brake disc preform comprising: a core (130) formed of at least two layers (131, 132, 133, 134) of fibers needled together, each layer comprising continuous fibers; andat least one layer of nonwoven staple fibers (111, 112) on a bottom (120) or top (110) side of the core. Figure for abstract: Fig. 1

Description

Structure fibreuse aiguilletée pour la réalisation de préforme fibreuse annulaire de disque de freinNeedle-punched fibrous structure for the production of annular fibrous preform for brake discs

La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication des disques de frein, et plus particulièrement la fabrication des préformes fibreuses annulaires de ces disques.The present invention relates to the general field of the manufacture of brake discs, and more particularly the manufacture of the annular fiber preforms of these discs.

L’architecture de freinage des aéronefs la plus courante consiste en des freins à disques de friction positionnés à l’intérieur des roues. Il s’agit d’une alternance de rotors et de stators appelée généralement « Puits de chaleur », dans laquelle les rotors sont solidaires en rotation de la roue et les stators sont solidaires d’un tube de torsion fixe et de la tige sur laquelle est montée la roue.The most common aircraft braking architecture consists of friction disc brakes positioned inside the wheels. It is an alternation of rotors and stators generally called "Heat sink", in which the rotors are integral in rotation with the wheel and the stators are integral with a fixed torsion tube and the rod on which the wheel is mounted.

Compte-tenu de leur faible densité, de leurs propriétés thermiques et de leurs performances de friction à hautes énergies, les matériaux composites C-C sont les plus utilisés. Ces matériaux composites comprennent un renfort fibreux et une matrice. Leur fabrication implique la réalisation de préformes annulaires épaisses à partir de fibres de carbone ou de polyacrylonitrile (PAN) oxydé. Les préformes sont ensuite carbonisées puis densifiées au carbone par des procédés tels que l’infiltration en phase vapeur ou l’imprégnation de liquides précurseurs de carbone, pour remplir les porosités de la préforme.Considering their low density, their thermal properties and their high energy friction performance, C-C composite materials are the most widely used. These composite materials comprise a fibrous reinforcement and a matrix. Their manufacture involves the production of thick annular preforms from carbon fibers or oxidized polyacrylonitrile (PAN). The preforms are then carbonized and then densified with carbon by processes such as vapor phase infiltration or the impregnation of carbon precursor liquids, to fill the porosities of the preform.

Le brevet FR 2 726 013 décrit par exemple un tel procédé de fabrication dans lequel des préformes annulaires en fibres de PAN oxydé ou en fibres de carbone sont fabriquées grâce à l’aiguilletage successif de nappes. Néanmoins, ce procédé de fabrication génère une quantité importante de chutes textiles aiguilletées, pouvant aller jusqu’à 50 % de la matière première engagée.Patent FR 2 726 013 describes, for example, such a manufacturing process in which annular preforms of oxidized PAN fibers or carbon fibers are manufactured by successive needling of layers. Nevertheless, this manufacturing process generates a large quantity of needled textile scrap, which can be up to 50% of the raw material used.

Il est donc souhaitable de disposer d’une structure fibreuse pour la réalisation de ces préformes fibreuses permettant de réduire la quantité de chutes textiles.It is therefore desirable to have a fibrous structure for the production of these fibrous preforms making it possible to reduce the quantity of textile scraps.

L’invention concerne une structure fibreuse aiguilletée pour la réalisation de préforme fibreuse annulaire de disque de frein comprenant :The invention relates to a needled fibrous structure for producing an annular fibrous preform for a brake disc comprising:

- une âme formée d’au moins deux couches de fibres aiguilletées entre elles, chaque couche comprenant des fibres continues ; et- a core formed of at least two layers of fibers needled together, each layer comprising continuous fibers; And

- au moins une couche de fibres discontinues non tissées aiguilletée sur une face inférieure ou supérieure de l’âme.- at least one layer of non-woven staple fibers needled on a lower or upper face of the core.

L’aiguilletage des couches formant l’âme et de la couche de fibres discontinues non tissées (couche également appelée « non-tissée ») sur la couche inférieure et/ou supérieure de l’âme permet de donner à la préforme fibreuse la cohésion nécessaire pour éliminer les risques de délaminage lors des manipulations ultérieures de la préforme. Il permet également d’apporter une tenue mécanique interlaminaire aux disques de frein réalisés à partir de cette structure fibreuse.The needling of the layers forming the core and of the layer of nonwoven discontinuous fibers (layer also called "nonwoven") on the lower and/or upper layer of the core makes it possible to give the fiber preform the necessary cohesion to eliminate the risk of delamination during subsequent handling of the preform. It also provides interlaminar mechanical strength to brake discs made from this fibrous structure.

