WO2014131962A1 - Preparation d'un produit textile semi-fini destine a l'injection thermoplastique, et produit ainsi obtenu - Google Patents

Preparation d'un produit textile semi-fini destine a l'injection thermoplastique, et produit ainsi obtenu Download PDF

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WO2014131962A1
WO2014131962A1 PCT/FR2014/050304 FR2014050304W WO2014131962A1 WO 2014131962 A1 WO2014131962 A1 WO 2014131962A1 FR 2014050304 W FR2014050304 W FR 2014050304W WO 2014131962 A1 WO2014131962 A1 WO 2014131962A1
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WO
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thermoplastic
semi
thermoplastic compound
textile product
draining
Prior art date
Application number
PCT/FR2014/050304
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English (en)
Inventor
Jérôme Maupetit
Philippe Sanial
Original Assignee
Chomarat Textiles Industries
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Publication date
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/546—Measures for feeding or distributing the matrix material in the reinforcing structure
    • B29C70/547—Measures for feeding or distributing the matrix material in the reinforcing structure using channels or porous distribution layers incorporated in or associated with the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
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    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/22—Thermoplastic resins

Definitions

  • the invention relates to the preparation of a semi-finished textile product comprising a drainage layer associated with a reinforcing fabric impregnated with thermoplastic polymer core.
  • the field of use of the present invention relates to composite materials that can be made by injection molding a thermoplastic resin. These composites can particularly find an application in the automotive industry, boating, sports and leisure. PRIOR STATE OF THE TECHNIQUE
  • the manufacture of composite parts combining textile reinforcements and resin can be implemented according to different techniques well described in the prior art. It may especially be infusion molding or injection molding.
  • the infusion consists in making a composite part by stacking in a mold several layers of reinforcing fabrics and then spreading resin within this stack. The homogeneous distribution of the resin is ensured by putting the whole under vacuum. Once the air evacuated and the resin distributed, the latter is cured or crosslinked in the case of thermoset resins.
  • the distribution of the resin can be facilitated by positioning a drainage element between the reinforcing fabrics.
  • a relatively viscous resin is injected at several points to penetrate a multilayer reinforcement.
  • the homogeneous distribution of the resin can be ensured by the presence of a perforated structure within the reinforcement, forming a draining layer.
  • the resin is then cured or cured in the case of a thermoplastic to form the composite part.
  • thermoplastic resin can be problematic and this despite the improvement of multilayer reinforcements used in molding processes by injection of the prior art.
  • the reinforcements may include areas of porosity within the son constituting them, thus causing a decrease in the mechanical properties of the composite part.
  • the injection of a thermoplastic material by nature viscous does not penetrate sufficiently to heart.
  • the Applicant has developed a method to overcome these problems by ensuring the impregnation of a thermoplastic compound in the core of the reinforcement, especially in the context of thermoplastic injection molding.
  • This method makes it possible to solve the problems of porosity during the injection of thermoplastic material on the reinforcement.
  • the method of the invention relates to the preparation of a semi-finished textile product for use in a conventional over-injection process. Only once this semifinished textile product has been produced is it placed in a mold in which a molten thermoplastic resin is injected so as to obtain, after cooling, a composite part. The product thus obtained can be assimilated to a partially pre-impregnated material in that it comprises a fraction of thermoplastic material and that the final composite material will be obtained by adding the additional resin fraction provided during the injection.
  • This semi-finished textile product comprises at least one reinforcing layer whose threads are impregnated at the end of the process described hereinabove.
  • thermoplastic material It involves impregnating the son of one or more thermoplastic compounds.
  • the interstices between filaments constituting the son are better impregnated with thermoplastic material by means of the method according to the invention.
  • the present invention relates to a process for the preparation of a semi-finished textile product for thermoplastic injection, according to which a multilayer complex comprising at least one reinforcing layer associated with at least one draining layer, is impregnated with at least one thermoplastic compound by passing through an aqueous solution containing said at least one a thermoplastic compound.
  • thermoplastic compound used is thus distinguished in the impregnation of the multilayer complex, of the thermoplastic resin used later in the preparation of the semi-finished textile product in order to produce a composite part.
  • the multilayer complex is impregnated with the thermoplastic compound to form the semifinished textile product according to the method of the invention.
  • the semi-finished textile product that is to say the impregnated multilayer complex, can then be used to produce a composite part by injection of the thermoplastic resin.
