WO2018073512A1 - Procede de fabrication d'un renfort textile, et renfort associe - Google Patents

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WO2018073512A1
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Sébastien FAURE
Vicky SINGERY
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Compagnie Chomarat
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Definitions

  • the invention relates to the field of technical textiles, and more specifically reinforcing textiles used for the manufacture of composite parts. More specifically, it relates to a manufacturing method for making reinforcements that have improved properties with respect to the compressive strength, and the appearance of microcracks.
  • composite materials are increasingly used in many fields in which the combination of their high mechanical properties, their limited weight, and their great ability to adopt various shapes are particularly appreciated.
  • NCF structures for "non-crimped fibers", which are superimpositions of plies of threads, formed of bundles of parallel filaments assembled by various mechanical and / or chemical means. in some applications. NCF structures are preferred over woven structures in which the yarns are not strictly straight due to embossing.
  • the NCF structures are thus composed of one or more parallel filament webs chosen and oriented according to the geometric definition of the desired mechanical properties.
  • mechanical or chemical means are required to ensure the cohesion of the structure.
  • Cohesion by chemical means such as the use of powder glue or the like may be disadvised, insofar as these substances may impede the penetration of the resin impregnating the filaments, or possibly interact chemically with it.
  • mechanical means is widespread, with the use of sewing threads, which are introduced into the thickness of the filament web or filaments, and cooperate with one another or with an additional support, to ensure the blocking in position of the web, or webs between them.
  • a unidirectional reinforcement comprising a single sheet of parallel filaments
  • a light web on which the sheet of parallel threads is secured by stitching / knitting.
  • Such reinforcements are generally satisfactory, but may have certain limitations in very demanding applications for which the composite materials incorporating them are subjected to high mechanical stresses. Indeed, by the constitution of the sewing heads, the sewing threads cross the sheet of reinforcing filaments at regular intervals, and the holes formed by the sewing threads are aligned with the direction of production, also called "warp" direction. or direction "at 0 °".
  • the Applicant has devised a method of manufacturing a textile reinforcement including a sheet of parallel high tenacity filaments, oriented in the production direction, or warp direction, or direction at 0 °, the web being free of channels. longitudinal, in which is scrolled the filament web and subjected to the action of a stitching / knitting head for securing the web with a support that can be a particular layer, or other similar webs, different direction (s).
  • this method is characterized in that upstream of this sewing / knitting head, the web is caused to move relative to the sewing head, in the transverse direction, in a reciprocating motion, and in that after sewing, it ensures the power of said web to make the filaments rectilinear.
  • the invention consists in moving the ply of filaments transversely waving, so that the action of the stitching head does not occur at the same transverse level permanently, but that on the contrary the sewing needles traverse the sheet at 0 ° in holes slightly offset transversely from one stroke to the other.
  • the holes generated by the sewing threads which have an ellipse or spindle shape, are not aligned from one seam step to another.
  • the filament web which is continuous and free of spaces between filaments, is displaced transversely with respect to the sewing head, to adopt a corrugated shape, so that the sewing threads pass through the web at 0 ° C. ° in holes that are not always at the same transverse level of the sheet.
  • it ensures the transverse displacement of the filament web parallel to the sewing head which remains fixed.
  • the web of filaments is slightly deformed to adopt some waviness.
  • the needles come into contact with the web at filaments that are different from one stitch to another.
  • the displacement of the filament web with respect to the stitching head is reciprocating, which may have a spatial frequency, that is to say a length of the repetitive motion pattern, independent of the length separating two successive sewing holes.
  • a spatial frequency that is to say a length of the repetitive motion pattern, independent of the length separating two successive sewing holes.
  • the reciprocating movement of the web with respect to the sewing head has a spatial periodicity which is a multiple of the sewing pitch.
  • the web can be moved reciprocatively reciprocally every two or four sewing strokes. It is also possible that the transverse reciprocating motion is done with a pattern length that is completely decorrelated from the sewing step.
  • the characteristic amplitude of the reciprocating movement, its periodicity and the phase shift between this displacement and the striking of the needles can be adjusted empirically depending on the materials used, the needle pitch, and other parameters related to the wire. stitching and tension, so as to maximize the coverage rate of the fabric, i.e. to minimize the void spaces generated by the sewing thread crossing.
  • the amplitude of the reciprocating movement can be between 5 and 30% of the transverse difference between two sewing needles, in order to obtain satisfactory results.
  • the stitching head may be designed to achieve not only knit stitches, i.e. stitches connecting two adjacent stitching threads, by zigzag movements, but also chain stitches, forming loops working with the same sewing thread.
  • the invention therefore also relates to a textile reinforcement which includes a ply of straight filaments of high tenacity arranged contiguously and parallel, oriented in the direction of production, which comprises a plurality of sewing threads passing through this sheet at sewing holes, these seam holes being arranged along lines perpendicular to the direction of production.
  • this reinforcement is characterized in that at the level of two successive lines, the holes of the stitches are offset transversely with respect to the direction of production, so that the stitching threads form on the front face curves that interpenetrate transversely.
  • the reinforcement according to the invention has holes formed by the sewing thread which are no longer aligned from one stitching stroke to another, so that the distance between two seam holes located at the same transverse level of the web is particularly high, which limits the risk of seeing channels form during use of the reinforcement.
  • the high-tenacity filaments may be carbon, glass, basalt, aramid or the like son, taken singly or in mixture.