Les fibres discontinues non tissées peuvent être issues de chutes textiles, ce qui permet de réduire le taux de matière première vierge à engager.The non-woven staple fibers can come from textile scraps, which makes it possible to reduce the rate of virgin raw material to be used.

Selon une caractéristique particulière de l’invention, les fibres de chaque couche de fibres discontinues non tissées ont une longueur supérieure ou égale à 4 mm. Cette longueur permet un liage suffisant entre les couches fibreuses de l’âme et les couches de fibres discontinues non tissées présentes sur la face inférieure et/ou supérieure de l’âme.According to a particular characteristic of the invention, the fibers of each layer of nonwoven staple fibers have a length greater than or equal to 4 mm. This length allows sufficient bonding between the fibrous layers of the core and the layers of non-woven staple fibers present on the lower and/or upper face of the core.

Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, chaque couche de fibres discontinues non tissées a une masse surfacique inférieure à 1700 g/m². Cela permet d’obtenir par la suite des renforts fibreux ayant une épaisseur appropriée pour les applications de freinage.According to another particular characteristic of the invention, each layer of nonwoven staple fibers has a basis weight of less than 1700 g/m². This makes it possible to subsequently obtain fibrous reinforcements with an appropriate thickness for braking applications.

Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, chaque couche de fibres discontinues non tissées a un taux volumique de fibres inférieur à 20 %. Le taux volumique de fibres est la fraction du volume apparent du feutre effectivement occupée par les fibres à l’état relaxé, c’est-à-dire avant compression dû à l’aiguilletage.According to another particular characteristic of the invention, each layer of nonwoven discontinuous fibers has a volume content of fibers of less than 20%. The fiber volume ratio is the fraction of the apparent volume of the felt actually occupied by the fibers in the relaxed state, i.e. before compression due to needling.

Ces valeurs de masse surfacique et de taux volumique de fibre permettent également de ne pas complexifier les étapes de densification de la préforme fibreuse obtenue à partir de la structure fibreuse selon l’invention.These values of surface mass and density of fiber also make it possible not to complicate the steps of densification of the fibrous preform obtained from the fibrous structure according to the invention.

Selon une autre caractéristique de l’invention, chaque couche de fibres discontinues non tissées est issue du recyclage de chutes textiles de fibres de polyacrylonitrile PAN oxydé ou de carbone.According to another characteristic of the invention, each layer of non-woven staple fibers comes from the recycling of textile scraps of oxidized polyacrylonitrile PAN or carbon fibers.

Un autre objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une structure fibreuse aiguilletée selon l’invention comprenant :Another object of the invention is a process for manufacturing a needled fibrous structure according to the invention comprising:

- la réalisation par aiguilletage d’une âme de la structure fibreuse, l’âme comprenant au moins deux couches de fibres, chaque couche comprenant des fibres continues ; et- the production by needling of a core of the fibrous structure, the core comprising at least two layers of fibers, each layer comprising continuous fibers; And

- l’aiguilletage d’au moins une couche de fibres discontinues non tissées sur au moins une face inférieure ou supérieure de l’âme.- the needling of at least one layer of non-woven staple fibers on at least one lower or upper face of the core.

Encore un autre objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant une préforme fibreuse densifiée par une matrice, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes :Yet another object of the invention is a process for manufacturing a part made of composite material comprising a fibrous preform densified by a matrix, the process comprising at least the following steps:

- la fabrication d’une structure fibreuse aiguilletée destinée à former au moins une préforme fibreuse de la pièce par un procédé selon l’invention ;- the manufacture of a needled fibrous structure intended to form at least one fibrous preform of the part by a process according to the invention;

- la formation d’une matrice dans la porosité de la structure fibreuse aiguilletée ; et- the formation of a matrix in the porosity of the needle-punched fibrous structure; And

- l’élimination de chaque couche de fibres discontinues non tissées présente sur au moins une face inférieure ou supérieure de ladite âme.- the elimination of each layer of non-woven discontinuous fibers present on at least one lower or upper face of said core.

Selon une caractéristique particulière de l’invention, l’étape de fabrication comprend également une découpe de la structure fibreuse aiguilletée de manière à former une préforme fibreuse de la pièce.According to a particular characteristic of the invention, the manufacturing step also comprises a cutting of the needle-punched fibrous structure so as to form a fibrous preform of the part.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the appended drawings which illustrate examples of embodiments without any limiting character.

