FR3120812A1 - Preforme realisee par tricotage, produit composite incorporant une telle preforme et procedes de fabrication - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une préforme pré-consolidée réalisée par tricotage, ladite préforme étant destinée à la fabrication de produits composites, cette préforme étant formée d’un tricot comprenant au moins une matière polymérique et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ledit tricot comprenant une matière polymérique P1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme pré-consolidée et faisant office de colle dans ladite préforme pré-consolidée. La présente invention concerne également un produit composite obtenu à partir d’une telle préforme, un procédé de fabrication d’une telle préforme, ainsi qu’un procédé de fabrication d’un produit composite à partir notamment d’une telle préforme.
Description
La présente invention concerne une préforme réalisée par tricotage, ladite préforme étant destinée à la fabrication de produits composites, ainsi qu’un produit composite obtenu à partir d’une telle préforme. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une telle préforme, ainsi qu’un procédé de fabrication d’un produit composite à partir d’une telle préforme.
Les produits (ou « pièces ») composites (ou « en matière composite » ou « en matériaux composites ») considérés dans la présente invention sont des produits comprenant une matrice (constituant généralement principal du produit dans lequel sont enrobés les autres constituants) notamment à base d’une matière polymérique, en particulier et de préférence thermoplastique dans la présente invention, cette matrice étant renforcée par une matière ayant généralement une température de fusion ou de dégradation plus élevée que la température à laquelle ladite matrice est réalisée à partir de ladite matière polymérique (par exemple supérieure à la température de fusion de ladite matière polymérique). Les produits composites intégrant une matrice polymérique et une matière de renfort sont bien connus et permettent d’obtenir des effets intéressants ou de meilleures propriétés que les produits uniquement formés de ladite matière polymérique, telles que des propriétés améliorées en termes de résistance mécanique ou de résistance à la corrosion, ou encore l’allègement des pièces, etc.
La matière (ou le matériau) de renfort incorporé à la matrice peut se présenter sous forme d’éléments discrets ou continus, par exemple sous forme de fibres que l’on disperse dans la matrice ou sous forme de fils ou fibres qui sont préalablement assemblés en tissus, non-tissés, mats ou autres produits obtenus par des procédés textiles, ou encore peut se présenter sous forme d’armature(s), etc.
L’utilisation de renforts tissés (ou de tissus de (fils de) renforts) est particulièrement courante, en particulier de renforts tissés pré-imprégnés de matière polymérique (ou « prépreg »). Ces renforts en tissus sont traditionnellement formés de fils de trame et de fils de chaine disposés perpendiculairement, et présentent classiquement une structure plane. Afin d’obtenir un produit en trois dimensions (ou 3D), les tissus sont généralement découpés et disposées dans un moule dont la forme générale correspond à celle de la pièce à réaliser, la matière polymérique (ou résine) étant ensuite injectée et polymérisée dans le moule afin notamment de donner une pièce rigide.
Plus récemment, sont apparus les tricots intégrant une matière polymérique et des fils ou fibres de renfort(s) (ou de renforcement), ces tricots étant généralement obtenus à partir d’un fil continu (qui peut être mono-ou multi-filament(s) et/ou formé de fibres discontinues liées par exemple par retordage ou guipage, etc), ce fil formant des mailles entrelacées disposées en rangs successifs, la matière de renfort pouvant par exemple être présente dans le ou les fils de maille ou pouvant faire partie de fils de trame ajoutés dans le tricot sous forme de fils unidirectionnels. Différentes techniques de tricotage (en particulier circulaire ou rectiligne) permettent notamment d’obtenir des tricots formant une pièce unitaire, en 2 D ou en 3D, sans couture.
Ces structures renforcées tricotées présentent de nombreux avantages par rapport aux structures renforcées tissées. En effet, outre la possibilité de réaliser d’emblée une structure renforcée en 3D en une seule pièce sans couture, le tricotage peut se faire le cas échéant à partir d’une seule bobine de fil pour le fil de maille, alors que les tissus nécessitent toujours plusieurs bobines distinctes. En outre, alors que le drapage de structures renforcées tissées sur un moule est une opération longue et délicate, notamment lorsque la forme recherchée est complexe, nécessitant l’utilisation de plusieurs couches de tissus qui doivent être découpés (avec des chutes de produit pouvant représenter 30% de matière) et disposés judicieusement suivant la forme du moule pour assurer une épaisseur suffisante tout en évitant trop de recouvrement et nécessitant d'ajouter des pièces de renfort localement pour assurer la reprise de la résistance mécanique, cette reprise étant imparfaite car les fibres ne sont pas continues, le tricotage en 2D ou 3D permet pour sa part de réaliser un produit complexe, pouvant le cas échéant être directement drapé sur une forme en 2D ou en 3D et assurant la continuité des fils dans tout le produit obtenu, le tricot, présentant déjà une forme adaptée pour obtenir le produit recherché, n’ayant par exemple besoin que d’être positionné autour d’un support souple tel qu’une vessie en silicone, l’ensemble étant alors déposé dans un moule pour réaliser sous vide la consolidation permettant d’obtenir le produit fini.
Les structures renforcées tissées pré-imprégnées de matière polymérique (par exemple gélifiée) les plus couramment utilisées doivent en outre être manipulées délicatement, ces structures étant collantes lorsque le film de protection est enlevé, et ne se conservant que durant une période limitée à température ambiante. A contrario, le tricotage permet d’intégrer la matière polymérique sous forme de fils ou fibres mélangés avec les fils ou fibres de renfort(s) et d’obtenir une préforme (forme intermédiaire/temporaire avant la forme définitive) dite « sèche », contenant à la fois le(s) renfort(s) et la matrice.
Par exemple, la demande de brevet FR 3065181 du titulaire enseigne un procédé de réalisation d’une préforme sèche pour la fabrication d’un produit en matières composites. Ce document décrit une préforme réalisée par tricotage et intégrant au moins un fil unidirectionnel de renfort, cette préforme ne nécessitant plus l’injection d’une résine car elle est constituée dès le tricotage d’un mélange de fils ou filaments en matière de renfort et de fils ou filaments en matière thermoplastique, cette dernière étant destinée à fondre lors de la mise en forme.
Les préformes réalisées par tricotage présentent encore cependant certains inconvénients. Ainsi, il peut être difficile de manipuler ce produit souple pour un utilisateur inexpérimenté ou de le transporter sans l’altérer de son lieu de réalisation au lieu de fabrication du produit composite. De plus, pour certains produits de haute technicité (dans le domaine par exemple de l’aéronautique, de l’automobile, du bâtiment, etc.) nécessitant notamment l’utilisation de matière polymérique de point de fusion élevé, en particulier supérieur à 200°C, la consolidation de tricots intégrant une telle matière à l’aide par exemple du procédé sous vide courant utilisant un support souple sous forme d’une vessie en silicone n’est plus possible en raison de la dégradation ou de l’usure plus rapide de ladite vessie au-delà de 180-200°C. Le recours à un autre procédé tel que celui utilisé pour les tissus pour réaliser ces produits n’est pas non plus satisfaisant ni adapté à ces structures plus déformables, les tricots munis de fil(s) ou fibre(s) de renforts unidirectionnels devant alors être superposés en variant leur orientation dans le moule mais étant susceptibles de bouger les uns par rapport aux autres pendant le moulage, changeant ainsi l’orientation des fil(s) ou fibre(s) de renforts et pouvant former des plis qu’il n’est pas possible de retirer sans endommager lesdits fil(s) ou fibre(s).
La présente invention a donc cherché à remédier aux inconvénients précédents et à proposer une nouvelle réalisation, plus satisfaisante, de produit textile (formé de fil(s) ou fibre(s)) structurant et renforçant, de conception et de mise en œuvre améliorés pour la fabrication de produits composites, en particulier destinés à des applications de haute technicité utilisant des matériaux de points de fusion élevés, par exemple pour des pièces composites destinées à l’aéronautique ou à être utilisées dans le domaine des radiofréquences (notamment pour la fabrication de radômes, etc.).
Cet objectif a été atteint grâce à la préforme pré-consolidée réalisée par tricotage, ladite préforme étant destinée à la fabrication d’un produit composite, cette préforme étant formée d’au moins un tricot comprenant au moins une matière polymérique et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ledit tricot comprenant une matière polymérique thermoplastique P1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme pré-consolidée et faisant office de colle dans ladite préforme pré-consolidée.
La présente invention concerne également un procédé de réalisation (ou de fabrication) d'une préforme pré-consolidée destinée à la fabrication d'un produit composite, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort , la matière polymérique thermoplastique P1 de plus bas point de fusion T1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme,
- b) le dépôt de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule ou un support ,
-c) la fusion de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 à une température supérieure ou égale au point de fusion T1, cette température étant le cas échéant, en cas de présence d’une autre matière polymérique thermoplastique, en particulier destinée à former la matrice dudit produit composite, inférieure au point de fusion de ladite autre matière, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique P1,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle.
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort , la matière polymérique thermoplastique P1 de plus bas point de fusion T1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme,
- b) le dépôt de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule ou un support ,
-c) la fusion de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 à une température supérieure ou égale au point de fusion T1, cette température étant le cas échéant, en cas de présence d’une autre matière polymérique thermoplastique, en particulier destinée à former la matrice dudit produit composite, inférieure au point de fusion de ladite autre matière, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique P1,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un produit composite à partir d’une préforme pré-consolidée, ce procédé comprenant les étapes suivantes :
- le dépôt dans un moule d’au moins une préforme pré-consolidée formée d’au moins un tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ledit tricot ou ladite préforme comprenant une matière polymérique thermoplastique de point de fusion T1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme et faisant office de colle dans ladite préforme pré-consolidée, ledit tricot comprenant éventuellement au moins une autre matière polymérique de point de fusion supérieur à T1,
- éventuellement l’imprégnation par une autre matière polymérique que la matière P1,
- le traitement ou la consolidation de ladite préforme pré-consolidée, le cas échéant imprégnée, présentant au moins ladite matière polymérique de point de fusion T1, une autre matière polymérique destinée à former la matrice du produit composite et au moins un fil d’au moins une matière de renfort,ce traitement ou cette consolidation s’opérant soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermoplastique, à une température supérieure ou égale au point de fusion de cette autre matière, soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermodurcissable, par réticulation de ladite matière, pour obtenir ledit produit composite,
- le refroidissement du produit composite ainsi obtenu.