  • the son plies associated in accordance with the invention may have a basis weight ranging from 25 g / m 2 to 1200 g / m 2 .
  • the sewing threads are preferably as thin as possible, and made of a material that is chemically compatible with the materials used in the impregnation processes of the reinforcement, whether thermosetting or thermoplastic materials.
  • Satisfactory yarns include, for example, a copolyamide yarn of 23 decitex, or a polyester yarn of 33 decitex.
  • the joining of the reinforcing filaments at 0 ° can be done with various supports. It may be in particular a veil disposed on the face where the seam loops are formed. It is also possible to provide a veil on the face through which the sewing threads are fed, to give a symmetrical structure. It may also be a set of thin glass wires oriented non parallel to the reinforcing threads, for example perpendicular to the reinforcing filaments, or else with a different angle, for example 30 °, 45 °, 60 °. ° or 85 °, in one or more layers.
  • It may also be a set of threads oriented in a direction different from 0 °.
  • a set of transverse yarns, oriented at 90 °, based on a material of high tenacity can be used. It may be discrete son, so as to limit their influence on the mechanical properties of the reinforcement. It may also be a sheet of filaments similar to the 0 ° filament web, so as to form a multiaxial reinforcement. It is also possible that the sewing thread and / or the associated web, if any, are made of a thermally fusible material in order to be exposed to a source of heat for heat-setting the assembly.
  • the seam holes may be aligned with patterns that repeat every two or four lines or more depending on the applications.
  • the sewing threads form segments of the same length on the front face.
  • the wires draw zigzag lines forming chevrons whose tips penetrate into the triangles of the chevrons of the adjacent curve.
  • the sewing threads form on the front face a set of segments of two different lengths, namely a first and a second length. These segments follow each other with a pair of segments of a first length followed by a pair of a second length.
  • the curve has chevrons of two different sizes. The large chevrons have points that penetrate into the triangles of the chevrons of the adjacent curve, while the small chevrons remain on the contrary outside the triangles of the equivalent chevrons of the adjacent seam.
  • Figure 1 is a summary perspective view showing schematically and simplified sewing area in a machine implementation of the method according to the invention
  • Figures 2 and 3 are schematic top views of the installation of Figure 1, shown in two separate configurations;
  • Figures 4 and 5 are respectively a schematic top view, and a photograph of a portion of a reinforcement according to the prior art, made with a knit stitch only;
  • Figures 6 and 7 are a view and a photograph similar to Figures 4 and 5 for another embodiment according to the prior art, made with a stitch combining a knit stitch and a chain stitch;
  • Figure 8 is a schematic top view schematically illustrating a reinforcement according to a first embodiment of the invention, shown before stretching.
  • Figure 9 is a view similar to Figure 8, showing the same reinforcement after stretching;
  • Figure 10 is a top view similar to Figure 9, wherein the high tenacity son are shown in black, so as to reveal the holes made by the sewing threads;
  • Figure 11 is a photograph of the reinforcement of Figure 10;
  • Figures 12, 16 and 20 are views similar to Figure 8 for respectively a second, third and fourth embodiment. ;
  • Figures 13, 17 and 21 are views similar to Figure 9;
  • Figures 14, 18 and 22 are similar to Figure 10;
  • Figures 15 and 23 are photographs similar to Figure 11 respectively for a second, third and fourth embodiments.
  • the method according to the invention can be implemented on different types of machines, and in particular that which is illustrated schematically in FIG.
  • Such a machine 1 comprises a scrolling system, which in the illustrated form comprises a conveyor moving in the direction of production. Lateral holding means of the sewn reinforcement, such as lateral pins, can be provided.
  • this conveyor 2, 3 carries a support layer 10, which may be composed of a thin web, on which the ply of reinforcing filaments 11 will be secured.
  • the sheet of reinforcing filaments is deposited on the web 10, by means of a plate 12 for conveying the sheet of son 15 previously treated, and in particular spread to have a uniform thickness, so that it is not no longer possible to see the boundary between the wires.
  • This sheet of reinforcing filaments is continuous, in that the filaments which compose it are in contact with each other, so that there is no empty space of great length between neighboring filaments.
  • the sewing head 20 is of conventional construction, so that it will not be described in detail. It mainly comprises a control mechanism 21 which makes it possible to ensure the vertical reciprocating movement of the sewing needles 22, which pass through the web 10 and the ply 11 of reinforcing filaments at certain points. These needles 22 are designed to pick the sewing threads 23 which are delivered vertically above the zones of movement of the needles, by the guides 24.
  • the sewing head 20 is programmed to provide different types of stitches, such as knit stitches in the form shown in Figure 1, but also chain stitches combined with knit stitches.
  • the plate 12 for depositing the sheet of reinforcing filaments has an ability to move transversely along the arrow T, that is to say perpendicularly to the direction of production. This movement can result from an autonomous mechanical control, or even from a synchronized control with the sewing head 20.
  • the synchronization can be carried out in different ways, either mechanically by a suitable set of cams, or else by a servo electronic.
  • FIGS. 2 and 3 The transverse displacement capacity of the plate 12 for depositing the reinforcing filaments is illustrated in FIGS. 2 and 3. It can thus be seen that when the plate 12 as illustrated in FIG. 2 is in the median position, the needles which cross the sheet of reinforcing the bottom in holes which are at a certain transverse level of the web, illustrated by the parallel dotted lines 31 showing the filaments between which a needle passes through the web.