La figure 1 représente, de manière schématique et partielle, une vue éclatée d’une structure fibreuse selon un mode de réalisation de l’invention. FIG. 1 schematically and partially represents an exploded view of a fibrous structure according to one embodiment of the invention.

La figure 2 représente, de manière schématique et partielle, un procédé de fabrication d’une structure fibreuse selon l’invention. FIG. 2 schematically and partially represents a method of manufacturing a fibrous structure according to the invention.

La figure 3 représente, de manière schématique et partielle, un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant une préforme fibreuse issue de la structure fibreuse selon l’invention. FIG. 3 represents, schematically and partially, a process for manufacturing a composite material part comprising a fibrous preform resulting from the fibrous structure according to the invention.

La figure 4 représente, de manière schématique et partielle, une pluralité de préformes fibreuses issues de la structure fibreuse selon l’invention. FIG. 4 schematically and partially represents a plurality of fibrous preforms resulting from the fibrous structure according to the invention.

La figure 1 représente, de manière schématique et partielle, une vue éclatée d’une structure fibreuse 100 selon un mode de réalisation de l’invention.FIG. 1 schematically and partially represents an exploded view of a fibrous structure 100 according to one embodiment of the invention.

La structure fibreuse 100 comprend une âme 130 ayant une face inférieure 120 et une face supérieure 110. L’âme 130 comprend quatre couches 131, 132, 133 et 134 fibreuses de fibres aiguilletées. Les couches 131 à 134 comprennent des fibres continues.The fibrous structure 100 comprises a core 130 having a lower face 120 and an upper face 110. The core 130 comprises four fibrous layers 131, 132, 133 and 134 of needled fibers. Layers 131-134 include continuous fibers.

Une couche de fibres discontinues non tissées 111 est présente sur la face supérieure 110 de l’âme 130, et une autre couche de fibres discontinues non tissées 112 est présente sur la face inférieure 120 de l’âme 130. Les deux couches de fibres discontinues non tissées 111 et 112 sont aiguilletées respectivement sur la face inférieure 120 ou supérieure 110.A layer of nonwoven staple fibers 111 is present on the upper face 110 of the core 130, and another layer of nonwoven staple fibers 112 is present on the lower face 120 of the core 130. The two layers of staple fibers nonwovens 111 and 112 are needled respectively on the lower 120 or upper 110 face.

La structure fibreuse 100 peut être obtenue de différentes manières. Elle peut être issue d’une plaque fibreuse composée de couches de fibres dans laquelle sont découpées plusieurs structures fibreuses annulaires destinées à former des préformes annulaires.The fibrous structure 100 can be obtained in different ways. It can come from a fibrous plate composed of layers of fibers in which are cut several annular fibrous structures intended to form annular preforms.

Elle peut être obtenue par drapage, par exemple par superposition de couches fibreuses annulaires. Cela permet notamment d’obtenir une préforme à forme quasi définitive ou préforme « Near Net Shape », qui permet de ne pas avoir de découpe à part un usinage périphérique et central pour obtenir une préforme aux côtes souhaitées.It can be obtained by draping, for example by superimposing annular fibrous layers. In particular, this makes it possible to obtain a preform with an almost definitive shape or “Near Net Shape” preform, which means that there is no cutting apart from peripheral and central machining to obtain a preform with the desired dimensions.

Elle peut encore être obtenue à partir d’une structure fibreuse hélicoïdale permettant alors d’obtenir une préforme annulaire par enroulement, de type « Near Net Shape » également.It can also be obtained from a helical fibrous structure, then making it possible to obtain an annular preform by winding, also of the “Near Net Shape” type.

Selon la forme de la pièce finale et/de la préforme fibreuse souhaitée, la forme et/ou les dimensions de la structure fibreuse sont adaptées. Par exemple, pour une pièce de forme annulaire, la structure fibreuse pourra avoir une forme annulaire ; ou pour une pièce de forme polygonale, la structure fibreuse pourra également avoir une forme polygonale.Depending on the shape of the final part and/of the desired fibrous preform, the shape and/or the dimensions of the fibrous structure are adapted. For example, for a part of annular shape, the fibrous structure may have an annular shape; or for a part of polygonal shape, the fibrous structure may also have a polygonal shape.

La figure 2 représente de manière schématique et partielle un procédé de fabrication d’une structure fibreuse selon l’invention.FIG. 2 schematically and partially represents a method of manufacturing a fibrous structure according to the invention.