- le dépôt dans un moule d’au moins une préforme pré-consolidée formée d’au moins un tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ledit tricot ou ladite préforme comprenant une matière polymérique thermoplastique de point de fusion T1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme et faisant office de colle dans ladite préforme pré-consolidée, ledit tricot comprenant éventuellement au moins une autre matière polymérique de point de fusion supérieur à T1,
- éventuellement l’imprégnation par une autre matière polymérique que la matière P1,
- le traitement ou la consolidation de ladite préforme pré-consolidée, le cas échéant imprégnée, présentant au moins ladite matière polymérique de point de fusion T1, une autre matière polymérique destinée à former la matrice du produit composite et au moins un fil d’au moins une matière de renfort,ce traitement ou cette consolidation s’opérant soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermoplastique, à une température supérieure ou égale au point de fusion de cette autre matière, soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermodurcissable, par réticulation de ladite matière, pour obtenir ledit produit composite,
- le refroidissement du produit composite ainsi obtenu.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un produit composite à partir d’un tricot ce procédé comprenant les étapes suivantes :
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, la matière polymérique thermoplastique de plus bas point de fusion T1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme,
- b) le dépôt de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule ou un support,
- c) la fusion de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 à une température supérieure ou égale au point de fusion T1, cette température étant le cas échéant, en cas de présence d’une autre matière polymérique thermoplastique, inférieure au point de fusion de ladite autre matière polymérique, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique de plus bas point de fusion P1,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle,
- e) le dépôt dans un moule d’au moins ladite préforme pré-consolidée,
- f) éventuellement l’imprégnation par une autre matière polymérique que la matière P1,
- g) le traitement ou la consolidation de ladite préforme pré-consolidée, le cas échéant imprégnée, présentant au moins ladite matière polymérique de point de fusion T1, une autre matière polymérique destinée à former la matrice du produit composite et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ce traitement ou cette consolidation s’opérant soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermoplastique, à une température supérieure ou égale au point de fusion de cette autre matière, soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermodurcissable, par réticulation de ladite matière, pour obtenir ledit produit composite,
- h) le refroidissement du produit composite ainsi obtenu.
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, la matière polymérique thermoplastique de plus bas point de fusion T1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme,
- b) le dépôt de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule ou un support,
- c) la fusion de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 à une température supérieure ou égale au point de fusion T1, cette température étant le cas échéant, en cas de présence d’une autre matière polymérique thermoplastique, inférieure au point de fusion de ladite autre matière polymérique, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique de plus bas point de fusion P1,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle,
- e) le dépôt dans un moule d’au moins ladite préforme pré-consolidée,
- f) éventuellement l’imprégnation par une autre matière polymérique que la matière P1,
- g) le traitement ou la consolidation de ladite préforme pré-consolidée, le cas échéant imprégnée, présentant au moins ladite matière polymérique de point de fusion T1, une autre matière polymérique destinée à former la matrice du produit composite et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ce traitement ou cette consolidation s’opérant soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermoplastique, à une température supérieure ou égale au point de fusion de cette autre matière, soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermodurcissable, par réticulation de ladite matière, pour obtenir ledit produit composite,
- h) le refroidissement du produit composite ainsi obtenu.
L’invention concerne également un tricot destinée à la fabrication de produit(s) composite(s), comprenant au moins une matière polymérique thermoplastique P2 présentant un point de fusion T2, cette matière polymérique P2 étant en particulier destinée à former la matrice d’un produit composite, au moins une matière polymérique P1 de point de fusion T1 inférieur au point de fusion T2, destinée en particulier à faire office de colle, la matière polymérique P1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme, et au moins une matière de renfort, la matière P1 formant en particulier un ou des fils dudit tricot ou de ladite préforme.
Enfin, un produit composite, en particulier une pièce destinée à l’aéronautique ou à être utilisée dans le domaine des radiofréquences, telle qu’un radôme, obtenu par le procédé selon l’invention et/ou à partir de la préforme pré-consolidée selon l’invention, ledit produit comprenant au moins une matière polymérique P2, formant la matrice dudit composite, et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, et au moins une matière polymérique P1 représentant moins de 10% en volume dudit produit a également permis d'atteindre cet objectif.
La présente invention propose donc une préforme pré-consolidée réalisée par tricotage et destinée à la fabrication d’un produit composite, ladite préforme étant formée d’au moins un tricot (ou étant formée à partir d’au moins un tricot ou comprenant au moins un tricot), ledit tricot comprenant au moins une matière (ou un matériau) polymérique et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ledit tricot comprenant une matière polymérique thermoplastique P1 constituant (ou représentant) moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme pré-consolidée, et faisant office de colle dans ladite préforme pré-consolidée, cette matière P1, incorporée notamment pendant le tricotage et/ou formant initialement des fils du tricot, liant en particulier le ou les fils du tricot entre eux dans la préforme pré-consolidée après avoir été fondue (et se présentant donc sous une forme autre qu’une forme de fil(s) dans ladite préforme pré-consolidée), en particulier sous forme de points de colle ou d’enrobage(s), superficiels, de fil(s) du tricot (et non sous forme de fil(s)) au sein de ladite préforme pré-consolidée.
Le terme « fil(s) » est utilisé dans la présente invention pour désigner des fil(s) et/ou fibre(s) utilisés pour réaliser des tricots (en particulier fils de maille(s) ou de trame(s)), ces fils pouvant être mono-ou multi-filament(s) et/ou formé de fibres discontinues liées par exemple par retordage ou guipage, ces fils étant en particulier des fils continus (par opposition à des fibres coupées ou courtes) pour permettre leur tricotage en maille ou insertion en trame suivant l’une ou l’autre dimension (largeur ou longueur) du tricot.
Par préforme, on entend un produit textile (c’est-à-dire formé de fil(s) ou fibre(s)), intermédiaire (destiné à être transformé pour former un produit final), présentant une forme temporaire s’approchant de la forme du produit composite à réaliser, cette forme temporaire étant en particulier et de préférence selon l’invention une forme en 3D (plate épaisse ou non plate), ce produit textile étant dans la présente invention obtenu par tricotage (ou à partir de tricot(s)), plus précisément par tricotage d’au moins un fil continu où le fil forme des mailles entrelacées, disposées en rangs successifs. Cette préforme est dite « sèche » (par opposition aux tissus pré-imprégnés, collants), et constitue le cas échéant l’armature du produit composite réalisé, cette préforme intégrant en particulier des renforts (plus précisément des fils de renforcement formés d’au moins la matière de renfort précitée) et une matière destinée à former tout ou partie de la matrice finale du composite
La préforme peut être formée (ou constituée - uniquement - de) un ou plusieurs tricots (aussi appelés « plis » dans la préforme), la préforme pré-consolidée étant une forme plus rigide (et plus manipulable) de la préforme (c’est-à-dire plus rigide que la préforme initiale simplement formée d’un tricot ou d’un assemblage de tricots).
La ou les structures tricotées selon l’invention (tricot, préforme, préforme pré-consolidée) selon l’invention incorpore(nt) une ou plusieurs matières polymériques, dont au moins la matière thermoplastique P1, destinées à subir un changement d’état, en particulier à fondre, et à former ou à faire partie (dans cet état modifié) de la matrice du produit composite envisagé, et au moins une matière destinée à servir de renfort (et en particulier ne devant pas être fondue) dans le composite envisagé, cette matière de renfort (ou le cas échéant chacune des matières de renfort présentes) formant un ou des fils de la structure tricotée, et présentant une température de changement d’état TRsupérieure à la température de changement d’état de ladite ou de chacune desdites matières polymériques précitées. Le produit composite correspond à la forme définitive, en particulier figée, obtenue par consolidation finale de la préforme pré-consolidée et comprenant une matrice polymérique dans laquelle les renforts/matières de renfort(s) (ou fils de renforcement formés d’au moins la matière de renfort précitée) sont noyés, la matrice polymérique étant généralement majoritaire comme précisé ultérieurement.
Par température de changement d’état (ou de phase), on entend (à/pour une pression donnée) la température à laquelle ou partir de laquelle la matière subit un changement de forme (notamment par rapport à sa forme dans le tricot initial) tel qu’un passage de l’état solide à l’état liquide ou une décomposition ou dégradation. En particulier pour une matière polymérique thermoplastique, on entend (à une pression donnée) la température à laquelle ou à partir de laquelle (lorsque la fusion s’opère sur une plage de températures, dans le cas d’un mélange de molécules par exemple) la matière fond (passe de l’état solide à l’état liquide), cette température étant communément appelée température de fusion (ou point de fusion). Pour une matière polymérique thermodurcissable ou une matière de renfort, il peut s’agir notamment (à une pression donnée) de la température de fusion, à laquelle ou à partir de laquelle la matière passe de l’état solide à l’état liquide, ou de la température de dégradation, à laquelle ou à partir de laquelle la matière se dégrade (ou se décompose ou brule ou se calcine), ou, le cas échéant, de la plus basse de ces températures (de fusion ou de dégradation). Ces températures relatives (considérées les unes par rapport aux autres pour les différentes matières) sont considérées à pression identique, en particulier à la pression à laquelle la consolidation finale du composite doit être effectuée, ou éventuellement, par défaut, à la pression atmosphérique normale (1 atmosphère).