  • the needles which are fixed relative to the machine pass through the ply of reinforcing filaments at points 33 which are offset with respect to the points 30 corresponding to the configuration of FIG. 2, which is materialized by a difference of these points 33 with respect to the dotted lines 31.
  • amplitude of these deviations, as well as the distance traveled by the reinforcing ply so that the plate 12 is found in the same position, are variable parameters that allow different embodiments to be performed as described below.
  • the advantage conferred by the invention can be measured by means of the coverage ratio, i.e. the ratio of the area occupied by the filaments of the reinforcing ply to a unit area. Such a measurement can be performed for example optically, by subjecting the obtained reinforcement to a backlight, and by calculating the area crossed by the backlighting light, after appropriate thresholding.
  • the coverage ratio i.e. the ratio of the area occupied by the filaments of the reinforcing ply to a unit area.
  • Such a measurement can be performed for example optically, by subjecting the obtained reinforcement to a backlight, and by calculating the area crossed by the backlighting light, after appropriate thresholding.
  • the coverage ratio measured is of the order of 97.4%, with a hole size of the order of 0.3 mm.
  • This rate is to be compared with the embodiment of the prior art illustrated in FIGS. 4 and 5, in which the creation of continuous longitudinal channels 38 with a width of 0.66 mm, which induce a clearly defined coverage rate, is observed. lower, of the order of 86.8%.
  • such an embodiment has been obtained by using intermediate modulus carbon yarns, and more specifically the yarn marketed under the reference IMS65 24K E23 by the company TOHO TENAX, and a sewing thread based on copolyamide, and more specifically the yarn marketed under the reference Grilon K140 by the company EMS, of a title of 23dtex.
  • FIGS. 12 to 15 Another embodiment is illustrated in FIGS. 12 to 15.
  • This example differs from the preceding example in that the transverse displacement movement of the reinforcement filament web is periodic every four sewing strokes. It follows that, as illustrated in FIG. 13, when the reinforcement is stretched after sewing, corresponding to the distance D4, some initial segments 51, 52 of the sewing thread present on the front face are elongated while others 53, 54 are shortened. It can thus be seen in FIG. 13 that a same sewing thread draws a curve on the front face which has two longer segments 61, 62 forming a first chevron 65, followed by two shorter segments 63, 64 forming an extended chevron, which penetrates into the corresponding chevron of the adjacent son, so as to maintain the entirety of the filaments. It can also be seen that the longitudinal distance between two holes situated at the same level in the direction of the fiber is greater than for the example of FIG. 8, as illustrated in FIG.
  • FIGS. 16 to 19 A third example is illustrated in FIGS. 16 to 19, in which the transverse movement of the sheet of reinforcing threads is periodic every two sewing steps, in the same manner as FIG. 8.
  • the sewing thread is sewn alternately a knit stitch 71 with a chain stitch 72, so as to draw a curve on the front which combines trapezoids.
  • the holes formed by the passages of the stitching threads are well aligned, according to the dashed lines 75.
  • the sewing threads 70 deform to give the configuration of FIG. 17.
  • the fourth embodiment illustrated in FIGS. 20 to 23 is made with a sewing stitch combining a chain stitch 81 and a knit stitch 82.
  • the reciprocating transverse movement of the reinforcement filament web is periodic every fourth time. sewing. After elongation of the reinforcement, the sewing threads deform as shown in FIG. 21, with a configuration of the sewing thread crossing points 84 illustrated in FIG. 22.
  • the coverage ratio as measured from FIG. Figure 23 is of the order of 98.5%, with hole sizes of the order of 0.23 mm.

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Abstract

Procédé de fabrication d'un renfort textile incluant une nappe (11) de fils de haute ténacité parallèles, orientée dans la direction de production (C), ladite nappe étant exempte de canaux longitudinaux, dans lequel on fait défiler ladite nappe de fils et on la soumet à l'action d'une tête (20) de couture/tricotage permettant la solidarisation de ladite nappe caractérisée en ce qu'en amont de ladite tête, on provoque un déplacement relatif de ladite nappe (11) par rapport à la tête de couture (20) dans le sens transversal (T), selon un mouvement alternatif.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN RENFORT TEXTILE, ET
RENFORT ASSOCIE
Domaine technique
L'invention se rattache au domaine des textiles techniques, et plus précisément des textiles de renforts utilisés pour la fabrication de pièces composites. Elle vise plus spécifiquement un procédé de fabrication permettant de réaliser des renforts qui présentent des propriétés améliorées en ce qui concerne la résistance à la compression, et l'apparition de microfissures.
Arrière-plan de l'invention
De façon générale, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés dans de nombreux domaines dans lesquels la combinaison de leurs propriétés mécaniques élevées, leur poids limité, et leurs grandes capacités à adopter des formes diverses sont particulièrement appréciés.
Parmi les structures textiles qui sont privilégiées pour leurs propriétés mécaniques élevées, figurent les structure dites NCF pour « Non Crimped Fibers », qui sont des superpositions de nappes de fils, formés de faisceaux de filaments, parallèles assemblés par différents moyens mécaniques et/ou chimiques dans certaines applications. Les structures NCF sont préférées aux structures tissées, dans lesquels les fils ne sont pas strictement rectilignes du fait de l'embuvage.