Le procédé de fabrication 200 comprend d’abord la réalisation par aiguilletage 201 de l’âme de la structure fibreuse, puis ensuite l’aiguilletage d’au moins une couche de fibres discontinues non tissées 202 sur la face inférieure et/ou supérieure de l’âme.The manufacturing process 200 firstly comprises the production by needling 201 of the core of the fibrous structure, then the needling of at least one layer of nonwoven discontinuous fibers 202 on the lower and/or upper face of the 'soul.

L’aiguilletage 201 des couches de l’âme peut être réalisé sur une machine d’aiguilletage de type plan selon le procédé décrit dans le brevet FR 2 726 013.The needling 201 of the layers of the core can be carried out on a plane-type needling machine according to the process described in patent FR 2 726 013.

L’aiguilletage 201 des couches de l’âme peut également être réalisé sur une autre machine d’aiguilletage de type plan, ou encore une machine d’aiguilletage hélicoïdal.The needling 201 of the layers of the core can also be carried out on another plane-type needling machine, or even a helical needling machine.

L’aiguilletage 202 des couches de fibres discontinues sur la face inférieure et/ou supérieure de l’âme est réalisé après superposition de ces couches sur l’âme. Elles sont donc liées à l’une des faces de l’âme de la structure fibreuse uniquement après le passage sous l’aiguilleteuse. Comme pour l’étape 201, cet aiguilletage 202 peut être réalisé sur toute machine d’aiguilletage de type plan, ou sur une machine d’aiguilletage hélicoïdal.The needling 202 of the layers of staple fibers on the lower and/or upper face of the core is carried out after superimposing these layers on the core. They are therefore linked to one of the faces of the core of the fibrous structure only after passing under the needling machine. As for step 201, this needling 202 can be performed on any plane-type needling machine, or on a helical needling machine.

La figure 3 représente de manière schématique et partielle un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant une préforme fibreuse densifiée par une matrice selon l’invention. Le procédé 300 comprend d’abord la fabrication 301 d’une structure fibreuse aiguilletée destinée à former au moins une préforme fibreuse de la pièce par un procédé de fabrication tel que décrit précédemment. Puis, on forme une matrice 302 dans la porosité de la structure fibreuse aiguilletée. Enfin, on élimine chaque couche de fibres discontinues non tissées 303 présente sur au moins une face inférieure ou supérieure de l’âme de la structure fibreuse.FIG. 3 schematically and partially represents a process for manufacturing a composite material part comprising a fibrous preform densified by a matrix according to the invention. The process 300 firstly comprises the manufacture 301 of a needle-punched fibrous structure intended to form at least one fibrous preform of the part by a manufacturing process as described previously. Then, a matrix 302 is formed in the pores of the needle-punched fibrous structure. Finally, each layer of nonwoven discontinuous fibers 303 present on at least one lower or upper face of the core of the fibrous structure is eliminated.

La fabrication 301 peut également comprendre une découpe de la structure fibreuse aiguilletée qui sera destinée à former une préforme fibreuse. La figure 4 donne un exemple de découpe de la structure fibreuse aiguilletée.Manufacturing 301 can also include a cutting of the needle-punched fibrous structure which will be intended to form a fibrous preform. Figure 4 gives an example of cutting the needled fibrous structure.

Dans l’exemple de la figure 4, on fabrique une structure fibreuse aiguilletée 400 en forme de plaque, puis on découpe cette plaque de manière à obtenir plusieurs structures fibreuses aiguilletées 410, 411, 412 et 413 destinées à former des préformes fibreuses. Dans l’exemple de la figure 4, ces structures fibreuses découpées sont de forme annulaire et pourront former des préformes fibreuses annulaires. La découpe de la structure fibreuse peut, par exemple, être réalisée par une presse à découper.In the example of FIG. 4, a needled fiber structure 400 is manufactured in the form of a plate, then this plate is cut so as to obtain several needled fiber structures 410, 411, 412 and 413 intended to form fiber preforms. In the example of Figure 4, these cut fibrous structures are annular in shape and can form annular fibrous preforms. The cutting of the fibrous structure can, for example, be carried out by a cutting press.