  • thermoplastic aqueous solution is used to designate the aqueous solution containing at least one thermoplastic compound implemented in the method of the invention.
  • thermoplastic aqueous solution containing at least one thermoplastic compound implemented in the method of the invention.
  • Various variants can be envisaged concerning the multilayer complex.
  • the multilayer complex may thus consist of a single reinforcing layer associated, that is to say mechanically secured to a single draining layer.
  • the multilayer complex is formed by the association between the reinforcing textile and the draining.
  • the drainant previously made from filaments (or son), is complexed with the reinforcement.
  • a second reinforcement may be associated with the draining so as to form a sandwich structure.
  • the multilayer complex comprises at least one draining layer interposed between two reinforcing layers, the draining layer being advantageously mechanically secured to the two reinforcing layers.
  • the draining layer may be in the form of a grid, a knit, or a three-dimensional knit.
  • a grid has a structure openwork ensuring a homogeneous distribution of the resin during the injection steps of the thermoplastic resin.
  • the open areas between the crossings of the different son of the grid allow passage and creep of the aqueous solution of the thermoplastic resin.
  • a knit has a relatively loose and deformable structure, allowing not only the passage of the thermoplastic aqueous solution but also the passage of the thermoplastic resin.
  • the knit has the advantage of having a relatively uniform thickness that is constant under pressure, and therefore, in a suitable manner, resists crushing to ensure permanent creep of the thermoplastics.
  • a three-dimensional knit also known as a double-sided knit, has a thickness generated by knitting at least two plies of yarn with binding yarns.
  • the draining layer may in particular be manufactured from synthetic yarns based on, for example, polyester, polyamide, or from twisted glass yarns. It may also be son made of thermoplastic material, preferably identical to the material injected or at least compatible with this material.
  • the twisted glass yarns exhibit good resilience and compressibility resistance in a manner similar to a synthetic monofilament, but with a much higher quality of mechanization.
  • the reinforcing layer it may advantageously be made from high-tenacity yarns, and especially glass, aramid, carbon or equivalent yarns.
  • the backing layer may also be in the form of a chopped fiber mat or a woven fabric from continuous yarns, or a sheet of straight NCF yarns ("Non Crimp Fabric”). "), Or the superposition of several plies of sewn rectilinear son, thus ensuring a multi-axial reinforcement.
  • the reinforcing layer may also result from the combination of several elementary layers of the same nature or of different natures.
  • the draining / reinforcing association is generally carried out by gluing, by needling, or advantageously by sewing. Process
  • the impregnation of the multilayer complex is carried out at the core of the son forming the reinforcing layer or layers. It is a question of impregnating at best the interstices existing between the filaments constituting the threads.
  • the draining layer retains its permeability to the thermoplastic resin, once the multilayer complex impregnated.
  • thermoplastic compound used in the impregnation of the multilayer complex is advantageously a polymer which may especially be chosen from the group comprising polyamides; acrylics (especially polymethyl methacrylate); polyurethanes and TPU (thermoplastic polyurethane), vinyl polyacetates; EVA (ethylene vinyl acetate); styrene / butadiene; polyesters; PE (polyethylene); PP (polypropylene); PPS (polyphenylene sulfide); and PEEK (polyetheretherketone or, in English "polyether ether ketone”).
  • the thermoplastic compound is water-dispersible, thus making it possible to prepare a homogeneous aqueous solution. In other words, it can be dispersed in water at concentrations of between 6 and 600 g / L of water.
  • the concentration of thermoplastic compound in the aqueous solution is between 200 and 500 g / l, more advantageously between 200 and 300.
  • the viscosity of the resulting aqueous solution is advantageously less than 100 mPa.s, which facilitates impregnation of the fibers with the aqueous solution.
  • the duration of impregnation, or speed of passage of the multilayer complex in the bath is advantageously between 0.5 and 20 m / min, depending on the type of reinforcement to be impregnated.
  • the impregnated multilayer complex it is advantageously dried at a temperature which can be between 100 and 300 ° C, more preferably between 150 and 200 ° C.
  • This drying step is preferably carried out in a hot air oven or on a heating cylinder.
  • the impregnation of the multilayer complex may comprise a passage in at least two baths, all having concentrations of thermoplastic compound that can be distinct.
  • the concentration of the second bath may be lower than that of the first.