Les structures NCF sont donc composées d'une ou plusieurs nappes de filaments parallèles choisies et orientées en fonction de la définition géométrique des propriétés mécaniques souhaitées. Dans la mesure où les nappes de filaments parallèles sont superposées, sans aucun entrelacement, des moyens mécaniques ou chimiques sont nécessaires pour assurer la cohésion de la structure. La cohésion par voie chimique, tel que l'emploi de colle de poudre ou analogue peut être déconseillée, dans la mesure où ces substances peuvent gêner la pénétration de la résine venant imprégner les filaments, ou éventuellement interagir chimiquement avec elle. Ainsi, l'emploi de moyens mécaniques est largement répandu, avec l'utilisation de fils de couture, qui sont introduits dans l'épaisseur de la ou des nappes de filaments, et coopèrent entre eux ou avec un support additionnel, pour assurer le blocage en position de la nappe, ou des nappes entre elles.
Par exemple, dans le cas d'un renfort unidirectionnel, comportant une seule nappe de filaments parallèles, on peut employer comme support un voile léger, sur lequel la nappe de fils parallèles est solidarisée par couture/tricotage. De tels renforts donnent globalement satisfaction, mais peuvent présenter certaines limites dans des applications très exigeantes pour lesquels les matériaux composites les intégrant sont soumis à de fortes contraintes mécaniques. En effet, de par la constitution des têtes de couture, les fils de couture traversent la nappe de filaments de renfort à intervalles réguliers, et les trous formés par les fils de couture sont alignés avec la direction de production, également appelée direction « chaîne » ou direction « à 0° ». Il s'ensuit que pour un renfort unidirectionnel à 0°, les trous formés par les fils de couture (également appelés « fïsh-eye ») sont alignés et lorsqu'ils sont trop rapprochés dans le sens chaîne, ils ont tendance à former un seul espace continu orienté parallèlement au filaments de renfort. Un tel canal, même s'il est de largeur réduite forme une zone d'accumulation de résine lors de la fabrication de matériaux composites. Cette zone forme donc une région singulière, présentant des propriétés mécaniques différentes des zones incluant une proportion supérieure en filaments de renfort, et constitue donc une zone de faiblesse.
Par ailleurs, dans les renforts actuels, on constate que le regroupement des filaments de renfort concernés par un fil de couture donné, peut créer des surépaisseurs générées par le déplacement des filaments de renfort situés au niveau du canal engendré par les points de couture. Ces surépaisseurs sont une autre source d'hétérogénéité du renfort. Elles peuvent en outre générer des espaces entre les différents renforts qui sont superposés, avec des risques d'accumulation de résine. Exposé de l'invention
Un objectif de l'invention est de fournir des renforts qui présentent un haut niveau d'homogénéité, et en particulier dans lesquels l'impact des points de couture soit minimal, et les zones de concentration de résine réduite à leur strict minimum. Un autre objectif de l'invention est de fournir un renfort qui présente une grande homogénéité en épaisseur, en particulier à proximité des points de couture.
Pour ce faire, le Demandeur a conçu un procédé de fabrication d'un renfort textile incluant une nappe de filaments de haute ténacité parallèles, orientés dans la direction de production, ou direction chaîne, ou direction à 0°, la nappe étant exempte de canaux longitudinaux, dans lequel on fait défiler cette nappe de filaments et on la soumet à l'action d'une tête de couture/tricotage permettant la solidarisation de cette nappe avec un support pouvant être une couche particulière, ou encore d'autres nappes analogues, de direction(s) différente(s).
Conformément à l'invention, ce procédé se caractérise en ce qu'en amont de cette tête de couture/tricotage, on provoque un déplacement de la nappe par rapport à la tête de couture, dans le sens transversal, selon un mouvement alternatif, et en ce qu'après couture, on assure la mise sous tension de ladite nappe en vue de rendre les filaments rectilignes.
Autrement dit, l'invention consiste à déplacer la nappe de filaments en la faisant onduler transversalement, de sorte que l'action de la tête de couture ne se fasse pas au même niveau transversal en permanence, mais qu'au contraire les aiguilles de couture traversent la nappe à 0° en des trous légèrement décalés transversalement d'un coup sur l'autre. Ainsi, les trous générés par les fils de couture, qui ont une forme d'ellipse ou de fuseau, ne sont pas alignés d'un pas de couture à l'autre.
En d'autres termes, la nappe de filaments qui est continue et exempte d'espaces entre filaments est déplacée transversalement par rapport à la tête de couture, pour adopter une forme ondulée, de telle sorte que les fils de couture traversent la nappe à 0° en des trous qui ne se situent pas toujours à un même niveau transversal de la nappe. En pratique, on assure le déplacement transversal de la nappe de filaments parallèles par rapport à la tête de couture qui reste fixe. Par conséquent, la nappe de filaments est légèrement déformée pour adopter une certaine ondulation. Ainsi, lors du défilement sous la tête de couture, les aiguilles viennent au contact de la nappe au niveau de filaments qui sont différents d'un coup de couture à l'autre. Lorsque cette ondulation de la nappe est éliminée après couture, par le renvidage du, renfort les fils de couture se réarrangent pour adopter une configuration déformée par rapport à une configuration dans laquelle la nappe défilerait sous la tête de couture avec les filaments rectilignes et parallèles. Ainsi, les trous formés dans la nappe par le passage du fils de couture ne sont plus strictement alignés transversalement, et on élimine ainsi le risque de voir deux trous de couture successifs se rejoindre, pour former une amorce de canal dont les inconvénients ont été évoqués plus haut. En pratique, il est avantageux que le déplacement de la nappe par rapport à la tête de couture soit assuré entre les phases où les aiguilles traversent la nappe de filaments, pour éviter que les aiguilles ne gênent le mouvement des filaments et ne les endommagent.