La formation de la matrice 302 dans la porosité de la structure fibreuse est réalisée de manière connue en soi. Elle peut ainsi être réalisée par voie liquide (imprégnation par une résine précurseur de la matrice et transformation par réticulation et pyrolyse, le processus pouvant être répété), ou par voie gazeuse (infiltration chimique en phase vapeur de la matrice), ou encore par infiltration à l’état fondu.The formation of the matrix 302 in the pores of the fibrous structure is carried out in a manner known per se. It can thus be carried out by liquid route (impregnation with a precursor resin of the matrix and transformation by cross-linking and pyrolysis, the process being able to be repeated), or by gaseous route (chemical infiltration in the vapor phase of the matrix), or even by infiltration. in the molten state.

L’élimination 303 des couches de fibres discontinues non tissées permet d’obtenir une pièce en matériau composite constituée de couches structurelles formées au moins en partie de fibres continues et de garantir des propriétés homogènes de cette pièce dans son épaisseur (axe Z en figure 1).The elimination 303 of the layers of non-woven discontinuous fibers makes it possible to obtain a composite material part consisting of structural layers formed at least in part of continuous fibers and to guarantee homogeneous properties of this part in its thickness (axis Z in FIG. 1 ).

Cette élimination 303 peut être réalisée par des opérations d’usinage. Par exemple, elle peut être réalisée sur un centre ou sur un tour d’usinage en utilisant des outils de coupe en diamant. Cette élimination permet d’usiner les faces inférieure et/ou supérieure du disque jusqu’à l’obtention de l’épaisseur de disque souhaitée au plan géométrique.This elimination 303 can be carried out by machining operations. For example, it can be made on a machining center or lathe using diamond cutting tools. This elimination makes it possible to machine the lower and/or upper faces of the disc until the desired disc thickness is obtained geometrically.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la structure fibreuse 100 ne comprend qu’une seule couche de fibres discontinues non tissées aiguilletée sur la face inférieure 120 ou supérieure 110 de l’âme 130.According to another embodiment of the invention, the fibrous structure 100 comprises only a single layer of nonwoven staple fibers needled on the lower face 120 or upper face 110 of the core 130.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le nombre de couches de fibres discontinues non tissées sur une des faces de l’âme 130 est supérieur à 1.According to another embodiment of the invention, the number of layers of nonwoven staple fibers on one of the faces of the core 130 is greater than 1.

Selon une caractéristique particulière de l’invention, les fibres de chaque couche de fibres discontinues non tissées ont une longueur supérieure ou égale à 4 mm.According to a particular characteristic of the invention, the fibers of each layer of nonwoven staple fibers have a length greater than or equal to 4 mm.

Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, chaque couche de fibres discontinues non tissées a une masse surfacique inférieure à 1700 g/m².According to another particular characteristic of the invention, each layer of nonwoven staple fibers has a basis weight of less than 1700 g/m².

Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, chaque couche de fibres discontinues non tissées a un taux volumique de fibres inférieur à 20 %.According to another particular characteristic of the invention, each layer of nonwoven discontinuous fibers has a volume content of fibers of less than 20%.

Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, chaque couche de fibres discontinues non tissées a un taux de fibres homogène dans le plan (plan formé par les axes X et Y de la figure 1). Cela permet d’obtenir par la suite un renfort fibreux le plus isotrope possible dans ce plan, notamment en termes d’épaisseur sous charge. Par exemple, pour une mesure d’épaisseur sous charge de 50 kPa d’une couche de fibres discontinues non tissées, le coefficient de variation mesuré pour cette couche ne devra pas excéder 20 %.According to another particular characteristic of the invention, each layer of nonwoven discontinuous fibers has a homogeneous fiber content in the plane (plane formed by the X and Y axes of FIG. 1). This makes it possible to subsequently obtain the most isotropic fibrous reinforcement possible in this plane, particularly in terms of thickness under load. For example, for a thickness measurement under load of 50 kPa of a layer of non-woven staple fibres, the coefficient of variation measured for this layer must not exceed 20%.

Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, les fibres formant les couches de l’âme 130 sont en polyacrylonitrile PAN oxydé ou en carbone.According to another particular characteristic of the invention, the fibers forming the layers of the core 130 are made of oxidized polyacrylonitrile PAN or carbon.

Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, les couches de fibres formant l’âme 130 sont réalisées par des couches de tissus constituées de fils formés de fibres continues, ou sont constituées de plusieurs nappes de câbles unidirectionnelles disposées suivant différentes directions et liées entre elles par un aiguilletage léger.According to another particular characteristic of the invention, the layers of fibers forming the core 130 are produced by layers of fabrics made up of yarns made up of continuous fibers, or are made up of several layers of unidirectional cables arranged in different directions and linked together them by light needling.

Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, les fibres discontinues non tissées sont en polyacrylonitrile PAN oxydé ou en carbone.According to another particular characteristic of the invention, the nonwoven discontinuous fibers are made of oxidized polyacrylonitrile PAN or carbon.

Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, chaque couche de fibres discontinues non tissées est issue du recyclage de chutes textiles de fibres de polyacrylonitrile PAN oxydé ou de carbone.According to another particular characteristic of the invention, each layer of nonwoven discontinuous fibers comes from the recycling of textile scraps of oxidized polyacrylonitrile PAN or carbon fibers.

Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, les couches de fibres discontinues non tissées sont réalisées par voie sèche ou par un procédé de type Airlaid ou par voie papetière.According to another particular characteristic of the invention, the layers of nonwoven discontinuous fibers are produced by a dry process or by an Airlaid-type process or by a paper process.

Selon un premier exemple de réalisation, la structure 100 comprend sur chacune des faces inférieure et supérieure de l’âme 130, deux couches de fibres discontinues non tissées de masse surfacique de 200 g/m². Ces deux couches sont fabriquées par voie sèche à partir de fibres recyclées issues de chutes textiles de PAN oxydé. Son âme 130 comprend 17 couches de fibres continues constituées de nappes unidirectionnelles superposées dans différentes directions et liées entre elles par un pré-aiguilletage. Par exemple, les 17 couches comprennent trois nappes orientées à 0°, +60° et -60°. Les deux couches de fibres discontinues sont aiguilletées sur les faces inférieure et supérieure au moment de leur positionnement sur ces faces.According to a first exemplary embodiment, the structure 100 comprises on each of the lower and upper faces of the core 130, two layers of nonwoven discontinuous fibers with a surface weight of 200 g/m². These two layers are made by dry process from recycled fibers from oxidized PAN textile scraps. Its core 130 comprises 17 layers of continuous fibers consisting of unidirectional sheets superimposed in different directions and bonded together by pre-needling. For example, the 17 layers include three layers oriented at 0°, +60° and -60°. The two layers of staple fibers are needled on the lower and upper faces when they are positioned on these faces.

Dans ce premier exemple, durant l’aiguilletage de l’ensemble, la pénétration initiale de l’aiguille est de 11,1 mm ± 0,25 mm et la densité d’aiguilletage est de 30 coups/cm² (-4/+2). Le pas de descente de l’aiguilletage est ajusté et non constant, il est défini par :In this first example, during needling of the assembly, the initial needle penetration is 11.1 mm ± 0.25 mm and the needling density is 30 strokes/cm² (-4/+2 ). The needling descent step is adjusted and not constant, it is defined by:

  • 2 pas de déplacement à 1,8 mm ± 0,05 mm ;2 displacement steps at 1.8 mm ± 0.05 mm;
  • 10 pas de déplacement à 1,7 mm ± 0,05 mm ;10 steps of movement at 1.7 mm ± 0.05 mm;
  • 5 pas de déplacement à 1,6 mm ± 0,05 mm ; et5 displacement steps at 1.6 mm ± 0.05 mm; And
  • 2 pas de déplacement à 0,1 mm ± 0,05 mm.2 displacement steps at 0.1 mm ± 0.05 mm.

Selon un deuxième exemple de réalisation, la structure 100 comprend sur chacune des faces inférieure et supérieure de l’âme 130, une couche de fibres discontinues non tissées de masse surfacique de 1000 g/m². Comme précédemment, les couches de fibres discontinues sont fabriquées par voie sèche à partir de fibres recyclées issues de chutes textiles de PAN oxydé. L’âme 130 comprend 17 couches de fibres continues constituées de nappes unidirectionnelles superposées dans différentes directions, les nappes étant liées entre elles par un pré-aiguilletage. Les deux couches de fibres discontinues sont aiguilletées sur les faces inférieure et supérieure au moment de leur positionnement sur ces faces.According to a second exemplary embodiment, the structure 100 comprises on each of the lower and upper faces of the core 130, a layer of non-woven discontinuous fibers with a surface mass of 1000 g/m². As before, the layers of staple fibers are produced by the dry process from recycled fibers obtained from textile scraps of oxidized PAN. The core 130 comprises 17 layers of continuous fibers made up of unidirectional plies superimposed in different directions, the plies being bonded together by pre-needling. The two layers of staple fibers are needled on the lower and upper faces when they are positioned on these faces.