  • the concentration of the first bath may be lower than that of the second bath, in order to favor the impregnation of the core fibers.
  • the second bath having a higher concentration and viscosity, allows for a more surface coating of the fiber or to increase the level of thermoplastic compound of the semi-finished product.
  • thermoplastic aqueous phase does not close the draining layer which retains its resin permeability properties.
  • thermoplastic compound is of the same nature as the thermoplastic resin subsequently used to manufacture the composite part.
  • polymer chains are preferably of higher molecular weight for the thermoplastic resin.
  • the impregnating composition is not charged.
  • the melting temperature of the thermoplastic compound is such that the compound remains stable during the subsequent injection process.
  • the impregnation with the thermoplastic compound makes it possible to bind the filaments and to preserve the self-draining nature during the injection.
  • the skilled person will know how to choose the compound thermoplastic depending on the final properties desired for the composite part.
  • thermoplastic aqueous solution comprises a crosslinking agent of the thermoplastic compound.
  • the aqueous solution may comprise between 0.5 and 20% by weight of crosslinking agent.
  • the partial crosslinking of the thermoplastic compound makes it possible in particular to improve the temperature resistance during the injection step to manufacture the composite part.
  • the cohesion between the son of the reinforcement, improved by this partial crosslinking also allows the holding of the composite part itself during its subsequent use, if the latter occurs at high temperatures.
  • the crosslinking phenomenon remains a minority and does not alter the essentially thermoplastic character of the impregnating compound.
  • the partial crosslinking can in particular be carried out by firing as a result of the heating step to remove water from the aqueous solution.
  • the crosslinking agent may especially be chosen from the group comprising amines, melamines, epoxies, methacrylic and acrylic esters.
  • the impregnation of the multilayer complex makes it possible to obtain a semi-finished textile product having draining channels whose quality and regularity are obtained by fixing the self-draining structure.
  • the presence of the thermoplastic compound makes it possible to maintain the self-draining structure until the thermoplastic compound particles are melted by the resin subsequently injected.
  • thermoplastic compound In the impregnated semi-finished textile product, the thermoplastic compound is in fact deposited in the heart of the yarns.
  • the resin may have strong bonding properties to create bonds between son and avoid micro-stress and delamination between son.
  • thermoplastic impregnating compound and the thermoplastic injection resin must be compatible in order to limit the risk of delamination on the surface of the fibers.
  • the present invention makes it possible to improve and make the interface the reinforcement and the resin more compatible. This increases the mechanical performance of the final composite.
  • thermoplastic compound impregnated at the core of the reinforcement makes it possible to keep the wires in their initial position and to limit the deformation of the reinforcement under the injection pressure.
  • the method of the invention allows the impregnation of the filaments in the heart of the son, which is not possible with the thermoplastic resin during injection because the latter has a viscosity too high. On the other hand, the speed of the injection process does not promote this impregnation heart of the fiber.
  • the method according to the invention thus makes it possible to reduce the porosity of the core of the reinforcements and thus to improve the mechanical properties of the resulting composite part.
  • the semi-finished textile product obtained after the process described above comprises between 2 and 40% of thermoplastic compound retained after impregnation, in dry weight relative to the dry weight of the semi-finished textile product, plus advantageously still between 5 and 15%.
  • the presence of this amount of thermoplastic compound within the semifinished textile product makes it possible to supplement the quantity necessary for the improved production of the part during the injection process.
  • the multilayer complex may have a plurality of unitary reinforcing layer / draining layer elements.
  • the semi-finished textile product may comprise a stack of n draining layers and n + 1 reinforcing layers, each draining layer being interposed between two layers of reinforcements, n being an integer greater than or equal to 2.
  • each draining layer is associated (mechanically secured) to at least one of the reinforcements with which it is in contact.
  • the product is constituted a stack of reinforcement / draining.
  • the semi-finished textile product thus obtained has deformability properties.
  • some applications require a more limited deformability of the complex, the association between the draining layer (s) and the reinforcing layer (s) can be obtained by combining the characteristic bonding with an assembly by sewing or knitting the different layers between they. This makes it possible to retain a deformability of the appreciable assembly in the case of producing pieces of complex geometry, while increasing the resistance to delamination. This type of assembly makes it possible not to compress the layers too strongly while ensuring good bonding thereof.
  • This aspect may be particularly important especially when the reinforcement is preformed hot.