En pratique, le déplacement de la nappe de filaments par rapport à la tête de couture est un mouvement alternatif, qui peut présenter une fréquence spatiale, c'est-à-dire une longueur du motif répétitif de déplacement, indépendante de la longueur séparant deux trous de couture successifs. Toutefois, pour des raisons pratiques, il peut être avantageux de synchroniser les déplacements de la nappe par rapport à la tête avec le mouvement de déplacement des aiguilles au travers de la nappe. En d'autres termes, le mouvement alternatif de la nappe par rapport à la tête de couture présente une périodicité spatiale qui est un multiple du pas de couture.
En pratique, la nappe peut être déplacée selon un mouvement alternatif répétitif tous les deux ou quatre coups de couture. Il est également possible que le mouvement alternatif transversal se fasse avec une longueur de motif qui soit totalement décorrélée du pas de couture. En pratique, l'amplitude du mouvement alternatif caractéristique, sa périodicité et le décalage de phase entre ce déplacement et la frappe des aiguilles peut être réglée empiriquement en fonction des matériaux utilisés, du pas d'aiguille, et d'autres paramètres liés au fil de couture et à sa tension, de manière à maximiser le taux de couverture du tissu, c'est-à-dire minimiser les espaces vides engendrés par la traversée des fils de couture.
En pratique, on a constaté que l'amplitude du mouvement alternatif pouvait être comprise entre 5 et 30 % de l'écart transversal entre deux aiguilles de couture, pour obtenir des résultats satisfaisants.
En pratique, la tête de couture peut être conçue pour réaliser non seulement des points de tricot, c'est-à-dire des points liant deux fils de couture adjacents, par des mouvements en zigzag, mais également des points de chaînette, formant des boucles travaillant avec le même fil de couture.
Il est bien entendu possible de faire subir au renfort ainsi cousu différents traitement de fonctionnalisation, de manière à conférer au renfort des propriétés avantageuses pour son usage ultérieur. On peut par exemple citer la possibilité de soumettre le renfort à un poudrage thermoplastique ou thermodurcissable pour faciliter le maintien en forme lors d'une préforme ultérieure.
L'invention concerne donc également un renfort textile qui inclut une nappe de filaments rectilignes de haute ténacité disposés jointivement et parallèles, orientés selon la direction de production, qui comporte une pluralité de fils de couture traversant cette nappe au niveau de trous de couture, ces trous de couture étant disposés selon des lignes perpendiculaires à la direction de production.
Conformément à l'invention, ce renfort se caractérise en ce qu'au niveau de deux lignes successives, les trous des points de couture sont décalés transversalement par rapport à la direction de production, de sorte que les fils de couture forment sur la face avant des courbes qui s'interpénétrent transversalement. En d'autres termes, et comme exposé ci-avant, le renfort conforme à l'invention présente des trous formés par le fil de couture qui ne sont plus alignés d'un coup de couture à l'autre, de sorte que la distance entre deux trous de couture situés au même niveau transversal de la nappe est particulièrement élevée, ce qui limite les risques de voir des canaux se former lors de l'utilisation du renfort.
En pratique, les filaments de haute ténacité peuvent être des fils de carbone, de verre, de basalte, d'aramide ou analogues, pris isolément ou en mélange. Les nappes de fils associés conformément à l'invention peuvent avoir une masse surfacique allant de 25 g/m2 à 1200 g/m2.
En pratique, les fils de couture sont de préférence le plus fin possible, et réalisés en une matière compatible chimiquement avec les matières utilisées dans les procédés d'imprégnation du renfort, qu'il s'agisse de matières thermodurcissables ou thermoplastiques. Parmi les fils donnant satisfaction, on peut citer par exemple un fil de copolyamide de 23 décitex, ou un fil de polyester de 33 décitex.
En pratique, la solidarisation des filaments de renfort à 0° peut se faire avec divers supports. Il peut s'agir notamment d'un voile disposé sur la face où sont formées les boucles de couture. On peut également prévoir un voile sur la face par laquelle les fils de couture sont amenés, pour donner une structure symétrique. Il peut également s'agit d'un ensemble de fils de verre fins, orientés non parallèlement aux fils de renforts, par exemple perpendiculairement aux filaments de renforts, ou bien encore avec un angle différent, par exemple de 30°, 45°, 60° ou 85°, en une voire plusieurs nappes.
Il peut également s'agir d'un ensemble de fils orientés selon une direction différente du 0°. On peut par exemple employer un ensemble de fils transversaux, orientés à 90°, à base d'une matière de haute ténacité. Il peut s'agir de fils discrets, de manière à limiter leur influence sur les propriétés mécaniques du renfort. Il peut aussi s'agir d'une nappe de filaments analogue à la nappe de filaments à 0°, de manière à former un renfort multiaxial. On peut aussi prévoir que le fil de couture et/ou le voile associé, le cas échéant, soient en une matière thermo fusible afin d'être exposé à une source de chaleur en vue d'une thermofixation de l'ensemble. Selon le mode de synchronisation entre la couture et le déplacement déjà évoqué de la nappe de filaments, les trous de couture peuvent être alignés avec des motifs qui se répètent toutes les deux ou les quatre lignes, voire plus en fonction des applications.