Dans ce second exemple, durant l’aiguilletage de l’ensemble, la pénétration initiale de l’aiguille est de 8,5 mm ± 0,25 mm et la densité d’aiguilletage est de 30 coups/cm² (-4/+2). Le pas de descente de l’aiguille est ajusté et non constant, il est défini par :In this second example, during needling of the assembly, the initial penetration of the needle is 8.5 mm ± 0.25 mm and the needling density is 30 strokes/cm² (-4/+2 ). The step of descent of the needle is adjusted and not constant, it is defined by:

  • 6 pas de déplacement à 1,7 mm ± 0,05 mm ;6 displacement steps at 1.7 mm ± 0.05 mm;
  • 6 pas de déplacement à 1,6 mm ± 0,05 mm ; et6 displacement steps at 1.6 mm ± 0.05 mm; And
  • 5 pas de déplacement à 1,5 mm ± 0,05 mm.5 displacement steps at 1.5 mm ± 0.05 mm.

Selon un troisième exemple de réalisation, la structure 100 comprend sur chacune des faces inférieure et supérieure de l’âme 130, une couche de fibres discontinues non tissées de masse surfacique de 400 g/m². Comme précédemment, les couches de fibres discontinues sont fabriquées par voie sèche à partir de fibres recyclées issues de chutes textiles de PAN oxydé. L’âme 130 comprend 17 couches de fibres continues constituées de nappes unidirectionnelles superposées dans différentes directions, les nappes étant liées entre elles par un pré-aiguilletage. Les deux couches de fibres discontinues sont aiguilletées sur les faces inférieure et supérieure au moment de leur positionnement sur ces faces.According to a third exemplary embodiment, the structure 100 comprises on each of the lower and upper faces of the core 130, a layer of non-woven discontinuous fibers with a surface mass of 400 g/m². As before, the layers of staple fibers are produced by the dry process from recycled fibers obtained from textile scraps of oxidized PAN. The core 130 comprises 17 layers of continuous fibers made up of unidirectional plies superimposed in different directions, the plies being bonded together by pre-needling. The two layers of staple fibers are needled on the lower and upper faces when they are positioned on these faces.

Dans ce troisième exemple, durant l’aiguilletage de l’ensemble, la pénétration initiale de l’aiguille est de 11,1 mm ± 0,25 mm et la densité d’aiguilletage est de 30 coups/cm² (-4/+2). Le pas de descente de l’aiguilletage est ajusté et non constant, il est défini par :In this third example, during needling of the assembly, the initial penetration of the needle is 11.1 mm ± 0.25 mm and the needling density is 30 strokes/cm² (-4/+2 ). The needling descent step is adjusted and not constant, it is defined by:

  • 2 pas de déplacement à 1,8 mm ± 0,05 mm ;2 displacement steps at 1.8 mm ± 0.05 mm;
  • 10 pas de déplacement à 1,7 mm ± 0,05 mm ;10 steps of movement at 1.7 mm ± 0.05 mm;
  • 5 pas de déplacement à 1,6 mm ± 0,05 mm ; et5 displacement steps at 1.6 mm ± 0.05 mm; And
  • 2 pas de déplacement à 0,1 mm ± 0,05 mm.2 displacement steps at 0.1 mm ± 0.05 mm.

L’exemple illustré en figure 1 et le procédé décrit en figure 2 concerne une structure fibreuse pour la réalisation d’une préforme fibreuse annulaire de disque de frein, mais on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque la structure fibreuse est utilisée pour la réalisation d’une préforme fibreuse annulaire utilisable pour le moulage à forme quasi définitive, ou Near Net Shape en anglais.The example illustrated in FIG. 1 and the method described in FIG. 2 relate to a fibrous structure for producing an annular fibrous preform for a brake disc, but the scope of the invention is not departed from when the fibrous structure is used to the production of an annular fibrous preform that can be used for molding with an almost final shape, or Near Net Shape in English.

Les densités d’aiguilletage, les pénétrations initiales de l’aiguille et les pas de descentes décrits dans les trois exemples précédents sont choisis selon les caractéristiques souhaitées aux renforts fibreux, compris dans la pièce finale en matériau composite, et obtenus à partir de la structure fibreuse de l’invention. Par exemple, ces caractéristiques peuvent être un taux de fibres selon l’axe Z, une épaisseur particulière de la pièce finale, une épaisseur particulière des couches de l’âme 130 de la structure fibreuse 100, un taux de fibres global, et/ou un grammage particulier pour la pièce finale ou les couches formant la structure fibreuse, etc…The needling densities, the initial penetrations of the needle and the pitches described in the three preceding examples are chosen according to the characteristics desired for the fibrous reinforcements, included in the final part made of composite material, and obtained from the structure fiber of the invention. For example, these characteristics can be a fiber content along the Z axis, a particular thickness of the final part, a particular thickness of the layers of the core 130 of the fibrous structure 100, an overall fiber content, and/or a specific weight for the final part or the layers forming the fibrous structure, etc.

