WO2018150059A1 - Piece thermoplastique renforcee pour une structure porteuse - Google Patents

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WO2018150059A1
WO2018150059A1 PCT/EP2018/054193 EP2018054193W WO2018150059A1 WO 2018150059 A1 WO2018150059 A1 WO 2018150059A1 EP 2018054193 W EP2018054193 W EP 2018054193W WO 2018150059 A1 WO2018150059 A1 WO 2018150059A1
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WO
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fibers
thermoplastic
matrix
parts
tent
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/054193
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English (en)
Inventor
Virginie HERMANT
Alexandre Abel Marie PETIT
Sébastien SIBEUD
Original Assignee
Utilis
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H15/00—Tents or canopies, in general
    • E04H15/32—Parts, components, construction details, accessories, interior equipment, specially adapted for tents, e.g. guy-line equipment, skirts, thresholds
    • E04H15/34—Supporting means, e.g. frames
    • E04H15/44—Supporting means, e.g. frames collapsible, e.g. breakdown type
    • E04H15/48—Supporting means, e.g. frames collapsible, e.g. breakdown type foldable, i.e. having pivoted or hinged means

Definitions

  • the present invention relates to a reinforced thermoplastic piece for a modular structure foldable tent or similar fast-mounting improved.
  • the invention particularly relates to tents adapted to emergency situations, and to military use, that is to say of relatively small volume once disassembled, which can be assembled and deployed quickly while providing shelter from a great resistance to weather conditions.
  • a tent comprises a structure having a fabric, said structure being removable, and constituted for this purpose the assembly by interlocking tubular type profiles.
  • the modular structure foldable tent or the like fast assembly is generally constituted by the assembly of tubular type profiles, and intended to carry a fabric, said profiles including forming at least two arches vis-à-vis connected by the minus two failures including a Jerusalem, and it is characterized in that the said basic failure is constituted by the abutment of one or two profiles each secured by their other end to a piece that includes each of said arches.
  • An example of this type of structure is cited in document EP 1 493 886.
  • a factière or failure factière according to the invention is an upper part of a roof structure, providing support rafters or profiles constituting the tent.
  • NSN National Codification Offices
  • plastics Another constraint on plastics is its behavior to chemicals used in the military such as decontamination products in tents, or the reaction to fire that is different from aluminum. Indeed, in case of fire, it is necessary that the nature of the materials used has a great behavior because the shelters harbor people and it is necessary to be able to hold the heat of the fire with high stresses without burns or risks of fall of the shelter. Another disadvantage is also its ability to deform and expand when pierced to put pins in extreme temperature cases, it swells the material and this small localized deformation poses problems for the assembly and rapid disassembly of military tents . Weight constraints, anti-radar capability, stealth and infrared are also imposed. Finally, its mechanical strength is not the same as that of metal.
  • connecting pieces according to the invention are lighter and therefore easier to transport at equivalent strength for an identical piece.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the parts according to the invention are preferably injected and not molded, which simplifies their manufacturing process, with less loss and are therefore much cheaper than their metallic equivalents.
  • the subject of the present invention is parts made of a ribbed thermoplastic matrix for connecting at least two sections facing one another for a foldable modular structure of a tent or the like that is fast-fitting and intended to support a fabric, characterized in that the matrix is loaded between 15 and 50% organic fibers.
  • the thermoplastic parts according to the invention can be all the necessary parts in order to create a foldable modular structure and in particular all the heaviest and most restrictive parts to be transported, that is to say, in a non-limiting manner, the ridge purlins, the braces, the junction sleeves, the feet of the tent and even the entire profile.
  • the organic fibers are selected from glass and carbon, or a mixture thereof.
  • the matrix is loaded between 1 to 50% of fibers, preferably 30 to 40% of fibers.
  • the matrix is loaded with 40% of fibers.
  • the matrix is polypropylene.
  • the matrix is polyamide.
  • the fibers may be recycled fibers.