Dans le cas où les trous de couture sont alignés toutes les deux lignes, les fils de couture forment sur la face avant des segments de longueur identique. Ainsi, les fils dessinent des lignes en zigzag formant des chevrons dont les pointes pénètrent dans les triangles des chevrons de la courbe adjacente.
Dans la forme de réalisation où certains trous de couture sont alignés toutes les quatre lignes, les fils de couture forment sur la face avant un ensemble de segments de deux longueurs différentes, à savoir une première et une deuxième longueur. Ces segments se succèdent avec une paire de segments d'une première longueur suivie d'une paire d'une deuxième longueur. En d'autres termes, la courbe présente des chevrons de deux tailles différentes. Les grands chevrons présentent des pointes qui pénètrent dans les triangles des chevrons de la courbe adjacente, tandis que les petits chevrons restent au contraire à l'extérieur des triangles des chevrons équivalents de la couture adjacente.
Description sommaire des figures
La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l'appui des figures annexées dans lesquelles :
la figure 1 est une vue en perspective sommaire montrant de manière schématique et simplifiée la zone de couture dans une machine de mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
les figures 2 et 3 sont des vues schématiques de dessus de l'installation de la figure 1, montrées dans deux configurations distinctes ; les figures 4 et 5 sont respectivement une vue de dessus schématisée, et une photographie d'une portion d'un renfort conforme à l'Art antérieur, réalisé avec une couture en point de tricot uniquement ;
les figures 6 et 7 sont une vue et une photographie analogues aux figures 4 et 5 pour un autre mode de réalisation selon l'Art antérieur, réalisé avec un point de couture combinant un point de tricot et un point de chaînette ;
la figure 8 est une vue schématique de dessus illustrant de façon simplifiée un renfort conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, montré avant étirage.
la figure 9 est une vue analogue à la figure 8, montrant le même renfort après étirage ; la figure 10 est une vue de dessus analogue à la figure 9, dans laquelle les fils de haute ténacité sont représentés en noir, de manière à faire apparaître les trous réalisés par les fils de couture ;
la figure 11 est une photographie du renfort de la figure 10. ;
les figures 12, 16 et 20 sont des vues analogues à la figure 8, pour respectivement un deuxième, troisième et quatrième mode de réalisation. ;
les figures 13, 17 et 21 sont des vues analogues à la figure 9 ;
les figures 14, 18 et 22 sont analogues à la figure 10 ;
les figures 15 et 23 sont des photographies analogues à la figure 11 respectivement pour un second, troisième et quatrième modes de réalisation.
Bien entendu, les schémas illustrent l'invention de manière très schématique, et en particulier certaines dimensions ont pu être exagérées par rapport à la réalité, pour permettre une bonne compréhension de l'invention.
Description détaillée
Le procédé conforme à l'invention peut être mis en œuvre sur différents types de machines, et en particulier celle qui est illustrée de manière schématique à la figure 1.
Une telle machine 1 comprend un système de défilement, qui dans la forme illustrée comporte un convoyeur défilant dans la direction de production. Des moyens de maintien latéral du renfort cousu, comme par exemple des picots latéraux, peuvent être prévus. Dans la forme illustrée, ce convoyeur 2, 3 transporte une couche support 10, qui peut être composée d'un voile fin, sur lequel la nappe de filaments de renfort 11 sera solidarisée. La nappe de filaments de renfort est déposée sur le voile 10, par l'intermédiaire d'une platine 12 permettant d'acheminer la nappe de fils 15 préalablement traitée, et en particulier étalée pour présenter une épaisseur uniforme, pour qu'il ne soit plus possible de voir la limite entre les fils. Cette nappe de filaments de renfort est continue, en ce sens que les filaments qui la composent sont au contact les des uns des autres, de telle sorte qu'il n'existe pas d'espace vide de grande longueur entre des filaments voisins. La nappe déposée à proximité de la zone assurant la couture de cette nappe sur le voile. La tête de couture 20 est de constitution classique, de sorte qu'elle ne sera pas décrite en détails. Elle comprend principalement un mécanisme de commande 21 qui permet d'assurer le mouvement alternatif vertical des aiguilles 22 de couture, qui traversent le voile 10 et la nappe 11 de filaments de renfort en des points déterminés. Ces aiguilles 22 sont conçues pour crocheter les fils de couture 23 qui sont délivrés à l'aplomb des zones de mouvement des aiguilles, par les passettes 24.
La tête de couture 20 est programmée pour pouvoir assurer différents types de points de couture, comme les points de tricot dans la forme illustrée à la figure 1 , mais également des points de chaînette combinés avec des points de tricot. Conformément à l'invention, la platine 12 de dépôt de la nappe de filaments de renfort présente une capacité à se déplacer transversalement, selon la flèche T, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction de production. Ce mouvement peut résulter d'une commande mécanique autonome, ou bien encore d'une commande synchronisée avec la tête de couture 20. La synchronisation peut s'effectuer de différentes manières, soit mécaniquement par un jeu de cames approprié, soit encore par un asservissement électronique.
