WO2003004744A1 - Procede et dispositif pour realiser une nappe fibreuse par etalement de cables - Google Patents

Procede et dispositif pour realiser une nappe fibreuse par etalement de cables Download PDF

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WO2003004744A1
WO2003004744A1 PCT/FR2002/002249 FR0202249W WO03004744A1 WO 2003004744 A1 WO2003004744 A1 WO 2003004744A1 FR 0202249 W FR0202249 W FR 0202249W WO 03004744 A1 WO03004744 A1 WO 03004744A1
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wires
spreading
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Jean-Michel Guirman
Bernard Lecerf
Alain Memphis
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Snecma Propulsion Solide
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Definitions

  • the invention relates to the production of homogeneous fibrous plies by spreading cables, such plies being used in particular for the manufacture of reinforcements of parts made of composite material.
  • spreading cables such plies being used in particular for the manufacture of reinforcements of parts made of composite material.
  • To produce relatively large unidirectional fibrous webs it is well known to spread several wires or cables and to juxtapose the spread wires or cables. Spreading can be achieved by passing over curved bars (or "banana” bars) or by passing in front of an air expander.
  • Unidirectional plies thus produced can be superimposed with different directions and linked together, for example by needling, to form multidirectional plies. They can also be linked, for example also by needling with other types of fibrous textures, in particular fabrics, to constitute complex fibrous textures which are essentially bidirectional.
  • the invention aims to remedy this drawback and proposes for this purpose a method of producing a homogeneous fibrous web by spreading and juxtaposition of wires or cables, method according to which, after at least one pre-spreading of the wires or cables and the bringing of these side by side substantially in the same plane, their surface is swept by at least one air jet displaced transversely relative to the longitudinal direction of the wires or cables, so as to obtain a substantially homogeneous unidirectional sheet.
  • the air jet is moved alternately from one edge to the other of the set of wires or cables arranged side by side, while these are moved in the longitudinal direction.
  • the air jet is directed substantially perpendicular to the plane of the wires or cables.
  • the method according to the invention gives homogeneity to the unidirectional sheet by causing the filaments making up the wires or cables to vibrate by scanning with an air jet. Additional spreading of the wires or cables can be carried out during this scanning.
  • At least temporary maintenance of the sheet in the state it is in after air jet sweeping is carried out.
  • This support is advantageously obtained by passing over a roller which, at least in its part in contact with the ply, is made of a material having a coefficient of friction such that it opposes a sliding of the filaments liable to result in a tightening of the tablecloth or by discontinuities.
  • a material is for example a rubber or a foam.
  • the invention also relates to an installation allowing the implementation of the method, installation of the type comprising at least one device for pre-spreading the wires or cables, and means for driving side by side the wires or cables downstream of the device. pre-sprawl.
  • the installation further comprises at least one air jet sweeping device disposed on one side of the path of the wires or cables downstream of the pre-spreading device, a supply line for the nozzle. in pressurized air, and a member for driving the nozzle in a transverse direction relative to said path.
  • FIG. 2 is a side elevational view on an enlarged scale of the air jet scanning device of the installation of Figure 1;
  • FIG. 3 is an elevational view along the plane III-III of Figure 2;
  • FIG. 4 is a partial view showing an alternative embodiment of the installation of Figure 1;
  • FIG. 5 is a partial view showing another alternative embodiment of the installation of Figure 1.
  • each cable 10 drawn from spools 12 is opened and pre-spread by passing over curved bars 14.
  • each cable 10 passes over a succession of bars 14a, 14b, 14c by being in contact with the generatrices of the bars, convex side.
  • the pre-spread cables 10 are brought side by side on a roller 16 from which they follow a substantially vertical downward path. On this path, the assembly 18 of the cables 10 placed side by side is exposed to an air jet sweep in a transverse direction relative to the direction of movement D of the cables.
  • the scanning direction is advantageously perpendicular to the direction D, that is to say, here, substantially horizontal. Furthermore, the scanning direction is substantially parallel to the plane P formed by the set of cables 10.
  • the sweep is produced by means of an air ejection nozzle 22 carried by a support 24.
  • the latter is fixed to the end of the rod 25 of a jack 26 and is guided in its horizontal displacement by means fixed horizontal rods 28 (shown only in Figures 2 and 3) parallel to the plane 8 and on which the support 24 is engaged.
  • a flexible duct 30 supplies pressurized air to the nozzle 22.