  • the melting of the particles of the dispersion releases the reinforcing filaments and thus allows a spreading of the reinforcement threads and thus an optimization of the mechanical performances. by removing areas rich in resin and unreinforced.
  • a multilayer complex comprising two reinforcing fabrics of 600 g / m 2 plain weave based on glass yarns of unitary title 1200 Tex disposed on either side of a draining net formed of a knit fabric, with a weight per unit area 110 g / m 2 , 0.7 mm thick (measured at 0.6 bar pressure), and made from monofilament polyester yarns with a unit weight of 280 dTex is prepared.
  • the three layers are sewn with 167 dTex polyester yarn.
  • This multilayer complex is then immersed for 30 seconds in an aqueous solution containing a copolyamide dispersion whose concentration (20%) makes it possible to obtain a semifinished textile product containing 10% by dry weight of thermoplastic compound.
  • the whole is then dried in an oven at 150 ° C. to evacuate all the water present in the semi-finished textile product for a period of approximately a few minutes.
  • a complex analogous to that of Example 1 is impregnated with an aqueous dispersion of styrene-butadiene resin crosslinked with 10% by weight of melamine resin relative to the amount of styrene butadiene.
  • the dry matter concentration of the aqueous dispersion is 26% in order to achieve a content of 20% by weight of styrene-butadiene resin relative to the total weight.
  • the whole is then dried in an oven to evacuate the residual water present on the product.
  • the speed of this continuous process from complex roll is 2 m / min.

Abstract

Un procédé de préparation d'un produit textile semi-fini destiné à l'injection thermoplastique, selon lequel un complexe multicouche comprenant au moins une couche de renfort associée à une couche drainante, est imprégné avec au moins un composé thermoplastique par passage dans une solution aqueuse contenant ledit au moins un composé thermoplastique. Ainsi que le produit obtenu par ce procédé.

Description

PREPARATION D'UN PRODUIT TEXTILE SEMI-FINI DESTINE A
L'INJECTION THERMOPLASTIQUE, ET PRODUIT AINSI OBTENU
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne la préparation d'un produit textile semi-fini comprenant une couche drainante associée à un tissu renfort imprégné à cœur de polymère thermoplastique. Le domaine d'utilisation de la présente invention concerne les matériaux composites pouvant être fabriqués par injection d'une résine thermoplastique. Ces composites peuvent notamment trouver une application dans l'industrie automobile, le nautisme, les sports et loisirs. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE
La fabrication de pièces composites combinant des renforts textiles et de la résine, peut être mise en œuvre selon différentes techniques bien décrites dans l'art antérieur. Il peut notamment s'agir de moulage par infusion ou de moulage par injection.
L'infusion consiste à réaliser une pièce composite en empilant dans un moule plusieurs couches de tissus de renfort et ensuite diffuser de la résine au sein de cet empilement. La répartition homogène de la résine est assurée en mettant l'ensemble sous vide. Une fois l'air évacué et la résine répartie, cette dernière est durcie voire réticulée dans le cas de résines thermodures.
Comme le décrit le document WO 2005/118266, la répartition de la résine peut être facilitée en positionnant un élément drainant entre les tissus de renfort. Dans les procédés de moulage par injection, une résine relativement visqueuse est injectée en plusieurs points afin de pénétrer un renfort multicouche. La répartition homogène de la résine peut être assurée par la présence d'une structure ajourée au sein du renfort, formant une couche drainante . La résine est ensuite réticulée ou durcie dans le cas d'un thermoplastique, pour former la pièce composite.
Toutefois, la répartition de résine thermoplastique peut être problématique et ce en dépit de l'amélioration des renforts multicouches utilisés dans les procédés de moulage par injection de l'art antérieur. En effet, les renforts peuvent comprendre des zones de porosité au sein des fils les constituant, entraînant ainsi une baisse des propriétés mécaniques de la pièce composite. En d'autres termes, l'injection d'une matière thermoplastique par nature visqueuse ne pénètre pas suffisamment à cœur.
On pourrait imaginer que la pénétration de la résine soit améliorée par une injection sous haute pression, mais cela engendrerait une déformation/écrasement de la couche drainante et du renfort qui dégraderait les propriétés mécanique de l'ensemble. Le Demandeur a mis au point un procédé permettant de remédier à ces problèmes en assurant l'imprégnation d'un composé thermoplastique au cœur du renfort, notamment dans le cadre du moulage par injection thermoplastique.