  • the invention relates to a plastic material comprising polypropylene filled with glass fibers, characterized in that it comprises between 15 to 50% of fibers, preferably 30 to 40% of recycled fibers. In a preferred embodiment, the matrix is loaded with 40% recycled fibers. In a preferred embodiment, the invention relates to a plastic material comprising polyamide filled with glass fibers, characterized in that it comprises between 15 to 50% of fibers, preferably 30 to 40% of recycled fibers. In a preferred embodiment, the matrix is loaded with 40% recycled fibers.
  • the invention relates to a plastics material comprising polypropylene filled with carbon fibers, characterized in that it comprises between 1 to 50% fibers, preferably 30 to 40% recycled fibers.
  • the matrix is loaded with 40% recycled fibers.
  • the invention relates to a plastic material comprising polyamide loaded with carbon fibers, characterized in that it comprises between 15 to 50% of fibers, preferably 30 to 40% of recycled fibers.
  • the matrix is loaded with 40% recycled fibers.
  • the glass fibers are in micronized form.
  • micronized fibers that is to say even shorter than new fibers, provides equally satisfactory results, since it allows the maintenance of the desired mechanical properties of the part.
  • Glass fibers in micronized form can be recycled or not, that is to say, ground in the form of fine powder, which are their easier handling.
  • the invention also relates to the use of a ribbed thermoplastic matrix loaded between 15 and 50% of organic fibers for the manufacture of a workpiece, for connecting in relation to at least two sections of a structure modular folding tent or the like fast assembly, and intended to support a canvas.
  • the invention also relates to a foldable modular structure tent or the like fast mounting, the structure being intended to support a fabric and comprising at least two profiles and a part according to the invention, said part being intended to connect the two sections in screws -a-vis.
  • thermoplastic part according to the invention or a set of thermoplastic parts according to the invention to form at least partially a folding modular structure profile tent-type or similar fast-mounting improved .
  • Figure 1 schematic representation of an example of foldable modular structure according to the invention
  • Figure 2 schematic representation of an example of a part according to the invention.
  • the invention proposes a structure comprising thermoplastic parts comprising a body and possibly at least one reinforcing element.
  • the body is made of a material comprising a first thermoplastic matrix and may have the desired aesthetic and geometric characteristics for the part.
  • thermoplastic matrix may advantageously comprise continuous fibers substantially parallel to each other.
  • Figure 1 is a schematic representation of a collapsible modular tent structure or the like fast mounting.
  • the thermoplastic part comprises a body made of a material comprising a thermoplastic matrix, for example polyamide, polypropylene, polyester, polyolefins, ABS, or any other thermoplastic polymer.
  • the body of the piece has the shape of an elongated section, that is to say with a length greater than the width and height, for example with a length equal to at least twice the width and height.
  • Additives such as coloring pigments, anti-UV fillers, texturizing agents or any additives usually used for the manufacture of thermoplastic matrix.
  • lubricants flame-retardants, plasticizers, nucleants, catalysts, resilience-improving agents such as optionally grafted elastomers, light and / or thermal stabilizers, antioxidants, antistatic dyes pigments, mattifying agents, molding aid additives or other conventional additives.
  • thermoplastic matrix at least one reinforcing and / or filling charge, such as fillers.
  • fibrous or not preferably selected from the group consisting of glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, clays, kaolin, mica, wollastonite, silica, talc, graphite, silicon carbide or nanoparticles.
  • the rate of incorporation in reinforcing and / or filling charge is, according to a preferred embodiment of the invention, between 15 to 50%, preferably 30 to 40%, especially 40%.
  • these fillers and additives may be added to the polyamide by conventional means adapted to each filler or additive, such as for example during the polymerization or in a melt-blending mixture.
  • the fibers incorporated into the matrix of the elements reinforcement are said to be continuous, that is to say that they extend generally over the entire length of the reinforcement profile; they are not incorporated in flakes or pieces in the thermoplastic matrix.