  • the cylinder 26 is for example a pneumatic cylinder. It is controlled so as to give the nozzle 22 an alternative linear translational movement, from one edge to the other of the assembly 18 of the cables 10.
  • Other embodiments of the driving of the nozzle in its alternative horizontal movement may be used.
  • the support 22 may be integral with an endless belt passing over a drive roller and a deflection roller at the ends of the stroke of the nozzle 22, the drive roller being coupled to a motor controlled alternately in one way and the other.
  • a homogeneous sheet 20 is obtained.
  • This passes over at least one roller 32 which, at least in its part in contact with the web, is made of a material having a friction characteristic such that it opposes lateral sliding of the filaments, in order to preserve at the web its width and its homogeneity at least temporarily, until a later fixing.
  • This material is for example a rubber or a plastic foam.
  • the ply 20 On its path between the roller 16 and the roller 32, the ply 20 is free.
  • the tension of the sheet can be defined simply by calling it, downstream of the roller 32, against the weight of the individual coils 12.
  • the air jet produced by the nozzle 22 slightly deforms the ply 20 outside of the plane P. This deformation is accompanied by a vibration of the constituent filaments of the cables on the free path of the ply between the rollers 16 and 32, which promotes a substantially homogeneous distribution of these filaments over the width of the ply in combination with the lateral displacement of the nozzle 22.
  • FIG. 1 shows pre-spread cables 10 with intervals 11 between cables on the roller 16. The air jet sweep completes the spreading of the cables. he can also make a widening of the ply 20 relative to the total width of the assembly 18.
  • the homogenization of the ply 20 by air jet scanning retains its effectiveness even when an effort is made to arrange the cables 10 without intervals between them on the roller 16.
  • the passage over the roller 32 contributes to maintaining the filaments of the sheet in their relative positions, therefore to keeping the sheet in its homogeneous distribution.
  • the ply 20 can be brought to a topping station 36 supplied with a unidirectional ply 40 which is regularly coated on the ply 20 in continuous movement so that a bidirectional ply 42 is obtained.
  • the various constituent layers of the ply 42 can be linked together by light needling in a needling station 44 and the ply obtained can be stored on a take-up roller 46.
  • Such an embodiment of multidirectional ply by layering and needling of superimposed unidirectional plies in different directions is well known.
  • a pre-spreading or pre-opening of the cables 10, before homogenization and spreading by air jet scanning, may not be necessary, but is most often preferable for separating the filaments of the cables from one another, these which can be more or less mutually bonded by the presence of a size.
  • FIG. 4 illustrates an alternative embodiment according to which the pre-spreading of the cables 10 is carried out by passing over a split tube.
  • the cables 10 are initially separated into two groups.
  • One cable in two passes over a first tube 50, upstream of the roller 16, while the other cables pass over a second tube 52 also upstream of the roller 16.
  • Each tube 50, 52 is provided slots 50a, 52a formed through their wall and extending over a limited length parallel to the axis of the tube.
  • the slits can be made by laser cutting.
  • the tubes 50, 52 are closed at one end and supplied at their other end with pressurized air by means of conduits 54, 56.
  • Each cable 10 passes over a slot 50a, 52a, the tubes 50, 52 being oriented perpendicular to the paths of the cables 10.
  • the jet of air emitted through each slot causes the cable located opposite to widen. It is possible to pass the cables over a common slotted tube, but the slots, and therefore the pre-spread cables, must be sufficiently spaced so that the air jet for expanding a cable does not disturb the widening of a neighboring cable.
  • FIG. 5 illustrates another alternative embodiment according to which the ply 20, after passing between the rollers 32, 34, is superimposed on a fibrous texture 60 fed separately, for example a strip of fabric.
  • the complex 62 formed by the sheet 20 and the fabric 60 is wound on a mandrel 64 in order to form an annular cylindrical fibrous preform.
  • the fibrous layers superimposed on the mandrel 64 can be bonded together by needling by means of a needle board 66 which extends along a generatrix of the mandrel and which is driven in alternating movement in the radial direction.
  • the invention is remarkable in that it allows, by simple and inexpensive means, to obtain a homogeneous sheet from several spread cables.
  • the process is preferably carried out with high titer cables.
  • homogeneous unidirectional layers of carbon fibers of width varying from 30 to 50 cm have been successfully produced from 48 K carbon cables (48,000 filaments) marketed under the reference “Panex 35-48K” by company of the United States of America "ZOLTEK”.

Abstract

Après au moins un pré-étalement des fils ou câbles (10) et l'amenée de ceux-ci côte à côte sensiblement dans un même plan, on balaie leur surface par au moins un jet d'air (22) déplacé transversalement par rapport à la direction longitudinale des fils ou câbles, de manière à obtenir une nappe (20) sensiblement unidirectionnelle homogène.