Ce procédé permet de résoudre les problématiques de porosité lors de l'injection de matière thermoplastique sur le renfort.
EXPOSE DE L'INVENTION
Le procédé objet de l'invention concerne la préparation d'un produit textile semi-fini destiné à être utilisé dans un procédé de sur-injection classique. Ce n'est qu'une fois ce produit textile semi-fini réalisé qu'il est placé dans un moule dans lequel est injectée une résine thermoplastique fondue de manière à obtenir, après refroidissement, une pièce composite. Le produit ainsi obtenu peut s'assimiler à un matériau partiellement préimprégné en ce sens qu'il comporte une fraction de matériau thermoplastique et que le matériau composite final sera obtenu par ajout de la fraction de résine supplémentaire apportée lors de l'injection. Ce produit textile semi-fini comprend au moins une couche de renfort dont les fils sont imprégnés à l'issue du procédé présentement décrit.
Il s'agit d'imprégner les fils d'un ou plusieurs composés thermoplastiques. En d'autres termes, les interstices entre filaments constituant les fils sont mieux imprégnés de matière thermoplastique au moyen du procédé selon l'invention.
Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de préparation d'un produit textile semi-fini destiné à l'injection thermoplastique, selon lequel un complexe multicouche comprenant au moins une couche de renfort associée à au moins une couche drainante, est imprégné avec au moins un composé thermoplastique par passage dans une solution aqueuse contenant ledit au moins un composé thermoplastique.
On distingue donc le composé thermoplastique mis en œuvre dans l'imprégnation du complexe multicouche, de la résine thermoplastique utilisée ultérieurement à la préparation du produit textile semi-fini afin de réaliser une pièce composite.
Le complexe multicouche est imprégné par le composé thermoplastique pour former le produit textile semi-fini selon le procédé objet de l'invention. Le produit textile semi- fini, c'est-à-dire le complexe multicouche imprégné, peut être ensuite utilisé pour réaliser une pièce composite par injection de la résine thermoplastique.
Pour plus de clarté, dans la suite de la description, le terme « solution aqueuse thermoplastique » est utilisé pour désigner la solution aqueuse contenant au moins un composé thermoplastique mise en œuvre dans le procédé de l'invention. Diverses variantes peuvent être envisagées concernant le complexe multicouche.
Le complexe multicouche peut ainsi être constitué d'une seule couche de renfort associée c'est-à-dire mécaniquement solidaire à une seule couche drainante. Dans la pratique, le complexe multicouche est formé par l'association entre le textile de renfort et le drainant. Le drainant, préalablement fabriqué à partir de filaments (ou fils), est complexé avec le renfort. Un deuxième renfort peut être associé au drainant de manière à former une structure en sandwich. Selon ce mode de réalisation particulier, le complexe multicouche comprend au moins une couche drainante intercalée entre deux couches de renfort, la couche drainante étant avantageusement mécaniquement solidaire des deux couches de renfort.
La couche drainante peut se présenter sous la forme d'une grille, d'un tricot, ou d'un tricot tridimensionnel.
Selon les connaissances de l'homme du métier, une grille présente une structure ajourée assurant une répartition homogène de la résine lors des étapes d'injection de la résine thermoplastique. Les zones ouvertes entre les croisements des différents fils de la grille permettent le passage et le fluage de la solution aqueuse de la résine thermoplastique.
Un tricot présente une structure relativement lâche et déformable, permettant non seulement le passage de la solution aqueuse thermoplastique mais aussi le passage de la résine thermoplastique. Le tricot présente l'avantage de présenter une épaisseur relativement régulière constante sous pression, résistant donc de manière convenable à l'écrasement pour assurer un fluage permanent des matières thermoplastiques.
Un tricot tridimensionnel, également appelé tricot double face, présente une épaisseur générée par un tricotage d'au moins deux nappes de fils avec des fils de liage.
De manière générale, la couche drainante peut notamment être fabriquée à partir de fils synthétiques à base, par exemple, de polyester, de polyamide, ou à partir de fils de verre retordus. Il peut également s'agir de fils constitués de matière thermoplastique, avantageusement identique à la matière injectée ou au moins compatible avec cette matière.
Les fils de verre retordus présentent un bon comportement de résilience et une résistance à la compressibilité de manière similaire à un mono filament synthétique, mais avec une qualité de mécanisation bien supérieure.