Claims (8)

Structure fibreuse (100) aiguilletée pour la réalisation de préforme fibreuse annulaire de disque de frein comprenant :
  • une âme (130) formée d’au moins deux couches fibreuses (131, 132, 133, 134) de fibres aiguilletées, chaque couche comprenant des fibres continues aiguilletées ; et
  • au moins une couche de fibres discontinues non tissées (111, 112) sur une face inférieure (120) ou supérieure (110) de l’âme.
Needle-punched fibrous structure (100) for producing an annular fibrous brake disc preform comprising:
  • a core (130) formed of at least two fibrous layers (131, 132, 133, 134) of needled fibres, each layer comprising continuous needled fibres; And
  • at least one layer of nonwoven staple fibers (111, 112) on a bottom (120) or top (110) face of the core.
Structure fibreuse aiguilletée selon la revendication 1, dans laquelle les fibres de chaque couche de fibres discontinues non tissées ont une longueur supérieure ou égale à 4 mm.A needlepunched fibrous structure according to claim 1, wherein the fibers of each layer of nonwoven staple fibers have a length greater than or equal to 4 mm. Structure fibreuse aiguilletée selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle chaque couche de fibres discontinues non tissées a une masse surfacique inférieure à 1700 g/m².A needlepunched fibrous structure according to any of claims 1 or 2, wherein each layer of nonwoven staple fibers has a basis weight of less than 1700gsm. Structure fibreuse aiguilletée selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque couche de fibres discontinues non tissées a un taux volumique de fibres inférieur à 20 %.A needlepunched fibrous structure according to any one of claims 1 to 3, wherein each layer of nonwoven staple fibers has a fiber volume content of less than 20%. Structure fibreuse aiguilletée selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle chaque couche de fibres discontinues non tissées est issue du recyclage de chutes textiles de fibres de polyacrylonitrile PAN oxydé ou de carbone.Needle-punched fibrous structure according to any one of claims 1 to 4, in which each layer of non-woven discontinuous fibers comes from the recycling of textile scraps of oxidized polyacrylonitrile PAN or carbon fibers. Procédé de fabrication (200) d’une structure fibreuse aiguilletée selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 comprenant :
  • la réalisation (201) par aiguilletage d’une âme de la structure fibreuse, l’âme comprenant au moins deux couches fibreuses de fibres, chaque couche comprenant des fibres continues ; et
  • l’aiguilletage (202) d’au moins une couche de fibres discontinues non tissées sur au moins une face inférieure ou supérieure de l’âme.
Method of manufacturing (200) a needled fibrous structure according to any one of claims 1 to 5 comprising:
  • the production (201) by needling of a core of the fibrous structure, the core comprising at least two fibrous layers of fibers, each layer comprising continuous fibers; And
  • needling (202) at least one layer of nonwoven staple fibers on at least one bottom or top face of the core.
Procédé de fabrication (300) d’une pièce en matériau composite comprenant une préforme fibreuse densifiée par une matrice, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
  • la fabrication (301) d’une structure fibreuse aiguilletée destinée à former au moins une préforme fibreuse de la pièce par un procédé selon la revendication 6 ;
  • la formation (302) d’une matrice dans la porosité de la structure fibreuse aiguilletée ; et
  • l’élimination (303) de chaque couche de fibres discontinues non tissées présente sur au moins une face inférieure ou supérieure de ladite âme.
Method for manufacturing (300) a part made of composite material comprising a fibrous preform densified by a matrix, the method comprising at least the following steps:
  • the manufacture (301) of a needled fibrous structure intended to form at least one fibrous preform of the part by a method according to claim 6;
  • forming (302) a matrix in the porosity of the needle-punched fibrous structure; And
  • removing (303) each layer of nonwoven staple fibers present on at least one lower or upper face of said core.
Procédé de fabrication d’une pièce selon la revendication 7, dans lequel l’étape de fabrication comprend également une découpe de la structure fibreuse aiguilletée (400) de manière à former une préforme fibreuse (410, 411, 412, 413) de la pièce.Method of manufacturing a part according to claim 7, in which the manufacturing step also comprises cutting the needle-punched fibrous structure (400) so as to form a fibrous preform (410, 411, 412, 413) of the part .
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