Description

Titre de l'invention
Procédé et dispositif pour réaliser une nappe fibreuse par étalement de câbles.
Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne la réalisation de nappes fibreuses homogènes par étalement de câbles, de telles nappes étant notamment utilisées pour la fabrication de renforts de pièces en matériau composite. Pour réaliser des nappes fibreuses unidirectionnelles de relativement grande largeur, il est bien connu d'étaler plusieurs fils ou câbles et de juxtaposer les fils ou câbles étalés. L'étalement peut être réalisé par passage sur des barreaux courbes (ou barreaux "bananes") ou par passage devant élargisseur à air.
Des nappes unidirectionnelles ainsi réalisées peuvent être superposées avec des directions différentes et liées entre elles, par exemple par aiguilletage, pour former des nappes multidirectionnelles. Elles peuvent aussi être liées, par exemple également par aiguilletage avec d'autres types de textures fibreuses, notamment des tissus, pour constituer des textures fibreuses complexes essentiellement bidirectionnelles.
Afin de réduire les coûts de réalisation de nappes fibreuses, il est souhaitable, en particulier lorsqu'elles sont en fibres de carbone, d'utiliser comme produits de départ des gros fils ou câbles disponibles dans le commerce dont le prix par unité de masse est sensiblement inférieur à celui de fils plus petits.
Toutefois, la demanderesse a observé que la réalisation de nappes homogènes par étalement de gros fils ou câbles et juxtaposition des fils ou câbles étalés est plus délicate qu'avec des fils plus petits. En effet, des discontinuités (recouvrements ou espaces) sont difficiles à éviter aux jonctions entre fils ou câbles étalés.
Objets et résumé de l'invention
L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et propose à cet effet un procédé de réalisation d'une nappe fibreuse homogène par étalement et juxtaposition de fils ou câbles, procédé selon lequel, après au moins un pré-étalement des fils ou câbles et l'amenée de ceux-ci côte à côte sensiblement dans un même plan, on balaie leur surface par au moins un jet d'air déplacé transversalement par rapport à la direction longitudinale des fils ou câbles, de manière à obtenir une nappe sensiblement unidirectionnelle homogène. Avantageusement, le jet d'air est déplacé alternativement d'un bord à l'autre de l'ensemble des fils ou câbles disposés côte à côte, tandis que ceux-ci sont déplacés en direction longitudinale.
De préférence, le jet d'air est dirigé sensiblement perpendiculairement au plan des fils ou câbles. Le procédé conforme à l'invention confère une homogénéité à la nappe unidirectionnelle en provoquant une vibration des filaments constitutifs des fils ou câbles par le balayage par jet d'air. Un étalement supplémentaire des fils ou câbles peut être réalisé lors de ce balayage.
De préférence, un maintien au moins temporaire de la nappe dans l'état où elle se trouve après balayage par jet d'air est réalisé. Ce maintien est avantageusement obtenu par passage sur un rouleau qui, au moins dans sa partie en contact avec la nappe, est en matériau présentant un coefficient de frottement tel qu'il s'oppose à un glissement des filaments susceptible de se traduire par un resserrement de la nappe ou par des discontinuités. Un tel matériau est par exemple un caoutchouc ou une mousse.
L'invention vise aussi une installation permettant la mise en oeuvre du procédé, installation du type comportant au moins un dispositif de pré-étalement des fils ou câbles, et des moyens d'entraînement côte à côte des fils ou câbles en aval du dispositif de pré-étalement.
Selon l'invention, l'installation comporte en outre au moins un dispositif de balayage par jet d'air disposé d'un côté du trajet des fils ou câbles en aval du dispositif de pré-étalement, une conduite d'alimentation de la buse en air sous pression, et un organe d'entraînement de la buse en direction transversale par rapport audit trajet. Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue très schématique d'un mode de réalisation d'une installation conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue en élévation latérale à échelle agrandie du dispositif de balayage par jet d'air de l'installation de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en élévation selon le plan III-III de la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue partielle montrant une variante de réalisation de l'installation de la figure 1 ; et
- la figure 5 est une vue partielle montrant une autre variante de réalisation de l'installation de la figure 1.
Description détaillée de modes de réalisation
Dans l'installation des figures 1 à 3, plusieurs câbles 10 tirés de bobines 12 sont ouverts et pré-étalés par passage sur des barreaux courbes 14. Dans l'exemple illustré, chaque câble 10 passe sur une succession de barreaux 14a, 14b, 14ç en étant en contact avec des génératrices des barreaux, côté convexe.
Les câbles 10 pré-étalés sont ramenés côte à côte sur un rouleau 16 à partir duquel ils suivent un trajet descendant sensiblement vertical. Sur ce trajet, l'ensemble 18 des câbles 10 disposés côte à côte est exposé à un balayage par jet d'air en direction transversale par rapport à la direction de déplacement D des câbles. La direction de balayage est avantageusement perpendiculaire à la direction D, c'est-à-dire, ici, sensiblement horizontale. En outre, la direction de balayage est sensiblement parallèle au plan P formé par l'ensemble des câbles 10.