La capacité de déplacement transversal de la platine 12 de dépôt des filaments de renfort est illustrée aux figures 2 et 3. On constate ainsi que lorsque la platine 12 comme illustrée à la figure 2 se trouve en position médiane, les aiguilles qui traversent la nappe de renfort le fond en des trous qui sont à un certain niveau transversal de la nappe, illustré par les traits pointillés parallèles 31 figurant les filaments entre lesquels une aiguille traverse la nappe. Lorsque la platine 12 se décale transversalement, comme illustré à la figure 3, les aiguilles qui sont fixes par rapport à la machine (hormis leur mouvement vertical) traversent la nappe de filaments de renfort en des points 33 qui sont décalés par rapport aux points 30 correspondant à la configuration de la figure 2, ce qui se matérialise par un écart de ces points 33 vis-à-vis des lignes pointillées 31. L'amplitude de ces écarts, ainsi que la distance parcourue par la nappe de renfort pour que la platine 12 se retrouve dans la même position, sont des paramètres variables qui permettent d'exécuter différents modes de réalisation tels que décrits ci-après.
Dans la configuration illustrée à la figure 8, on constate que la nappe de filaments de renfort subit un mouvement transversal, qui est représenté de manière exagérée pour bien comprendre le principe de l'invention. Ce mouvement alternatif présente une fréquence spatiale D2 correspondant à deux pas de couture, matérialisés par deux segments 40, 41 de fils de couture présents entre deux points 43, 44 situés au même niveau transversal de de la nappe par exemple. On constate également que les fils de couture traversent la nappe de filaments de renfort en deux points alignés à chaque coup de couture, comme le matérialise les traits pointillés 45. Dans la forme illustrée à la figure 8, les fils de couture sont cousus avec un point de tricot.
Lorsque le renfort de la figure 8 est étiré, de manière à repositionner les filaments de renfort dans une configuration parallèle, les fils de couture se déforment. Par exemple, le trou 48 du fil se déplace latéralement vers la gauche, tandis que le trou suivant 49 du même fil se déplace vers la droite. Dans le même temps, le trou 44 du fil adjacent se déplace également vers la droite, de sorte que l'on obtient les motifs en chevrons de la figure 9, dans laquelle les trous de passage 44, 48 du fil qui étaient alignés juste après la couture se retrouvent décalés les uns par rapport aux autres transversalement, le chevron 46 pénétrant à l'intérieur du chevron 47 du fil adjacent. On constate ainsi que la distance séparant deux trous situés à un même niveau transversal, qui étaient dans l'Art antérieur d'un pas de couture, est maintenant de deux pas de couture. Le risque de création de canaux longitudinaux est ainsi réduit. Ceci est d'autant plus perceptible car entre deux trous 44,42 d'un même fil de couture, qui ont tendance à écarter les filaments dans une certaine direction, on trouve un trou 48 du fil adjacent, qui au contraire tire les filaments dans la direction opposée, comme illustré à la figure 10. En pratique, l'avantage conféré par l'invention peut se mesurer au moyen du taux de couverture, c'est-à-dire le rapport entre la surface occupée par les filaments de la nappe de renfort sur une surface unitaire. Une telle mesure peut s'effectuer par exemple de manière optique, en soumettant le renfort obtenu à un rétroéclairage, et en calculant la surface traversée par la lumière de rétroéclairage, après un seuillage approprié. Ainsi, dans la forme illustrée à la figure 11, le taux de couverture mesurée est de l'ordre de 97,4 %., avec une taille des trous de l'ordre de 0,3mm. Ce taux est à comparer avec le mode de réalisation de l'Art antérieur illustré aux figures 4 et 5, dans lesquelles on constate la création de canaux continus 38 longitudinaux, d'une largeur de 0,66mm, qui induisent un taux de couverture nettement inférieure, de l'ordre de 86,8 %. Il est à noter qu'un tel exemple de réalisation a été obtenu en utilisant des fils de carbone de module intermédiaire, et plus précisément le fil commercialisé sous la référence IMS65 24K E23 par la société TOHO TENAX, et un fil de couture à base de copolyamide, et plus précisément le fil commercialisé sous la référence Grilon K140 par la société EMS , d'un titre de 23dtex.
Un autre mode de réalisation est illustré aux figures 12 à 15. Cet exemple diffère de l'exemple précédent en ce que le mouvement de déplacement transversal de la nappe de filaments de renfort est périodique tous les quatre coups de couture. Il s'ensuit que comme illustré à la figure 13, lorsque le renfort est étiré après couture, correspondant à la distance D4 certains segments initiaux 51, 52 du fils de couture présents sur la face avant se trouvent allongés tandis que d'autres 53, 54 se trouvent raccourcis. On constate ainsi à la figure 13 qu'un même fil de couture dessine une courbe sur la face avant qui possède deux segments plus longs 61, 62 formant un premier chevron 65, suivi par deux segments 63, 64 plus courts formant un chevron étendu, qui pénètre dans le chevron correspondant du fils adjacent, de manière à assurer un maintien de l'intégralité des filaments. On constate également que la distance longitudinale entre deux trous situés au même niveau dans le sens de la fibre est plus grande que pour l'exemple de la figure 8, comme illustré à la figure 14.
La mesure du taux de couverture, à partir de la photographie reproduite à la figure 15 donne une valeur de l'ordre de 98,9 %, avec une taille des trous de l'ordre de 0,18mm. Un troisième exemple est illustré aux figures 16 à 19, dans lequel le mouvement transversal de la nappe de fils de renfort est périodique tous les deux pas de couture, de la même manière que la figure 8. Toutefois, dans l'exemple de la figure 16, le fil de couture est cousu en alternant un point de tricot 71 avec un point de chaînette 72, de manière à dessiner une courbe sur la face avant qui combine des trapèzes. On notera à nouveau qu'avant élongation du textile, les trous formés par les passages des fils de couture sont bien alignés, selon les traits pointillés 75.