De préférence selon l’invention, toutes les matières polymériques présentes dans la structure tricotée selon l’invention (que l’on parle du tricot, de la préforme ou de la préforme pré-consolidée) sont des matières thermoplastiques, la température de changement d’état de chacune de ces matières polymériques étant dans ce cas leur température de fusion,
Dans un mode de réalisation préféré particulièrement avantageux, la structure tricotée selon l’invention (que l’on parle du tricot, de la préforme ou de la préforme pré-consolidée) comprend au moins une (autre) matière polymérique P2, en particulier thermoplastique, notamment formant (seule ou en combinaison comme précisé ultérieurement) au moins un fil de ladite structure, cette matière P2 présentant une température de changement d’état, en particulier de fusion, T2, cette matière polymérique P2 étant notamment destinée à fondre lors de la réalisation du composite pour obtenir la forme finale figée dudit composite, cette matière formant alors la matrice dudit composite, la matière polymérique faisant office de colle P1 étant une matière polymérique différente (en particulier de point de fusion différent) de la matière polymérique P2 et présentant un point de fusion T1 (strictement) inférieur (de préférence inférieur d’au moins 20°C, voire d’au moins 50°C) à la température de changement d’état (en particulier de fusion) T2, la température de changement d’état TR de la matière de renfort étant quant à elle supérieure auxdites températures respectives T2, et à fortiori T1.
La présente invention concerne ainsi dans un mode préféré une préforme pré-consolidée réalisée par tricotage, destinée à la réalisation d’un produit composite, cette préforme étant formée d’au moins un tricot comprenant au moins une matière polymérique thermoplastique P2 (en particulier formant ou sous forme d’au moins un fil continu) présentant un point de fusion T2, cette matière polymérique étant en particulier destinée à former la matrice dudit composite, et ce tricot comprenant au moins une matière polymérique P1 de point de fusion T1 inférieur au point de fusion T2, cette matière P1 ayant notamment été incorporée pendant le tricotage et/ou formant initialement des fils du tricot, cette matière polymérique P1 faisant office de colle au sein de ladite préforme pré-consolidée, et constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme pré-consolidée, ladite préforme comprenant également au moins un fil d’au moins une matière de renfort(s) (ou fil de renforcement), cette matière de renfort(s) présentant une température de changement d’état TRsupérieure à T2, cette matière étant destinée à servir de renfort (et en particulier ne devant pas être fondue) dans ledit composite.
Dans ce mode de réalisation préféré, les deux matières polymériques, la matière P2 formant notamment un ou des fils du tricot et de la préforme et destinée à former la matrice ou l’essentiel de la matrice du futur produit composite, et la matière polymérique P1 minoritaire destinée à coller le ou les fils du tricot entre eux dans la préforme pré-consolidée jusqu’à la réalisation dudit produit composite, font toutes les deux parties de la préforme pré-consolidée, et le cas échéant du tricot initial formant la préforme.
Ce tricot avantageux, le cas échéant en trois dimensions, destiné à former la préforme pré-consolidée précitée pour réaliser par la suite un produit composite, et qui intègre ainsi d’emblée les trois matières précitées (tricot tri-composants) est également considéré dans la présente invention, de même que la préforme (préforme tri-composants) formée à partir dudit tricot (et le cas échéant incorporant plusieurs autres tricots ou plis, en particulier similaires ou identiques, superposés le cas échéant en changeant l’orientation des fils de renfort(s)), ce tricot ou cette préforme réalisée par tricotage comprenant donc au moins une matière polymérique thermoplastique P2 présentant un point de fusion T2, cette matière polymérique P2 étant en particulier destinée à former la matrice dudit composite, au moins une (deuxième/autre) matière polymérique P1, de point de fusion T1 inférieur au point de fusion T2, destinée en particulier à servir de colle dans la préforme pré-consolidée destinée à être réalisée à partir dudit tricot/de ladite préforme, la matière polymérique P1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot/de ladite préforme, ledit tricot ou ladite préforme comprenant également au moins un fil d’au moins une matière de renfort, présentant en particulier une température de changement d’état (le cas échéant une température de fusion) TRsupérieure à T2 . Dans ce tricot ou cette préforme (non encore consolidée), la matière P1 peut en particulier former un ou des fils, en particulier seule ou au sein d’un fil mixte ou encore sous forme de guipage ou gainage d’un fil d’une autre matière, comme explicité ultérieurement.
Dans un autre mode de réalisation décrit plus spécifiquement en rapport avec le procédé de réalisation du produit composite selon l’invention, la matière polymérique P2 destinée à former (l’essentiel de) la matrice dudit composite, est incorporée ultérieurement dans la préforme le cas échéant déjà pré-consolidée, notamment est ajoutée à la préforme pré-consolidée lors de la réalisation du composite, sous une forme autre qu’une forme de fils, notamment est ajoutée par imprégnation de ladite préforme/dudit tricot par (ou avec) ladite matière polymérique P2
La présente invention propose également un procédé de fabrication (ou de réalisation ou d’obtention) d'une préforme pré-consolidée pour (ou destinée à) la fabrication d'un produit composite, ledit procédé comprenant les étapes (ou opérations ou actions) suivantes :
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot, en particulier en trois dimensions et en une pièce continue de forme correspondant à (ou s’approchant de) la forme du produit composite à obtenir, par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques (en particulier au moins un fil d’au moins une matière polymérique thermoplastique) et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, présentant en particulier une température de changement d’état TRsupérieure à celle de la ou de chacune des matière(s) polymérique(s) présente(s), (le taux de) la matière polymérique thermoplastique P1 de plus bas point de fusion T1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme,
- b) le dépôt (ou drapage) de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule (ou une partie de moule) ou un support,
- c) la (pré-consolidation par) fusion (au moins partielle) de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1, en particulier par traitement/cuisson (notamment chauffage sous pression) à une température supérieure ou égale au point de fusion T1 et inférieure à la température de changement d’état TR, cette température de traitement étant le cas échéant, en cas de présence dans le tricot ou la préforme d’une autre matière polymérique (ou de toute autre matière polymérique) thermoplastique, en particulier d’une matière P2 de point de fusion T2 supérieur à T1 (et inférieur à TR) destinée à former la matrice du produit composite envisagé, inférieure au point de fusion T2 de la matière polymérique P2, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle.
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot, en particulier en trois dimensions et en une pièce continue de forme correspondant à (ou s’approchant de) la forme du produit composite à obtenir, par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques (en particulier au moins un fil d’au moins une matière polymérique thermoplastique) et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, présentant en particulier une température de changement d’état TRsupérieure à celle de la ou de chacune des matière(s) polymérique(s) présente(s), (le taux de) la matière polymérique thermoplastique P1 de plus bas point de fusion T1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme,
- b) le dépôt (ou drapage) de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule (ou une partie de moule) ou un support,
- c) la (pré-consolidation par) fusion (au moins partielle) de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1, en particulier par traitement/cuisson (notamment chauffage sous pression) à une température supérieure ou égale au point de fusion T1 et inférieure à la température de changement d’état TR, cette température de traitement étant le cas échéant, en cas de présence dans le tricot ou la préforme d’une autre matière polymérique (ou de toute autre matière polymérique) thermoplastique, en particulier d’une matière P2 de point de fusion T2 supérieur à T1 (et inférieur à TR) destinée à former la matrice du produit composite envisagé, inférieure au point de fusion T2 de la matière polymérique P2, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle.
Par « matière polymérique thermoplastique P1 de plus bas point de fusion T1 », on entend que le point de fusion est le plus bas comparativement à celui de toute autre matière thermoplastique le cas échéant présente dans le tricot ou la préforme, en particulier par rapport à une éventuelle autre matière polymérique thermoplastique P2 destinée à former la matrice du produit composite recherché, que cette matière P2 soit présente dans le tricot ou même ajoutée ultérieurement lors de la réalisation du composite. Si cette matière P1 est la seule matière polymérique présente dans le tricot ou la préforme, elle est également en quelque sorte la plus basse (pas d’autre matière de point de fusion inférieur), et en particulier est plus basse que la température de changement d’état de la matière de renfort.
Le cas échéant, lorsque la préforme comprend plusieurs tricots assemblés (en particulier superposés) l’étape a) peut être décomposée en une première étape a1) de réalisation d’un ou plusieurs tricots par tricotage à partir d’au moins un fil continu, chaque tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques (en particulier au moins un fil d’au moins une matière polymérique thermoplastique) et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, présentant en particulier une température de changement d’état TRsupérieure à celle de la ou de chacune des matière(s) polymérique(s) présente(s), la matière polymérique thermoplastique P1 de plus bas point de fusion T1 de chacun des tricots représentant moins de 20% en volume dudit tricot, et en une étape a2) d’assemblage (en particulier par superposition) de plusieurs tricots (en particulier identiques ou similaires, obtenus chacun par tricotage, en particulier selon l’étape a1) pour au moins une partie ou la totalité d’entre eux) pour former la préforme.
Le dépôt de l’étape b) peut aussi, le cas échéant, selon le type de produit composite et le type de moulage envisagés, être précédé de ou consister en une étape de drapage autour d’un support, par exemple souple tel qu’une vessie silicone, l’ensemble étant éventuellement déposé dans ou sur un moule.
Le traitement ou le chauffage de l’étape c) peut s’opérer (et est généralement effectué) sur l’ensemble de la préforme au sein du moule (formé d’une partie rigide et d’une seconde partie, ou contre moule, souple ou rigide, le traitement étant effectué le cas échéant sous vide, comme détaillé ultérieurement), ou éventuellement peut être effectué localement en différents points de la préforme (par exemple à l’aide de moyens de chauffe locaux), la fusion de la matière thermoplastique P1 pouvant s’opérer de manière plus ou moins totale ou générale ou éventuellement de manière partielle (en certains points ou dans un certain volume notamment).
Le refroidissement de l’étape d) peut être opéré en laissant le refroidissement se faire naturellement ou en accélérant le refroidissement.
Dans le mode de réalisation préféré évoqué précédemment dans lequel le tricot comprend deux matières polymériques thermoplastiques, en particulier une matière P2, formant notamment un ou des fils du tricot, et destinée à former la matrice ou l’essentiel de la matrice du futur produit composite, et une matière polymérique P1 (de plus bas point de fusion) qui est la matière destinée à coller le ou les fils du tricot entre eux dans la préforme pré-consolidée (cette matière pouvant être également sous forme de fil(s) dans le tricot le cas échéant), le procédé de fabrication de la préforme précédent comprend alors les étapes suivantes :
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant au moins une matière polymérique thermoplastique P2 (notamment sous forme d’au moins un fil) présentant un point de fusion T2, et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort présentant en particulier une température de changement d’état TRsupérieure à T2, et ce tricot comprenant au moins une matière polymérique thermoplastique P1 de point de fusion T1 inférieur au point de fusion T2, ladite matière polymérique P1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme:
- b) le dépôt de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule ou un support,
- c) la fusion de la matière polymérique P1, en particulier par traitement (notamment chauffage sous pression) à une température supérieure ou égale à T1 et inférieure à T2, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique P1, et non de la matière P2,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle.