En ce qui concerne la couche de renfort, elle peut être avantageusement réalisée à partir de fils de haute ténacité, et tout particulièrement des fils de verre, d'aramide, de carbone ou équivalents.
La couche de renfort peut également se présenter sous la forme d'un mat de fibres coupées ou d'une étoffe tissée à partir de fils continus, ou d'une nappe de fils rectilignes de type NCF (de l'anglais « Non Crimp Fabric »), ou de la superposition de plusieurs nappes de fils rectilignes cousues, assurant ainsi un renforcement multi-axial.
La couche de renfort peut également résulter de l'association de plusieurs couches élémentaires de même nature ou de natures différentes. L'association drainant/renfort est généralement réalisée par collage, par aiguilletage, ou avantageusement par couture. Procédé
L'imprégnation du complexe multicouche est réalisée à cœur des fils formant la ou les couches de renfort. Il s'agit d'imprégner au mieux les interstices existant entre les filaments constituant les fils.
A l'issue de l'imprégnation, un certain degré de déformabilité du produit textile semi- fini est avantageusement maintenu.
En outre, la couche drainante conserve son caractère perméable à la résine thermoplastique, une fois le complexe multicouche imprégné.
Le composé thermoplastique mis en œuvre dans l'imprégnation du complexe multicouche est avantageusement un polymère pouvant notamment être choisi dans le groupe comprenant les polyamides ; les acryliques (notamment le polymethacrylate de methyle) ; les polyuréthanes et TPU (polyuréthane thermoplastique) ;les polyacétates de vinyle ; EVA (éthylène vinyl acétate) ; styrène/butadiène ; les polyesters ; PE (polyéthylène) ; PP (polypropylène) ; PPS (poly(sulfure de phénylène)) ; et le PEEK (polyétheréthercétone ou, en anglais « polyether ether ketone »). De manière générale, le composé thermoplastique est hydrodispersable permettant ainsi de préparer une solution aqueuse homogène. En d'autres termes, il peut être mis en dispersion dans l'eau à des concentrations comprises entre 6 et 600 g/L d'eau.
Comme déjà indiqué, il est utilisé en solution aqueuse. De manière avantageuse, la concentration en composé thermoplastique dans la solution aqueuse est comprise entre 200 et 500 g/L, plus avantageusement encore entre 200 et 300. La viscosité de la solution aqueuse résultante est avantageusement inférieure à 100 mPa.s, ce qui facilite l'imprégnation des fibres par la solution aqueuse. De manière générale, la durée d'imprégnation, ou vitesse de passage du complexe mutlicouche dans le bain, est avantageusement comprise entre 0,5 et 20 m/mn, selon le type de renfort à imprégner. Une fois, le complexe multicouche imprégné, il est avantageusement séché à une température pouvant être comprise entre 100 et 300°C, plus avantageusement encore entre 150 et 200°C.
Cette étape de séchage est préférentiellement réalisée dans un four à air chaud ou sur un cylindre chauffant.
Selon un mode de réalisation particulier, l'imprégnation du complexe multicouche peut comprendre un passage dans au moins deux bains, présentant tous des concentrations en composé thermoplastique pouvant être distinctes.
Par exemple, lorsque deux bains sont utilisés pour imprégner le complexe multicouche, la concentration du deuxième bain peut être inférieure à celle du premier.
Selon un autre mode de réalisation, la concentration du premier bain peut être inférieure à celle du deuxième bain, afin de privilégier l'imprégnation à cœur des fibres. Le second bain, présentant une concentration et une viscosité supérieures, permet de réaliser un revêtement plus en surface de la fibre ou d'augmenter le taux de composé thermoplastique du produit semi-fini.
L'imprégnation permet de faire pénétrer à cœur le composé thermoplastique. Toutefois, les monofilaments constituant la couche drainante étant très ouverts, la phase aqueuse thermoplastique n'obture pas la couche drainante qui conserve ses propriétés de perméabilité à la résine.
De manière générale, le composé thermoplastique est de même nature que la résine thermoplastique mise en œuvre ultérieurement pour fabriquer la pièce composite. Toutefois, les chaînes polymériques sont avantageusement de poids moléculaire supérieur pour la résine thermoplastique.
En outre, de manière avantageuse, la composition d'imprégnation n'est pas chargée.