Le balayage est produit au moyen d'une buse d'éjection d'air 22 portée par un support 24. Celui-ci est fixé à l'extrémité de la tige 25 d'un vérin 26 et est guidée dans son déplacement horizontal au moyen de tiges horizontales fixes 28 (montrées uniquement sur les figures 2 et 3) parallèles au plan 8 et sur lesquelles le support 24 est engagé. Un conduit souple 30 amène de l'air sous pression à la buse 22. Le vérin 26 est par exemple un vérin pneumatique. Il est commandé de manière à conférer à la buse 22 un mouvement de translation linéaire alternatif, d'un bord à l'autre de l'ensemble 18 des câbles 10. D'autres modes de réalisation de l'entraînement de la buse dans son mouvement horizontal alternatif pourront être utilisés. Par exemple, le support 22 pourra être solidaire d'une courroie sans fin passant sur un rouleau d'entraînement et un rouleau de renvoi aux extrémités de la course de la buse 22, le rouleau d'entraînement étant couplé à un moteur commandé alternativement dans un sens et dans l'autre.
Après balayage par le jet d'air, une nappe homogène 20 est obtenue. Celle-ci passe sur au moins un rouleau 32 qui, au moins dans sa partie en contact avec la nappe, est réalisé en un matériau présentant une caractéristique de frottement telle qu'il s'oppose à un glissement latéral des filaments, afin de conserver à la nappe sa largeur et son homogénéité au moins de façon temporaire, jusqu'à une fixation ultérieure. Ce matériau est par exemple un caoutchouc ou une mousse de matière plastique. L'adhérence entre le rouleau 32 et les filaments de la nappe doit toutefois rester limitée pour éviter un entraînement de filaments par le rouleau 32 hors de la nappe.
Sur son trajet entre le rouleau 16 et le rouleau 32, la nappe 20 est libre. La tension de la nappe peut être définie simplement par l'appel de celle-ci, en aval du rouleau 32, à rencontre du poids des bobines individuelles 12. Comme le montre schématiquement la figure 2, le jet d'air produit par la buse 22 déforme légèrement la nappe 20 hors du plan P. Cette déformation s'accompagne d'une vibration des filaments constitutifs des câbles sur le trajet libre de la nappe entre les rouleaux 16 et 32, ce qui favorise une répartition sensiblement homogène de ces filaments sur la largeur de la nappe en combinaison avec le déplacement latéral de la buse 22.
Une nappe homogène 20 sensiblement unidirectionnelle est obtenue même lorsque les câbles 10 pré-étalés ne sont pas initialement disposés exactement adjacents dans l'ensemble 18. La figure 1 montre des câbles 10 pré-étalés avec des intervalles 11 entre câbles sur le rouleau 16. Le balayage par le jet d'air complète l'étalement des câbles. Il peut également réaliser un élargissement de la nappe 20 par rapport à la largeur totale de l'ensemble 18.
Bien entendu, l'homogénéisation de la nappe 20 par balayage par jet d'air conserve son efficacité même lorsque l'on s'efforce de disposer les câbles 10 sans intervalles entre eux sur le rouleau 16.
Le passage sur le rouleau 32 contribue au maintien des filaments de la nappe dans leurs positions relatives, donc au maintien de la nappe dans sa distribution homogène.
Après passage sur le rouleau 32, la nappe 20 peut être amenée à un poste de nappage 36 alimenté par une nappe unidirectionnelle 40 qui est nappée régulièrement sur la nappe 20 en défilement continu de sorte qu'une nappe bidirectionnelle 42 est obtenue. Les différentes couches constitutives de la nappe 42 peuvent être liées entre elles par aiguilletage léger dans un poste d'aiguilletage 44 et la nappe obtenue peut être stockée sur un rouleau récepteur 46. Une telle réalisation de nappe multidirectionnelle par nappage et aiguilletage de nappes unidirectionnelles superposées dans des directions différentes est bien connue.
Un pré-étalement ou pré-ouverture des câbles 10, avant homogénéisation et étalement par balayage par jet d'air, peut ne pas être nécessaire, mais est le plus souvent préférable pour séparer les filaments des câbles les uns des autres, ceux-ci pouvant être plus ou moins mutuellement collés par la présence d'un ensimage.
La figure 4 illustre une variante de réalisation selon laquelle le pré-étalement des câbles 10 est réalisé par passage sur un tube fendu.
Dans l'exemple illustré, les câbles 10 sont séparés initialement en deux groupes. Un câble sur deux passe au-dessus d'un premier tube 50, en amont du rouleau 16, tandis que les autres câbles passent au- dessus d'un deuxième tube 52 également en amont du rouleau 16. Chaque tube 50, 52 est muni de fentes 50a, 52a formées à travers leur paroi et s'étendant sur une longueur limitée parallèlement à l'axe du tube.
Les fentes peuvent être réalisées par découpe laser.
Les tubes 50, 52 sont obturés à une extrémité et alimentés à leur autre extrémité en air sous pression au moyen de conduites 54, 56. Chaque câble 10 passe au regard d'une fente 50a, 52a, les tubes 50, 52 étant orientés perpendiculairement aux trajets des câbles 10. Le jet d'air émis à travers chaque fente provoque un élargissement du câble situé en regard. II est possible de faire passer les câbles sur un tube fendu commun mais les fentes, et, par conséquent, les câbles pré-étalés, doivent être suffisamment espacés pour que le jet d'air d'élargissement d'un câble ne perturbe pas l'élargissement d'un câble voisin.
La figure 5 illustre une autre variante de réalisation selon laquelle la nappe 20, après passages entre les rouleaux 32, 34, est superposée à une texture fibreuse 60 alimentée séparément, par exemple une bande de tissu. Le complexe 62 formé par la nappe 20 et le tissu 60 est bobine sur un mandrin 64 afin de former une préforme fibreuse cylindrique annulaire. Les couches fibreuses superposées sur le mandrin 64 peuvent être liées entre elles par aiguilletage au moyen d'une planche à aiguilles 66 qui s'étend le long d'une génératrice du mandrin et qui est animée dans mouvement alternatif en direction radiale.
L'invention est remarquable en ce qu'elle permet, par des moyens simples et peu coûteux, d'obtenir une nappe homogène à partir de plusieurs câbles étalés. Le procédé est de préférence mis en oeuvre avec des câbles de titre élevé. Par exemple, des nappes homogènes unidirectionnelles en fibres de carbone de largeur variant de 30 à 50 cm ont été réalisées avec succès à partir de câbles de carbone de 48 K (48 000 filaments) commercialisés sous la référence "Panex 35-48K" par la société des Etats-Unis d'Amérique "ZOLTEK".