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant au moins une matière polymérique thermoplastique P2 (notamment sous forme d’au moins un fil) présentant un point de fusion T2, et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort présentant en particulier une température de changement d’état TRsupérieure à T2, et ce tricot comprenant au moins une matière polymérique thermoplastique P1 de point de fusion T1 inférieur au point de fusion T2, ladite matière polymérique P1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme:
- b) le dépôt de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule ou un support,
- c) la fusion de la matière polymérique P1, en particulier par traitement (notamment chauffage sous pression) à une température supérieure ou égale à T1 et inférieure à T2, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique P1, et non de la matière P2,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle.
La présente invention propose également un procédé de fabrication d'un produit composite, comportant une matrice en matière(s) polymérique(s) renforcée par des fils de renfort (ou de renforcement), la ou les matières polymériques présentant un point de fusion inférieur à la température de changement d’état de la matière constituant les fils de renfort, à partir d’une préforme pré-consolidée selon l’invention, ce procédé comprenant les étapes suivantes :
- le dépôt dans un moule d’au moins ladite préforme pré-consolidée telle que précédemment définie selon l’invention, cette préforme étant formée d’au moins un tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, présentant en particulier une température de changement d’état TRsupérieure à celle de la ou de chacune des matière(s) polymérique(s), ledit tricot ou ladite préforme comprenant une matière polymérique thermoplastique P1 de point de fusion T1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme et faisant office de colle dans ladite préforme pré-consolidée, ledit tricot comprenant éventuellement au moins une autre matière polymérique de point de fusion supérieur à T1,
- éventuellement l’imprégnation par une autre matière polymérique que la matière P1, en particulier au moins une matière polymérique de point de fusion supérieur à T1, notamment en cas d’absence ou de proportion insuffisante d’autre(s) matière(s) polymérique(s) que P1 dans le tricot pour obtenir la matrice dudit composite
- le traitement, le cas échéant par chauffage sous pression, ou la consolidation de ladite préforme pré-consolidée, le cas échéant imprégnée, présentant au moins ladite matière polymérique de point de fusion T1, une autre matière polymérique destinée à former la matrice du produit composite et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ce traitement ou cette consolidation s’opérant soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermoplastique à une température supérieure ou égale au point de fusion de cette autre matière (et inférieure à la température de changement d’état de la matière de renfort TR), soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermodurcissable, par réticulation de ladite matière (cette réticulation pouvant s’opérer selon la matière à température ambiante ou en chauffant), pour obtenir ledit produit composite,
- le refroidissement du produit composite ainsi obtenu.
- le dépôt dans un moule d’au moins ladite préforme pré-consolidée telle que précédemment définie selon l’invention, cette préforme étant formée d’au moins un tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, présentant en particulier une température de changement d’état TRsupérieure à celle de la ou de chacune des matière(s) polymérique(s), ledit tricot ou ladite préforme comprenant une matière polymérique thermoplastique P1 de point de fusion T1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme et faisant office de colle dans ladite préforme pré-consolidée, ledit tricot comprenant éventuellement au moins une autre matière polymérique de point de fusion supérieur à T1,
- éventuellement l’imprégnation par une autre matière polymérique que la matière P1, en particulier au moins une matière polymérique de point de fusion supérieur à T1, notamment en cas d’absence ou de proportion insuffisante d’autre(s) matière(s) polymérique(s) que P1 dans le tricot pour obtenir la matrice dudit composite
- le traitement, le cas échéant par chauffage sous pression, ou la consolidation de ladite préforme pré-consolidée, le cas échéant imprégnée, présentant au moins ladite matière polymérique de point de fusion T1, une autre matière polymérique destinée à former la matrice du produit composite et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ce traitement ou cette consolidation s’opérant soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermoplastique à une température supérieure ou égale au point de fusion de cette autre matière (et inférieure à la température de changement d’état de la matière de renfort TR), soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermodurcissable, par réticulation de ladite matière (cette réticulation pouvant s’opérer selon la matière à température ambiante ou en chauffant), pour obtenir ledit produit composite,
- le refroidissement du produit composite ainsi obtenu.
La consolidation peut s’opérer par réticulation dans le cas de certaines résines thermoplastiques liquides.
De préférence dans la présente invention, le taux de matière polymérique P1 dans le composite, réalisé en particulier par ce procédé, est de moins de 10% en volume dudit produit composite, en particulier est inférieur ou égal à 5%.
Le procédé de réalisation du produit composite à partir du tricot ou de la préforme initiale (non pré-consolidée) intègre également les étapes a) à d) de fabrication de la préforme pré-consolidée précédemment citées et comprend alors les opérations suivantes :
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, la matière polymérique thermoplastique de plus bas point de fusion T1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme,
- b) le dépôt de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule ou un support,
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, la matière polymérique thermoplastique de plus bas point de fusion T1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme,
- b) le dépôt de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule ou un support,
- c) la fusion de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 à une température supérieure ou égale au point de fusion T1 (et inférieure à la température TR), cette température étant le cas échéant, en cas de présence d’une autre matière polymérique thermoplastique, en particulier destinée à former la matrice dudit produit composite, inférieure au point de fusion de ladite autre matière polymérique, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique de plus bas point de fusion P1,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle,
- e) le dépôt dans un moule d’au moins ladite préforme pré-consolidée,
- f) éventuellement l’imprégnation par une autre matière polymérique que la matière P1, en particulier par au moins une matière polymérique de point de fusion supérieur à T1, notamment en cas d’absence ou de proportion insuffisante d’autre(s) matière(s) polymérique(s) que P1 dans le tricot pour obtenir la matrice dudit composite
- g) le traitement ou la consolidation de ladite préforme pré-consolidée, le cas échéant imprégnée, présentant au moins ladite matière polymérique de point de fusion T1, une autre matière polymérique destinée à former la matrice du produit composite et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ce traitement ou cette consolidation s’opérant soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermoplastique à une température supérieure ou égale au point de fusion de cette autre matière, soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermodurcissable, par réticulation de ladite matière, pour obtenir ledit produit composite,
- h) le refroidissement du produit composite ainsi obtenu.
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle,
- e) le dépôt dans un moule d’au moins ladite préforme pré-consolidée,
- f) éventuellement l’imprégnation par une autre matière polymérique que la matière P1, en particulier par au moins une matière polymérique de point de fusion supérieur à T1, notamment en cas d’absence ou de proportion insuffisante d’autre(s) matière(s) polymérique(s) que P1 dans le tricot pour obtenir la matrice dudit composite
- g) le traitement ou la consolidation de ladite préforme pré-consolidée, le cas échéant imprégnée, présentant au moins ladite matière polymérique de point de fusion T1, une autre matière polymérique destinée à former la matrice du produit composite et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ce traitement ou cette consolidation s’opérant soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermoplastique à une température supérieure ou égale au point de fusion de cette autre matière, soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermodurcissable, par réticulation de ladite matière, pour obtenir ledit produit composite,
- h) le refroidissement du produit composite ainsi obtenu.
Eventuellement, lorsque le tricot ou la préforme comprend déjà une matière polymérique P2 en plus de la matière P1, l’étape d’imprégnation par une matière polymérique dans le procédé de réalisation du composite selon l’invention peut aussi permettre l’introduction d’une troisième matière P3, destinée par exemple à former un surmoulage selon le type de produit composite recherché.
La présente invention concerne également un produit composite, obtenu en particulier selon le procédé précédent et/ou à partir de la préforme pré-consolidée précédemment décrite, en particulier en trois dimensions, ce produit composite comprenant au moins une (première) matière polymérique P2, en particulier thermoplastique, présentant le cas échéant un point de fusion T2 et formant la matrice dudit composite, et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, présentant en particulier une température de changement d’état TRsupérieure le cas échéant à T2, ce matériau servant de renfort dans ledit composite, et au moins une (deuxième) matière polymérique P1, thermoplastique, de point de fusion T1, inférieur le cas échéant au point de fusion T2, cette matière P1 représentant en particulier moins de 10% en volume dudit produit.
Avantageusement ce produit composite est une pièce destinée à l’aéronautique ou à être utilisée dans le domaine des radiofréquences, telle qu’un radôme.
Comme il apparait précédemment, la matière polymérique destinée à former la matrice ou l’essentiel de la matrice du composite considéré est appelée « P2 ». Elle est soit déjà présente dans le tricot initial, en particulier sous forme d’au moins un fil formant les mailles du tricot, soit rajoutée ultérieurement, en particulier par imprégnation de la préforme pré-consolidé par ladite matière P2 lors de la formation du composite. La matière polymérique faisant office de colle est appelée P1, et fait partie du tricot initial, cette matière pouvant se présenter sous différentes formes (fil(s), guipage, gainage, etc.) comme détaillé ultérieurement.