Après élongation et remise des fils de renfort dans une configuration parallèle, les fils de couture 70 se déforment pour donner la configuration de la figure 17.
On note que le positionnement des trous, visible à la figure 18 est tel que les trous alignés 76, 77 sont écartés d'une distance de deux pas de couture. On observe également que la combinaison d'un point de couture et d'un point de chaînette permet de diminuer l'angle fait par la trajectoire du fil sur la face avant, de sorte que les filaments qui sont maintenus au niveau des changements de direction du fil de couture sont moins contraints que dans une configuration des exemples précédents pour lesquels le point de couture est uniquement un point de tricot. Le renfort obtenu illustré à la figure 19 présente un taux de couverture de l'ordre de
97,5 %, à comparer avec le taux de couverture d'un renfort selon l'Art antérieur, illustré aux figures 6 et 7, réalisé également avec une couture combinant des points de tricot et des points de chaînette, qui est de l'ordre 87,2 % du fait de la présence de canaux 39 longitudinaux, d'une largeur de l'ordre de 0,58 mm. Dans l'exemple de la figure 19, la taille ou largeur des trous de couture, c'est-à-dire la distance transversale la plus grande entre deux filaments de part et d'autre du trou est de l'ordre de 0,3mm.
Le quatrième mode de réalisation illustré aux figures 20 à 23 est réalisé avec un point de couture combinant un point de chaînette 81 et un point de tricot 82. Le mouvement alternatif de déplacement transversal de la nappe de filaments de renfort est périodique tous les quatre coups de couture. Après élongation du renfort, les fils de couture se déforment tel qu'illustré à la figure 21, avec une configuration des points 84 de traversée des fils de couture illustré à la figure 22. Le taux de couverture tel que mesuré à partir de la photographie de la figure 23 est de l'ordre de 98,5 %, avec des tailles de trous de l'ordre de 0,23 mm.
Bien entendu, de multiples variantes de réalisation peuvent être envisagées, en utilisant une périodicité du mouvement transversal de la nappe de filaments de renfort sur un nombre plus important de pas de couture, de manière à encore augmenter la distance entre deux trous de passage du fil de couture qui soient alignés transversalement. La trajectoire du mouvement peut également être adaptée en fonction des applications souhaitées, voire même être aléatoire ou quasi aléatoire pour augmenter encore la distance entre trous alignés.
Il ressort de ce qui précède que le procédé conforme à l'invention permet d'obtenir des renforts qui possèdent un taux de couverture nettement plus élevé que ceux mesurés dans l'état de l'Art.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Procédé de fabrication d'un renfort textile incluant une nappe (11) de filaments de haute ténacité parallèles, orientée dans la direction de production (C), ladite nappe étant exempte de canaux longitudinaux, dans lequel on fait défiler ladite nappe de filaments et on la soumet à l'action d'une tête (20) de couture/tricotage permettant la solidarisation de ladite nappe avec un support caractérisée en ce qu'en amont de ladite tête, on provoque un déplacement de ladite nappe (11) par rapport à la tête de couture (20) dans le sens transversal, selon un mouvement alternatif, et qu'après couture, on assure la mise sous tension de ladite nappe en vue de rendre les filaments rectilignes .
21 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tête de couture réalise des points de chaînette et/ou de tricot. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement relatif est assuré entre les phases où les aiguilles de la tête de couture traversent la nappe de filaments.
4/ Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le mouvement alternatif présente une périodicité spatiale qui est le multiple du pas de couture.
5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mouvement alternatif présente une périodicité spatiale (D2) qui est le double du pas de couture.
6/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mouvement alternatif présente une périodicité spatiale (D4) qui est le quadruple du pas de couture.
7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude du mouvement alternatif est comprise entre 5 % et 30 % de l'écart transversal entre deux aiguilles de couture.
8/ Renfort textile (11) incluant une nappe de filaments de haute ténacité parallèles, orientés dans la direction de production (C), ladite nappe étant exempte de canaux longitudinaux et comportant une pluralité de fils de couture traversant ladite nappe au niveau de points de couture, les points de couture étant disposés en ligne perpendiculaires à la direction de production, caractérisé en ce qu'au niveau de deux lignes successives, les trous des points de couture (44, 48) sont décalés transversalement par rapport à la direction de production, de sorte que les fils de couture forment sur la face avant des courbes qui s'interpénétrent transversalement.
91 Renfort selon la revendication 8, caractérisé en ce que les trous des points de couture sont alignés transversalement toutes les deux lignes de points de couture. 10/ Renfort selon la revendication 8, caractérisé en ce que les trous des points de couture sont alignés transversalement toutes les quatre lignes de points de couture.
1 1/ Renfort selon la revendication 8, caractérisé ce que les fils de couture forment sur la face avant des segments de longueur identique.
12/ Renfort selon la revendication 8, caractérisé en ce que les fils de couture forment sur la face avant un ensemble de segments de deux longueurs différentes, à savoir une première et une seconde longueur, lesdits segments se succédant par paire de segments (61 , 62) d'une première longueur, suivie par une paire de segments (63, 64) d'une seconde longueur.
PCT/FR2017/052799 2016-10-19 2017-10-11 Procede de fabrication d'un renfort textile, et renfort associe WO2018073512A1 (fr)

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