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'une nappe fibreuse par étalement et juxtaposition de fils ou câbles, caractérisé en ce que, après au moins un pré-étalement des fils ou câbles et l'amenée de ceux-ci côte à côte sensiblement dans un même plan, on balaie leur surface par au moins un jet d'air déplacé transversalement par rapport à la direction longitudinale des fils ou câbles, de manière à obtenir une nappe sensiblement unidirectionnelle homogène.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jet d'air est déplacé alternativement d'un bord à l'autre de l'ensemble des fils ou câbles disposés côte à côte, tandis que ceux-ci sont déplacés en direction longitudinale.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le jet d'air est dirigé sensiblement perpendiculairement au plan des fils ou câbles.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un étalement supplémentaire des fils ou câbles est réalisé par le balayage par jet d'air.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, après balayage par jet d'air, la nappe obtenue passe sur un rouleau qui, au moins dans sa partie en contact avec la nappe, est en matériau présentant un coefficient de frottement tel qu'il s'oppose à un glissement des filaments constitutifs de la nappe afin de maintenir celle-ci sous forme étalée.
6. Installation pour la réalisation d'une nappe fibreuse comportant au moins un dispositif de pré-étalement des fils ou câbles, et des moyens d'entraînement côte à côte des fils ou câbles en aval du dispositif de pré-étalement, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins un dispositif de balayage par jet d'air disposé d'un côté du trajet des fils ou câbles en aval du dispositif de pré-étalement, une conduite d'alimentation de la buse en air sous pression, et un organe d'entraînement de la buse en direction transversale par rapport audit trajet.
7. Installation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de pré-étalement comprend au moins un tube avec au moins une fente formée en direction sensiblement longitudinale dans la paroi du tube, et des moyens d'alimentation du tube en air sous pression.
8. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, en aval du dispositif de balayage, au moins un rouleau disposé sur le trajet de la nappe et constitué, au moins dans sa partie en contact avec la nappe, d'un matériau choisi parmi une mousse et un caoutchouc.
PCT/FR2002/002249 2001-06-29 2002-06-28 Procede et dispositif pour realiser une nappe fibreuse par etalement de cables WO2003004744A1 (fr)

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