Comme indiqué précédemment, la préforme selon l’invention est formée d’au moins un tricot comprenant au moins une matière polymérique et au moins un fil d’au moins une matière de renfort. Dans l’un des modes de réalisation précédemment cité, le tricot n’est formé, comme matière(s) polymérique(s) que de la matière polymérique P1, qui, dans le tricot initial, se trouve alors sous forme d’au moins un fil (de ladite matière P1 ou éventuellement mixte avec la matière de renfort, ou en guipage ou gainage des fils de renfort) formant les mailles du tricot et/ou des fils de trame, et qui, dans la préforme pré-consolidée, se trouve alors sous forme fondue (par exemple points de colle ou enrobage). Dans un autre mode de réalisation, préféré, précédemment cité, le tricot est formé, comme matière(s) polymérique(s), de la matière polymérique P2, qui, dans le tricot initial et dans la préforme pré-consolidée, se trouve alors avantageusement sous forme d’au moins un fil (de ladite matière P2 ou éventuellement sous forme mixte avec la matière de renfort, ou en guipage ou gainage des fils de renfort) formant les mailles du tricot et/ou les fils de trame; et de la matière polymérique P1, qui, dans le tricot initial, se trouve alors sous forme d’au moins un fil (de ladite matière P1 ou éventuellement mixte avec la matière de renfort et/ou la matière P2, ou en guipage ou gainage des fils de renfort et/ou de matière P2) formant les mailles du tricot et/ou des fils de trame, et qui, dans la préforme pré-consolidée, se trouve alors sous forme fondue.
Comme indiqué précédemment selon l’invention, la matière polymérique P1 forme moins de 20% en volume du tricot, et respectivement de la préforme constituée dudit tricot, et de préférence son taux en volume est inférieur ou égal à 15%, en particulier inférieur ou égal à 10%, par exemple de 5 à 10%, dudit tricot, et respectivement de ladite préforme, cette matière polymérique P1 étant avantageusement minoritaire dans ledit tricot/ladite préforme, que l’on considère son faible taux précité par rapport au volume du tricot ou que l’on considère le cas échéant son taux par rapport à l’autre matière polymérique P2 lorsqu’elle est présente ou que l’on considère son taux par rapport au taux de matière de renfort. Le taux de cette matière P1 au sein du composite formé à partir de la préforme est par ailleurs avantageusement inférieur ou égal à 10% en volume, comme indiqué précédemment. Dans le cas où la matière P2 devant former la matrice du composite fait déjà partie du tricot/de la préforme et où le composite est avantageusement obtenu directement de la préforme sans ajout de matière polymérique supplémentaire, le taux de matière P1 dans le tricot/la préforme est également déjà avantageusement inférieur ou égal à 10% en volume.
La matière P2 destinée à former la matrice ou l’essentiel de la matrice du produit composite peut être qualifiée de « principale » en comparaison de l’autre matière polymérique P1, son taux en volume étant plus important (au moins 2.5 fois, de préférence au moins 5 fois, plus important) que celui de la matière P1 dans le composite (et le cas échéant dans le tricot/la préforme si cette matière P2 est déjà présente), son taux étant également plus élevé que celui de la matière de renfort présente. En particulier, le taux de matière P2 est avantageusement d’au moins 50% en volume, en particulier d’au moins 55% en volume, dans le composite obtenu à partir de la préforme. Même si la matière P1 fait aussi partie de la matrice formant le composite final, la matière P2, de taux bien plus important, est considérée comme la matière principale formant la matrice ou l’essentiel de la matrice du composite.
De préférence, le taux de matière polymérique total (incluant au moins les matières P1 et P2) dans le produit composite obtenu selon l’invention est de préférence d’au moins 55% en volume, notamment compris entre 55 et 75 % en volume, en particulier entre 60 et 70% en volume.
Par matière polymérique, on comprend une matière formée de macromolécule(s) ou de polymère(s) ou copolymère(s), cette matière étant formée soit d’un seul type de molécules (présentant une même formule) ou éventuellement d’un mélange de molécules de différentes formule (mélange de polymères). Avantageusement, les matières polymériques P1, et le cas échéant P2 (voire d’autres matières polymériques ajoutées telles que P3 précédemment évoqué) sont choisies parmi les matières thermoplastiques, par exemple parmi les polymères thermoplastiques de type polycarbonate (PC), polyétherimide (PEI), polypropylène (PP), polyamide (PA), poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), poly(téréphtalate d'éthylène) (PET), poly(sulfure de phénylène) (PPS), polyétheréthercétone (PEEK), polyéthercétonecétone (PEKK), etc, la matière P1 étant choisie de façon à présenter le cas échéant un point de fusion inférieur à celui de la matière P2, la matière thermoplastique étant apte à fondre lors de la fabrication du composite de manière à former tout ou partie de la matrice dudit composite.
En particulier, la matière polymérique P1 est une matière thermoplastique choisie par exemple parmi les matières suivantes : le polycarbonate, le polyétherimide, le polypropylène, le polyamide, le poly(méthacrylate de méthyle). Son point de fusion est par exemple inférieur à 225°C.
Avantageusement, la matière polymérique P2 est une matière thermoplastique, présentant le cas échéant, en particulier pour des applications (telles que la fabrication de radômes) nécessitant le recours à des fibres « haute température », un point de fusion supérieur à 250°C , notamment supérieur à 300°C (thermoplastique à point de fusion élevé), cette matière étant alors choisie par exemple parmi les matières suivantes : le polyétheréthercétone (PEEK), polyéthercétonecétone (PEKK), etc, la matière P2 et la matière de renfort étant choisies respectivement de façon à ce que la matière P2 présente un point de fusion inférieur à la température de changement d’état de la matière de renfort.
Le cas échéant, lorsque la matière P2, ou éventuellement une autre matière P3, est ajoutée par imprégnation ou injection à la préforme déjà pré-consolidée, cette matière P2 ou cette matière P3 peut être éventuellement une matière thermodurcissable choisie par exemple parmi le polyuréthane (PU), les résines époxy, l’ester de cyanate, les résines phénoliques, le polyester, etc,
Le cas échéant et selon le choix de la matière polymérique, l’une et/ou l’autre matière polymérique utilisée peut comporter des additifs ou charges, qui peuvent être ajoutés à l’étape de formulation du polymère ou, le cas échéant de filage des fils, par exemple des pigments colorés ou des dissipateurs de charge électrique, des retardateurs de flamme, etc.
Le taux de renforts/de matière de renfort est de préférence d’au moins 25%, en particulier d’au moins 35%, en volume dans le composite obtenu à partir de la préforme, et le cas échéant dans le tricot ou la préforme quand celui-ci/celle-ci est déjà formé(e) des deux matières polymériques P1 et P2 et qu’aucune matière polymérique n’est rajoutée lors de la réalisation du composite, le taux de matière de renfort étant le cas échéant d’au moins 80 % en volume dans le tricot ou la préforme quand celui-ci/celle-ci est formé(e) comme matière(s) polymérique(s) uniquement de la matière P1. La matière de renfort peut former un ou des fils de maille et/ou former ou se présenter par exemple sous forme de fils unidirectionnels intégrés au tricot, notamment en trame, cette matière de renfort pouvant former un ou des fils, seule ou en combinaison avec une matière polymérique (fil(s) mixte(s)) présente dans le tricot. Cette matière de renfort, destinée à former l’armature du composite (et ne devant par conséquent pas fondre lors de la réalisation dudit composite), est choisie par exemple parmi les matières suivantes : les matières inorganiques telles que le verre, le quartz, l’alumine, le carbone, le basalte, le métal ou une matière métallique ; les matières naturelles, telles que le lin, le chanvre, et éventuellement, selon le choix des matières polymériques P1 et P2, parmi les matières synthétiques, plastiques ou polymériques résistant thermiquement, telles que les aramides (para- ; méta-, par exemple le Kevlar®), le polyester ; le polyétheréthercétone (PEEK), polyéthercétonecétone (PEKK), le polysulfure de phénylène (PPS), etc; sa nature étant choisie notamment en fonction de sa température de changement d’état qui doit être supérieure au point de fusion ou de changement d’état de la ou des matières polymériques constituant la matrice du produit composite final.
Le tricot selon l’invention est obtenu à partir d’au moins un fil continu (en particulier en matière polymérique et/ou en matière de renfort), ce fil formant des mailles entrelacées disposées en rangs successifs. Des fils de trame sont également le cas échéant ajoutés dans le tricot pendant le tricotage sous forme de fils unidirectionnels (des aiguilles passant par exemple les mailles ou boucles au-dessus des fils unidirectionnels et les maintenant en place). Des fils autres que des fils de maille(s) (c’est-à-dire formant les mailles du tricot) ou de trame peuvent également le cas échéant être présents (coutures ou fils de charge cousus, etc.).
La méthode de tricotage du ou des fils utilisés peut être une méthode de tricotage trame (« weft knitting ») ou une méthode de tricotage chaîne (« warp knitting »), et est de préférence une méthode de tricotage trame.
En tricotage trame, (aussi appelé maille cueillie), le fil suit de façon privilégiée le sens des rangées (sens trame par analogie au tissu). Chaque boucle d’une même rangée est tricotée l’une après l’autre, et chaque rangée est tricotée l’une après l’autre, les mailles d’une nouvelle rangée étant cueillies par les mailles de la rangée inférieure. Un seul fil peut permettre de réaliser l’intégralité du tricot, et chaque aiguille est contrôlée individuellement, permettant de réaliser une forme 3D complexe. Dans cette technologie, le support dans lequel coulissent les aiguilles à tricoter est appelé fonture. Une machine peut utiliser deux fontures, la fonture la plus proche de l’utilisateur réalisant des mailles dites « avant », la seconde formant les mailles « arrière ». Il peut être possible de tricoter sur une seule fonture (tricotage simple fonture), sur deux fontures alternativement (on parle alors aussi de tricotage simple fonture) ou sur deux fontures simultanément (tricotage double fonture), selon le type de motifs ou de de structure (creuse, épaisse, etc) que l’on souhaite obtenir.
En tricotage chaîne (aussi appelé maille jetée), le fil suit de façon privilégiée le sens des colonnes (sens chaine par analogie au tissu). Toutes les boucles d’une même rangée sont tricotées en même temps, chaque rangée étant tricotée l’une après l’autre. Il faut un fil par colonne de maille, les aiguilles étant liées en différents groupes. Les tricots réalisés par cette méthode sont généralement plats.
Le tricotage peut en outre être réalisé par des machines de tricotage circulaire ou de tricotage rectiligne. Il est également possible de réaliser des tricots multi-parois en tricotant plusieurs couches simultanément en utilisant temporairement des aiguilles pour les parois supplémentaires.