De préférence, la température de fusion du composé thermoplastique est telle que le composé reste stable lors du procédé ultérieur d'injection. L'imprégnation au moyen du composé thermoplastique permet de lier les filaments et de conserver le caractère autodrainant lors de l'injection. L'homme du métier saura choisir le composé thermoplastique en fonction des propriétés finales désirées pour la pièce composite.
En outre, selon un mode de réalisation particulier, la solution aqueuse thermoplastique comprend un agent réticulant du composé thermoplastique. Ainsi, la solution aqueuse peut comprendre entre 0,5 et 20% en poids d'agent réticulant.
La réticulation partielle du composé thermoplastique permet notamment d'améliorer la tenue en température lors de l'étape d'injection pour fabriquer la pièce composite. La cohésion entre les fils du renfort, améliorée par cette réticulation partielle, permet également la tenue de la pièce composite elle-même lors de son utilisation ultérieure, si cette dernière se passe à des températures élevées. Le phénomène de réticulation demeure minoritaire et n'altère pas le caractère essentiellement thermoplastique du composé d'imprégnation. La réticulation partielle peut notamment être réalisée par cuisson à la suite de de l'étape de chauffage permettant d'éliminer l'eau provenant de la so lution aqueuse .
L'agent réticulant peut notamment être choisi dans le groupe comprenant les aminés, mélamines, les epoxy, les esters méthacryliques et acryliques. L'imprégnation du complexe multicouche permet d'obtenir un produit textile semi-fini présentant des canaux drainants dont la qualité et la régularité sont obtenues par fixation de la structure autodrainante. Ainsi, la présence du composé thermoplastique permet de maintenir la structure autodrainante jusqu'à la fusion des particules de composé thermoplastique, par la résine injectée ultérieurement.
Dans le produit textile semi-fini imprégné, le composé thermoplastique est en fait déposé au cœur des fils. Le composé thermoplastique et la résine thermoplastique d'injection remplissant des fonctions distinctes, diverses combinaisons composé thermoplastique/résine thermoplastique peuvent donc être envisagées.
Par exemple, la résine peut présenter de fortes propriétés de collage afin de créer des liaisons entre fils et éviter toute micro-contrainte et tout délaminage entre fils.
Quoi qu'il en soit, le composé thermoplastique d'imprégnation et la résine thermoplastique d'injection doivent être compatibles afin de limiter les risques de délaminage à la surface des fibres. La présente invention permet d'améliorer et rendre plus compatible l'interface le renfort et la résine. Ceci permet d'accroître les performances mécaniques du composite final. En outre, le composé thermoplastique imprégné à cœur du renfort permet de maintenir les fils dans leur position initiale et de limiter la déformation du renfort sous la pression d'injection.
Le procédé objet de l'invention permet l'imprégnation des filaments au cœur des fils, ce qui n'est pas possible avec la résine thermoplastique lors de l'injection car cette dernière présente une viscosité trop élevée. D'autre part, la rapidité du procédé d'injection ne favorise pas cette imprégnation à cœur de la fibre.
Le procédé selon l'invention permet ainsi de réduire la porosité du cœur des renforts et donc d'améliorer les propriétés mécaniques de la pièce composite résultante.
Produit textile semi-fini
De manière avantageuse, le produit textile semi-fini obtenu à l'issue du procédé décrit ci-dessus comprend entre 2 et 40 % de composé thermoplastique retenu après imprégnation, en poids sec par rapport au poids sec du produit textile semi-fini, plus avantageusement encore entre 5 et 15%. La présence de cette quantité de composé thermoplastique au sein du produit textile semi-fini permet de compléter la quantité nécessaire à la fabrication améliorée de la pièce lors du procédé d'injection.
Comme déjà dit, le complexe multicouche peut présenter une pluralité d'éléments unitaires couche de renfort/couche drainante.
Par conséquent, le produit textile semi-fini peut comprendre un empilement de n couches drainantes et de n+1 couches de renfort, chaque couche drainante étant intercalée entre deux couches de renforts, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2.
De manière avantageuse, chaque couche drainante est associée (mécaniquement solidaire) à au moins un des renforts avec lesquels elle est en contact.
En d'autres termes, selon ce mode de réalisation particulier, le produit est constitué d'un empilement multiplis de renfort/drainant.