De préférence selon l’invention, le ou les tricots utilisés sont obtenus par une technique de tricotage trame, rectiligne ou circulaire, et de préférence par une technique de tricotage trame rectiligne, cette technique permettant d’obtenir des formes 3D complexes.
Le ou les fils utilisés pour faire le tricot peuvent être (chacun) de type unitaire (monofilament) ou formés d’un faisceau de filaments (multifilaments) tel que par exemple un fil de type « roving » (c’est-à-dire un ensemble de filaments continus parallèles assemblés sans torsion) ou un filé de fibres (c’est-à-dire un ensemble de fibres courtes discontinues assemblées par torsion), etc. Le cas échéant, un fil (de maille, de trame ou autre) peut être un assemblage de plusieurs fils ou filaments de matières différentes, cet assemblage pouvant se faire par retordage, guipage, etc, ou un fil peut également être un fil d’une matière entouré d’une autre matière (formant par exemple une gaine), ce type de fil incorporant deux matières différentes étant appelé fil mixte. Il est par exemple possible de réaliser un fil comportant de la matière polymérique et de la matière de renfort, par exemple par assemblage d’un fil de renfort et d’un fil thermoplastique, par guipage d’un fil d’une matière de renfort par un fil thermoplastique, etc, le tricotage de fils mixtes permettant d’obtenir aisément une préforme, sèche, contenant à la fois le renfort et la matrice. Il est aussi possible d’utiliser un ou des fils comportant une première matière polymérique, par exemple P1, et une autre matière polymérique, par exemple P2, par assemblage de fils, ou encore par guipage, gainage, la matière P1 constituant alors en pratique la matière de guipage ou gainage des fils de matière P2 ; etc
Généralement, la matière de renfort est présente dans le tricot selon l’invention sous forme de fil(s) de renfort ou de fils mixtes, en particulier sous forme de fil(s) de maille et/ou sous forme de fil(s) unidirectionnel(s), appelé(s) fil(s) UD, inséré(s), en particulier en fils de trame, pendant le tricotage, les fils de maille incluant une matière de renfort assurant notamment une meilleure tenue de la structure, tandis que les fils unidirectionnels incluant une matière de renfort permettent d’obtenir le renforcement (en particulier mécanique) escompté. Le tricot selon l’invention peut comprendre également en fil(s) de maille et/ou en fil(s) unidirectionnels et/ou de trame, un ou des fils comprenant au moins une matière polymérique (seule ou en mélange avec une autre matière polymérique ou avec une matière de renfort), les fils élaborés à partir de polymères (en particulier thermoplastiques) se prêtant mieux au tricotage (car peu sensibles au cisaillement, et présentant une résistance mécanique et une souplesse suffisantes). Le ou les fils unidirectionnels sont préférentiellement des fils UD 90°, c’est-à-dire en trame (disposés dans le sens des rangées), mais le cas échéant un ou des fils unidirectionnels du tricot peuvent être des fils UD 0°, c’est-à-dire disposés dans le sens des colonnes, perpendiculairement à la trame.
Le tricot peut être obtenu en tricotant simultanément un ou plusieurs (par exemple de 2 à 10) fils de maille et un ou plusieurs (par exemple de 2 à 10) fils UD, le ou les fils de maille et le ou les fils UD pouvant comprendre des matières différentes. Comme déjà évoqué, un fil de maille et/ou un fil UD peut être formé d’une matière, et autour de ce fil peut être torsadé un fil d’une autre matière, notamment thermoplastique, ou ce fil peut être entouré d’une gaine de ladite autre matière, par exemple obtenue en faisant passer le(s) fil(s) dans un bain de matière thermoplastique (de plus bas point de fusion que la température de fusion ou de changement d’état de la matière constituant le fil) fondue, puis en co-extrudant l’ensemble. Le(s) fil(s) de maille et/ou le(s) fil(s) UD peuvent également être formés d’un mélange intime de filaments de matières différentes comme déjà évoqué.
Les proportions des matières (polymérique(s) et de renfort) différentes dans le tricot/la préforme sont gérées notamment par l'alimentation des fils, le diamètre des fils, le choix des fils, etc. Il est aussi possible lors du tricotage de faire varier la nature, la densité, la composition, etc, des fils pour obtenir des zones différentes, néanmoins, dans la plupart des cas, la préforme et le produit composite obtenus selon l’invention présentent une composition uniforme et homogène sans zones différenciées ou à fonctionnalités différentes. La préforme est avantageusement constituée d’une seule pièce, sans couture et présente notamment une structure tridimensionnelle similaire ou adaptée à la forme du produit composite final, cette forme pouvant être par exemple conique, cylindrique, etc.
L’épaisseur du tricot/ de la préforme (avant ou après pré-consolidation) est par exemple comprise entre 1 et 6 mm (sans préjuger de son épaisseur finale dans le produit composite). Le tricot peut présenter notamment un poids surfacique ou grammage de 100 à 2500 g/m2et être réalisé avec des densités de 3 à 6 rangs/cm et de 2 à 4 colonnes/cm.
Comme précédemment indiqué, le tricot/la préforme selon l’invention est généralement réalisé(e) par tricotage d’au moins un fil de matière polymérique P1 et/ou P2 et/ou de renfort, des fils UD étant rajoutés en trame pendant le tricotage (on peut également parler de tricotage trame simultané d’au moins un fil de maille et d’au moins un fil unidirectionnel). Le tricot/la préforme peut également être réalisée par tricotage d’au moins un fil mixte comportant de la matière polymérique et de la matière de renfort.
La préforme est ensuite pré-consolidée par chauffage, notamment sous pression (à une pression par exemple de l’ordre de 1 à 20 bars), à une température d’au moins la température de fusion de la matière P1, rendant ladite matière visqueuse ou liquide, le refroidissement ensuite de la préforme permettant d’obtenir un produit présentant une tenue et rigidité plus importante que la préforme initiale (avant pré-consolidation), et présentant déjà une forme proche du produit composite à obtenir.
Le cas échéant, lorsque la matière polymérique P2 destinée à faire partie ou former la matrice du produit composite est déjà présente dans le tricot/la préforme et si la quantité de cette matière apportée par les fils (de maille et/ou UD) est suffisante, le produit composite peut ensuite être directement obtenu par chauffage, notamment sous pression (à une pression par exemple de l’ordre de 1 à 20 bars), de la préforme pré-consolidée sans ajout de matière polymérique/résine supplémentaire par injection ou infusion.
Dans un autre mode de réalisation, lorsque le tricot/la préforme comprend comme matière(s) polymérique(s) la matière P1 uniquement, la matière polymérique P2 est ensuite introduite en voie liquide dans un moule, comme déjà mentionné, en particulier lors de la réalisation du composite.
Comme déjà évoqué précédemment, le procédé de réalisation du produit composite depuis l’opération initiale de tricotage comprend avantageusement deux étapes de traitement et/ou de chauffage et/ou de fusion de matières thermoplastiques, la première étape (celle de la pré-consolidation) s’opérant en particulier à une température inférieure à la température de la deuxième étape (celle de la consolidation définitive du produit composite).
La première étape de chauffage pour pré-consolider la préforme (étape c citée précédemment) est réalisée en déposant la préforme dans ou sur un moule, le moule étant le cas échéant refermé et mis le cas échéant sous pression (par exemple de 1 à 10 bars ) et le moule étant mis en chauffe par un chauffage, notamment de type à induction ou étuve, jusqu’à une température supérieure ou égale au point de fusion T1 (cette température n’excédant pas de préférence 225°C, voire 200°C, voire 180°C ou même 160°C), la température étant maintenue quelques minutes . Après refroidissement, la préforme pré-consolidée peut être extraite ou laissée le cas échéant dans le moule et/ou sur son support, pour l’étape de consolidation.
Alternativement, après dépôt dans le moule et/ou sur un support (tel qu’une vessie en silicone), la première étape de chauffage peut être réalisée en chauffant localement, le cas échéant sous pression, autant que nécessaire par exemple à l’aide d’une sonde à ultrasons.
Le moule utilisé pour le premier chauffage peut être formé d’une partie rigide et d’un contre moule rigide ou souple (par exemple sous forme d’une bâche). Le cas échéant, la préforme peut avoir été préalablement drapée ou être alternativement drapée sur un support ou mandrin, en particulier déformable, par exemple une vessie ou membrane silicone, l’ensemble préforme/support pouvant ensuite être déposé dans un moule ou chauffé localement par exemple par des sondes à ultrasons. Le cas échéant le vide peut être tiré dans le moule utilisé.
La deuxième étape de chauffage ou consolidation de la préforme pré-consolidée est ensuite opérée dans un moule (le cas échéant formé de partie(s) rigide(s) ou souple(s) comme indiqué précédemment), ce moule pouvant le cas échéant être le même que celui utilisé pour la pré-consolidation ou un moule différent, pour opérer la consolidation (selon l’étape g précédemment citée) et obtenir le produit composite recherché, l’étape de chauffage pour obtenir cette consolidation étant le cas échéant précédée d’une étape d’injection d’une matière polymérique (par exemple la matière P2) ou effectuée simultanément avec ladite étape d’injection (étape f).
Selon un premier mode de réalisation, utilisant notamment une préforme tri-composants telle que précédemment décrite, le procédé de fabrication du composite peut ne pas comprendre d’étape (étape f) d’ajout (notamment d’injection et/ou d’infusion) d’une autre matière thermoplastique, la préforme étant par exemple réalisée en adaptant le ratio des matières thermoplastiques et de la matière de renfort pour obtenir le composite directement sans ajout de matière supplémentaire. La préforme pré-consolidée devient ainsi directement le produit composite après mise dans le moule et chauffage sous pression, avant retrait du produit du moule et de son support éventuel.
Selon un autre mode de réalisation, une matière polymérique destinée à former ou faire partie de la matrice du composite est injectée avant ou pendant le chauffage de l’étape g). A cet effet, la préforme pré-consolidée peut être par exemple disposée (ou « drapée ») sur la paroi intérieure d'une première partie, rigide, de moule. Ensuite, selon le moule utilisé, soit une seconde partie, rigide, du moule peut être fermée, puis la matière polymérique est injectée sous pression en un ou différents points (opération par exemple de type moulage par transfert ou injection de résine), en particulier pour recouvrir toute la surface de la préforme, soit une bâche ou une membrane souple est disposée comme contre-moule et la matière polymérique additionnelle est introduite en réalisant une dépression en différents points de ladite bâche (opération par exemple de type moulage par infusion ou infusion sous vide), en particulier pour recouvrir toute la surface de la préforme. Ces divers points d'injection ou de tirage par dépression ont pour but de permettre le fluage et la répartition de la matière polymérique. Ce mode de réalisation présentant une étape d’injection et/ou d’infusion est utilisé notamment lorsque la préforme est en majorité constituée de matière de renfort, formant l'armature, et de matière P1.
La matière polymérique ajoutée doit être compatible avec les matériaux déjà constitutifs de la préforme. Cette matière ajoutée est en particulier la matière polymérique P2 lorsque la préforme en est dénuée ou lorsqu’elle en comprend en proportion insuffisante. Le cas échéant une autre matière polymérique P3 peut également être ajoutée, notamment lorsque la préforme comprend déjà les matières P1 et P2, par exemple pour former un mélange composite plus complexe et/ou former des surmoulages, etc.
De préférence, en cas d’ajout (imprégnation) d’une matière polymérique à la préforme pré-consolidée (étape f), on utilise notamment comme mode d’ajout le transfert ou l’injection de résine consistant à injecter, généralement à basse pression (par exemple de l’ordre 1 à 4 bars ), la résine (ou matière polymérique) liquide dans un moule fermé, en un ou plusieurs points, la résine injectée migrant dans l'empreinte du moule et imprégnant toute la structure (préforme) déposée dans le moule, l'injection de résine étant stoppée lorsque l'empreinte du moule est complètement remplie et le moule étant alors mis en chauffe. L’injection peut parfois être réalisée à des pressions plus élevées (allant par exemple jusqu’à 15 ou 20 bars) pour des résines très visqueuses. Alternativement, l’infusion consiste en la mise sous vide, dans un moule fermé, de la préforme qui est imprégnée par la suite avec l’arrivée de matière polymérique qui est aspirée par la dépression créée dans le moule.
Le traitement ou la consolidation (étape g) selon l’invention peut se faire notamment à une température supérieure à 250°C, en particulier supérieure à 300°C, le cas échéant sous une pression de 1 à 20 bars durant par exemple quelques dizaines de minutes. Le cas échéant, le vide peut être utilisé pour l’étape f) ou g). En particulier, le traitement et/ou la consolidation peut s’effectuer en opérant la compaction via tirage du vide entre une membrane souple (vessie silicone) ou une bâche et une partie de moule, ou par mise sous pression d’une membrane souple ou bâche afin de plaquer la préforme contre les parois du moule, ou par compaction en tirant le vide et en injectant de la pression à l'intérieur de la membrane, ou par compaction/thermoformage dans un moule/contre-moule rigide(s) (de type poinçon/matrice), etc. Le produit composite obtenu peut ensuite être retiré du moule, après refroidissement.
La présente invention a permis d’obtenir de façon simple et économique, des produits finis sans raccord (avec une bonne continuité du profil aérodynamique), sans perte ni chute de matière, et présentant une bonne résistance et une bonne tenue.
La préforme pré-consolidée selon l’invention peut notamment être utilisée pour la réalisation de produits composites dans les domaines de l'aéronautique (en particulier pour la fabrication de radômes), du bâtiment, du médical, du mobilier, de l’automobile etc. Le cas échéant, la préforme peut ne constituer qu’une zone spécifique d’un produit final composite, mais avantageusement elle permet d’obtenir directement le produit composite complet (indépendamment ensuite de l’ajout d’autres composants et accessoires).
Les produits composites obtenus, formés d’une matrice en matière polymérique renforcée par des fibres de renfort, comportent en particulier entre 55 et 75% en volume de matière polymérique, et entre 25 et 45 % en volume de fibres de renfort.
Les exemples suivants illustrent de façon non limitative la présente invention.
Exemple 1: Dans le premier exemple selon l’invention, on a réalisé une préforme formée d’un ou plusieurs tricots tri-composants, en trois dimensions de forme conique, présentant déjà toutes les matières nécessaires à l’obtention d’un produit composite de type radôme, en tricotant simultanément, pour chaque tricot, par la méthode de tricotage trame :
- en maille, un ou des fils mixtes formés de filaments d’une première matière polymérique thermoplastique P1, par exemple de polycarbonate ou de PMMA de point de fusion T1, et de filaments d’une matière de renfort, par exemple de verre ou de quartz,
- en trame, un ou des fils unidirectionnels mixtes formés de filaments d’une matière de renfort, par exemple de verre ou de quartz, et de filaments d’une deuxième matière polymérique thermoplastique P2, par exemple de PEEK de point de fusion T2.
- en maille, un ou des fils mixtes formés de filaments d’une première matière polymérique thermoplastique P1, par exemple de polycarbonate ou de PMMA de point de fusion T1, et de filaments d’une matière de renfort, par exemple de verre ou de quartz,
- en trame, un ou des fils unidirectionnels mixtes formés de filaments d’une matière de renfort, par exemple de verre ou de quartz, et de filaments d’une deuxième matière polymérique thermoplastique P2, par exemple de PEEK de point de fusion T2.
La proportion de matière P1 était de 5% en volume, celle de matière P2 de 55% en volume et celle de matière de renforts de 40% en volume.
Le ou les tricots (le cas échéant superposés) a/ont ensuite été drapé(s) sur une vessie en silicone, ce(s) tricot(s) formant alors une préforme, et l’ensemble a été déposé dans un premier moule en acier pour la pré-consolidation de la préforme. Le moule a été refermé et le vide tiré et le moule a été mis en chauffe rapide par un chauffage de type à induction jusqu’à une température supérieure ou égale à la température de fusion T1 mais inférieure à la température de fusion T2. La température a été maintenue quelques minutes. Après refroidissement, la vessie a été retirée et la préforme a été extraite du moule. Cette préforme pré-consolidée obtenue pouvait être aisément manipulée.
La préforme pré-consolidée a ensuite été placée dans un moule fermé par un contre-moule souple, puis cuite/consolidée/soumise à un traitement final de consolidation, en effectuant un traitement thermique sous vide à une température supérieure ou égale à la température de fusion T2 et inférieure à la température de changement d’état de la matière de renfort TRpour donner (après refroidissement) un produit composite, sans nécessairement ajout de résine.
Le produit composite, unitaire et sans couture, était constitué de : 5% en volume de matière P1, 55% en volume de matière P2 et 40% en volume de matière de renforts.
Exemple 2: Dans ce second exemple selon l’invention, on a réalisé une préforme formée d’un ou plusieurs tricots tri-composants, en trois dimensions de forme conique, présentant déjà toutes les matières nécessaires à l’obtention d’un produit composite de type radôme, en procédant comme dans l’exemple 1 à la différence que le ou les tricots initial/initiaux a/ont été réalisé(s) cette fois en tricotant simultanément, par la méthode de tricotage trame ; et uniquement en maille, un ou des fils mixtes formés de filaments d’une matière polymérique thermoplastique P2, par exemple de PEEK de point de fusion T2, et de filaments d’une matière de renfort, par exemple de verre ou de quartz, ce ou ces fils mixtes étant guipés par une matière thermoplastique P1 de point de fusion T1, par exemple de polycarbonate ou de PMMA,
La proportion de matière P1 était de 5% en volume, celle de matière P2 de 55% en volume et celle de matière de renforts de 40% en volume.
Le ou les tricots ont ensuite été drapée(s) sur un mandrin pour la pré-consolidation de la préforme formée du ou des tricots. A l’aide d’une sonde ultrason, une chauffe manuelle sous pression a été appliquée localement autant de fois que nécessaire pour obtenir la pré-consolidation souhaitée.
La préforme pré-consolidée ou le produit composite unitaire et sans couture obtenu en procédant ensuite comme dans l’exemple 1, étaient chacun constitués de : 5% en volume de matière P1, 55% en volume de matière P2 et 40% en volume de matière de renforts.
Exemple 3: Dans ce troisième exemple selon l’invention, on a réalisé une préforme formée d’un ou plusieurs tricots bi-composants en trois dimensions de forme conique, en tricotant par la méthode de tricotage trame:
- en maille, un ou des fils mixtes formés de filaments d’une première matière polymérique thermoplastique P1, par exemple de polycarbonate ou de PMMA de point de fusion T1, et de filaments d’une matière de renfort, par exemple de verre ou de quartz,
- en trame, un ou des fils de renfort unidirectionnels, par exemple fil(s) de verre ou de quartz.
- en maille, un ou des fils mixtes formés de filaments d’une première matière polymérique thermoplastique P1, par exemple de polycarbonate ou de PMMA de point de fusion T1, et de filaments d’une matière de renfort, par exemple de verre ou de quartz,
- en trame, un ou des fils de renfort unidirectionnels, par exemple fil(s) de verre ou de quartz.
La proportion de matière P1 était de 11% en volume, celle de matière de renforts de 89% en volume dans le tricot/dans la préforme.
Le ou les tricots ont ensuite été drapé(s) sur une vessie en silicone, ce(s) tricot(s) (le cas échéant superposés) formant ainsi une préforme, et l’ensemble a été déposé dans un premier moule en acier pour la pré-consolidation de la ou des préformes. Le moule a été refermé et le vide tiré, et le moule a été mis en chauffe rapide par un chauffage de type à induction jusqu’à une température supérieure ou égale à la température de fusion T1 mais inférieure à la température de changement d’état TR de la matière de renfort. La température a été maintenue quelques minutes. Après refroidissement, la vessie a été retirée et la préforme a été extraite du moule La préforme pré-consolidée obtenue pouvait être aisément manipulée.
La préforme pré-consolidée a ensuite été placée dans un moule fermé par un contre-moule, puis une matière polymérique P2 de point de fusion T2, par exemple en PEEK a été injectée, et la préforme a été cuite/consolidée/soumise à un traitement final de consolidation, en effectuant un traitement thermique sous vide à une température supérieure à la température de fusion T2 et inférieure à la température TRpour donner (après refroidissement) un produit composite.