Le produit textile semi-fini ainsi obtenu présente des propriétés de déformabilité. Dans la pratique, certaines applications requièrent une déformabilité plus limitée du complexe, l'association entre la ou les couches drainantes et la ou les couches de renfort peut s'obtenir par combinaison du collage caractéristique avec un assemblage par couture ou tricotage des différentes couches entre elles. Ceci permet de conserver une déformabilité de l'ensemble appréciable dans le cas de réalisation de pièces de géométrie complexe, tout en augmentant la résistance à la délamination. Ce type d'assemblage permet de ne pas comprimer trop fortement les couches tout en assurant une bonne liaison de ces dernières.
Cet aspect peut s'avérer particulièrement important notamment lorsque le renfort est préformé à chaud.
Lorsque l'injection finale est terminée et la résine véhiculée (par la structure autodrainante) dans toute la pièce, la fusion des particules de la dispersion libère les filaments de renforts et permet ainsi un étalement des fils de renforts et ainsi une optimisation des performances mécaniques par la suppression de zones riches en résine et non renforcées.
Ce phénomène sera d'autant plus marqué que la température du moule est maintenue à la température de fusion des particules de dispersion
L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples suivants donnés afin d'illustrer l'invention et non de manière limitative.
EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
Exemple 1 :
Un complexe multicouche comprenant deux tissus de renfort de 600 g/m2 armure toile à base de fils de verre de titre unitaire 1200 Tex disposés de part et d'autre d'un filet drainant formé d'un tricot, d'une masse surfacique de 110 g/m2, d'une épaisseur de 0,7 mm (mesurée sous pression de 0,6 bar), et réalisé à partir de fils de polyester de type monofïlament de titre unitaire de 280 dTex est préparé. Les trois couches sont cousues avec du fil de polyester de titre 167 dTex. Ce complexe multicouche est ensuite immergé pendant 30 s dans une solution aqueuse contenant une dispersion de copolyamide dont la concentration (20%) permet d'obtenir un produit textile semi-fini contenant 10%> en poids sec de composé thermoplastique. Le tout est ensuite séché dans un four à 150°C pour évacuer toute l'eau présente dans le produit textile semi-fini pendant une durée approximative de quelques minutes. Ces phases d'imprégnation et séchage se font en continu à partir de rouleaux de complexe multicouche. Exemple 2 :
Un complexe analogue à celui de l'exemple 1 est imprégné avec une dispersion aqueuse de résine styrène-butadiène réticulée avec 10 % en poids de résine mélamine par rapport à la quantité de styrène butadiène. La concentration en matière sèche de la dispersion aqueuse est de 26% ceci afin d'atteindre un taux de 20% en poids de résine styrène-butadiène par rapport au poids total. L'ensemble est ensuite séché dans un four pour évacuer l'eau résiduelle présente sur le produit. La vitesse de ce procédé continu à partir de rouleau de complexe est de 2 m/mn.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de préparation d'un produit textile semi-fini destiné à l'injection thermoplastique, selon lequel un complexe multicouche comprenant au moins une couche de renfort associée à une couche drainante, est imprégné avec au moins un composé thermoplastique par passage dans une solution aqueuse contenant ledit au moins un composé thermoplastique.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le complexe multicouche comprend au moins une couche drainante intercalée entre deux couches de renfort.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche drainante se présente sous la forme d'une grille, d'un tricot, ou d'un tricot tridimensionnel.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le composé thermoplastique est un polymère choisi dans le groupe comprenant les polyamides ; les acryliques ; les polyuréthanes ; les polyacétates de vinyle ; l'éthylène vinyl acétate ; le styrène/butadiène ; les polyesters ; le polyéthylène ; le polypropylène ; le poly(sulfure de phénylène) ; et le polyétheréthercétone.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la concentration en composé thermoplastique dans la solution aqueuse thermoplastique est comprise entre 6 et 600 g/L.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'imprégnation du complexe multicouche comprend un passage dans au moins deux bains, présentant tous des concentrations en composé thermoplastique distinctes.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la vitesse de passage du complexe mutlicouche dans la solution aqueuse, est comprise entre 0,5 et 20 m/mn. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de séchage, après imprégnation, avantageusement à une température comprise entre 100 et 300°C.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le produit textile semi-fini comprend entre 2 et 40% en poids sec, de composé thermoplastique retenu après imprégnation.
Produit textile semi-fini obtenu selon le procédé objet de l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un empilement de n couches drainantes et de n+1 couches de renfort, chaque couche drainante étant intercalée entre deux couches de renforts, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2.
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