Le produit composite final, unitaire et sans couture, était constitué de : 5% en volume de matière P1, 55% en volume de matière P2 et 40% en volume de matière de renforts.
Exemple 4
Dans ce quatrième exemple selon l’invention, on a réalisé une préforme formée d’un ou plusieurs tricots bi-composants en trois dimensions de forme conique, en tricotant par la méthode de tricotage trame :
- en maille, un ou des fils mixtes formés de filaments d’une première matière polymérique thermoplastique P1, par exemple de polycarbonate de point de fusion T1, et de filaments d’une matière de renfort, par exemple de verre ou de quartz,
- en trame, un ou des fils de renfort unidirectionnels, par exemple fil(s) de verre ou de quartz.
- en maille, un ou des fils mixtes formés de filaments d’une première matière polymérique thermoplastique P1, par exemple de polycarbonate de point de fusion T1, et de filaments d’une matière de renfort, par exemple de verre ou de quartz,
- en trame, un ou des fils de renfort unidirectionnels, par exemple fil(s) de verre ou de quartz.
La proportion de matière P1 était de 10% en volume, celle de matière de renforts de 90% en volume dans le tricot/dans la préforme.
Le ou les tricots ont ensuite été drapé(s) sur une vessie en silicone, ce(s) tricot(s) (le cas échéant superposés) formant ainsi une préforme.
Après dépôt sur la vessie silicone, la première étape de chauffage est réalisée en chauffant localement à l’aide d’une sonde à ultrasons.
La préforme pré-consolidée drapée sur la vessie silicone est ensuite été placée dans un moule, puis une matière polymérique thermodurcissable, par exemple en une résine époxy a été injectée, et la préforme a été cuite/consolidée/soumise à un traitement final de consolidation, en effectuant un traitement thermique sous vide à une température nécessaire à la réticulation de la résine pour donner (après refroidissement) un produit composite.
Le produit composite final, unitaire et sans couture, était constitué de : 5% en volume de matière P1, 50% en volume de matière P2 et 45% en volume de matière de renforts.
Les préformes pré-consolidées selon l'invention peuvent notamment être utilisés avec avantage pour produire de nouvelles pièces composites destinées notamment à l’aéronautique ou à être utilisées dans le domaine des radiofréquences, notamment pour la fabrication de radômes, etc.
Claims (17)
- Préforme pré-consolidée réalisée par tricotage, ladite préforme étant destinée à la fabrication d’un produit composite, cette préforme étant formée d’au moins un tricot comprenant au moins une matière polymérique et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ledit tricot comprenant une matière polymérique thermoplastique P1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme pré-consolidée et faisant office de colle dans ladite préforme pré-consolidée.
- Préforme pré-consolidée selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit tricot ou ladite préforme pré-consolidée comprend au moins une matière polymérique thermoplastique P2 présentant un point de fusion T2, cette matière polymérique P2 étant en particulier destinée à former la matrice d’un produit composite, la matière polymérique P1 présentant un point de fusion T1 inférieur au point de fusion T2, ladite matière P2 formant notamment au moins un fil de ladite préforme pré-consolidée.
- Préforme pré-consolidée selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit tricot, ou ladite préforme pré-consolidée, comprend au moins un fil d’au moins une matière polymérique, et au moins un fil de renfort.
- Préforme pré-consolidée selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit tricot est obtenu par une technique de tricotage trame rectiligne.
- Procédé de fabrication d'une préforme pré-consolidée destinée à la fabrication d'un produit composite, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort , la matière polymérique thermoplastique P1 de plus bas point de fusion T1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme,
- b) le dépôt de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule ou un support ,
-c) la fusion de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 à une température supérieure ou égale au point de fusion T1, cette température étant le cas échéant, en cas de présence d’une autre matière polymérique thermoplastique, en particulier destinée à former la matrice dudit produit composite, inférieure au point de fusion de ladite autre matière, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique P1,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle. - Procédé de fabrication d'une préforme pré-consolidée selon la revendication 5, comprenant comme étapes a) et c) les étapes suivantes :
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant au moins une matière polymérique thermoplastique P2 présentant un point de fusion T2, et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, et comprenant au moins une matière polymérique P1, de point de fusion T1 inférieur au point de fusion T2, ladite matière polymérique P1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot:
- c) la fusion de la matière polymérique P1 à une température supérieure ou égale à T1 et inférieure à T2. - Procédé selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit tricot est obtenu par une technique de tricotage trame rectiligne.
- Tricot ou préforme réalisée par tricotage, destinée à la fabrication de produit(s) composite(s), comprenant au moins une matière polymérique thermoplastique P2 présentant un point de fusion T2, cette matière polymérique P2 étant en particulier destinée à former la matrice d’un produit composite, au moins une matière polymérique P1 de point de fusion T1 inférieur au point de fusion T2, destinée en particulier à faire office de colle, la matière polymérique P1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme, et au moins une matière de renfort, la matière P1 formant en particulier un ou des fils dudit tricot ou de ladite préforme.
- Tricot ou préforme selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il ou elle comprend au moins un fil de matière de renfort, la matière polymérique P1 et/ou la matière polymérique P2 étant sous forme d’au moins un fil et/ou formant au moins un fil mixte avec une autre desdites matières et/ou étant sous forme de guipage ou d’enrobage d’au moins un fil d’une autre desdites matières.
- Procédé de fabrication d'un produit composite, ce procédé comprenant les étapes suivantes :
- le dépôt dans un moule d’au moins une préforme pré-consolidée formée d’au moins un tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ledit tricot ou ladite préforme comprenant une matière polymérique thermoplastique de point de fusion T1 constituant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme et faisant office de colle dans ladite préforme pré-consolidée, ledit tricot comprenant éventuellement au moins une autre matière polymérique de point de fusion supérieur à T1,
- éventuellement l’imprégnation par une autre matière polymérique que la matière P1,
- le traitement ou la consolidation de ladite préforme pré-consolidée, le cas échéant imprégnée, présentant au moins ladite matière polymérique de point de fusion T1, une autre matière polymérique destinée à former la matrice du produit composite et au moins un fil d’au moins une matière de renfort,ce traitement ou cette consolidation s’opérant soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermoplastique, à une température supérieure ou égale au point de fusion de cette autre matière, soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermodurcissable, par réticulation de ladite matière, pour obtenir ledit produit composite,
- le refroidissement du produit composite ainsi obtenu. - Procédé de fabrication d'un produit composite selon la revendication 10, caractérisé en ce que le taux de matière polymérique P1 dans ledit produit composite est de moins de 10% en volume dudit produit composite, en particulier est inférieur ou égal à 5%.
- Procédé de fabrication d'un produit composite selon l’une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu’une matière polymérique P2 présentant un point de fusion T2 supérieur au point de fusion T1, et destinée en particulier à former la matrice dudit produit composite, est ajoutée à la préforme pré-consolidée lors de la réalisation du composite, notamment par imprégnation de ladite préforme ou dudit tricot par ladite matière polymérique P2.
- Procédé de fabrication d'un produit composite, ce procédé comprenant les étapes suivantes :
- a) la réalisation d’au moins une préforme formée d’au moins un tricot par tricotage à partir d’au moins un fil continu, ce tricot comprenant une ou des matières polymériques thermoplastiques et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, la matière polymérique thermoplastique de plus bas point de fusion T1 représentant moins de 20% en volume dudit tricot ou de ladite préforme,
- b) le dépôt de la préforme formée d’au moins ledit tricot dans ou sur un moule ou un support,
- c) la fusion de la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 à une température supérieure ou égale au point de fusion T1, cette température étant le cas échéant, en cas de présence d’une autre matière polymérique thermoplastique, inférieure au point de fusion de ladite autre matière polymérique, pour permettre uniquement la fusion de la matière polymérique de plus bas point de fusion P1,
- d) le refroidissement de la préforme pour obtenir la préforme pré-consolidée, la matière polymérique P1 de plus bas point de fusion T1 faisant alors office de colle,
- e) le dépôt dans un moule d’au moins ladite préforme pré-consolidée,
- f) éventuellement l’imprégnation par une autre matière polymérique que la matière P1,
- g) le traitement ou la consolidation de ladite préforme pré-consolidée, le cas échéant imprégnée, présentant au moins ladite matière polymérique de point de fusion T1, une autre matière polymérique destinée à former la matrice du produit composite et au moins un fil d’au moins une matière de renfort, ce traitement ou cette consolidation s’opérant soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermoplastique, à une température supérieure ou égale au point de fusion de cette autre matière, soit, notamment dans le cas où l’autre matière polymérique est thermodurcissable, par réticulation de ladite matière, pour obtenir ledit produit composite,
- h) le refroidissement du produit composite ainsi obtenu. - Procédé selon l’une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce qu’il comprend deux étapes de traitement et/ou de chauffage et/ou de fusion de matières thermoplastiques, la première étape s’opérant à une température inférieure à la température de la deuxième étape.
- Procédé selon l’une des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que la première étape de chauffage, ou étape c, est réalisée, après drapage éventuel de la préforme sur un support souple, tel qu’une vessie en silicone et dépôt de l’ensemble dans un moule, en mettant le moule en chauffe ou en chauffant la préforme localement jusqu’à une température supérieure ou égale au point de fusion T1.
- Procédé selon l’une des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que la seconde étape de chauffage, ou étape g, est réalisée à une température supérieure à 250°C.
- Produit composite, en particulier pièce destinée à l’aéronautique ou à être utilisée dans le domaine des radiofréquences, telle qu’un radôme, obtenu par le procédé selon l’une des revendications 10 à 16 et/ou à partir de la préforme pré-consolidée selon l’une des revendications 1 à 4, ledit produit comprenant au moins une matière polymérique P2, formant la matrice dudit composite, et comprenant au moins un fil d’au moins une matière de renfort, et au moins une matière polymérique P1 représentant moins de 10% en volume dudit produit.
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- 2022-03-14 US US18/550,868 patent/US20240100739A1/en active Pending
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