  • the fibers are also said to be substantially parallel to each other, that is to say that they are not entangled. It is also possible to use other types of fibers, such as fibers of plant origin such as flax, jute, hemp, sisal.
  • the choice of fibers depends on the expected mechanical performance of the part.
  • the proportion by weight of glass fibers in each reinforcing element is between 15% and 50% by weight.
  • the thermoplastic matrix in which the fibers are embedded can be polypropylene or any other polyolefin, polyester, polyamide, ABS or any other thermoplastic polymer.
  • thermoplastic parts according to the invention have, by the presence of the fibers, a Young's modulus of at least 70,000 MPa between a Young's modulus at least equivalent to that of the aluminum profile which presents a Young's modulus of 70000 MPa and a permissible stress, that is to say the breaking strength of the reinforcing element, which is between 90 to 440 MPa.
  • the plastic parts according to the invention must be able to withstand the following minimum forces:
  • VY perpendicular force along the Y axis of 60 daN
  • VZ Perpendicular effort along Z axis of 275 daN
  • the body elements can be sheathed.
  • the body elements may be at least partially encapsulated by a cladding made of a thermoplastic material.
  • the cladding material comprises a thermoplastic matrix compatible with the thermoplastic matrix of the body of the part, that is to say of the same organic family.
  • the cladding material may comprise additives, and may optionally be fiber-free.
  • the sheathing can improve the mechanical properties of the thermoplastic part, in particular by increasing the allowable stress, in a direction perpendicular to the direction of the fibers, which improves the cohesion of the reinforcement.
  • the body of the thermoplastic piece has ribs.
  • the ribs of the thermoplastic parts make it possible to avoid their rupture because of the important stresses that they undergo. These ribs make it possible to save material by having finer parts and consequently also to lower the production cost of the parts according to the invention.
  • the geometry of the body of the thermoplastic parts according to the invention and the resulting geometries of association, are left to the appreciation of the skilled person, according to the bending strength values to be obtained.
  • the geometry of the reinforcements is therefore chosen as a function of the mechanical stresses to be respected, and in particular the resistance to bending to be obtained for the part.
  • the number of thermoplastic parts, their locations on the body of the profile of the structure also depend on the value to be respected in flexion under load.
  • thermoplastic part according to the invention can be covered, totally or partially, with a covering.
  • a covering may be a box made of thermoplastic material or fibrous material or any other insulating material; the covering may also be a fabric wrapping the reinforced part, such as a felt for example.
  • the reinforced thermoplastic part according to the invention can be manufactured in the following manner.
  • a workpiece comprising a thermoplastic material is produced by thermoplastic injection, blow molding, thermoforming, rotational molding, thermocompression, or any other current technology for forming parts made of thermoplastic materials.
  • the dimensions and shapes of the body of the part can be very variable according to the envisaged applications and the parts to be modified.
  • the material of the body of the piece may contain mineral fillers, such as talc or glass, or vegetable.
  • the fillers may be natural cellulosic fibers, such as flax, jute or sisal, in proportions varying between 15% and 50%, and preferably 30 to 40%.
  • the body comprises at least one layer of thermoplastic material, of polyamide type reinforced with 40% carbon fiber.
  • a preferred material of the invention is AKROLOY® from AKRO-Plastic GmbH. The use of AKROLOY® is particularly advantageous in the military field because of its good chemical resistance to active agents and chemicals.
  • the body of the thermoplastic parts of the invention consists of a semi-aromatic polyamide reinforced with 50% glass fiber.
  • a preferred material of the invention of this type is NILAMI D XS3 GF50 NC1102 / J from Nilit® Plastics.
  • these consist of polypropylene reinforced with 40% glass fiber.
  • a preferred material of the invention having these characteristics is the ISOGLASS grade XT 800H from Sirmax S. P.A.
  • the body of the thermoplastic parts can be obtained by pultrusion. Several continuous fiber strands are joined in parallel and introduced into a die. A thermoplastic material may be introduced into the die as the fibers are stretched to form the body of the workpiece. It is also possible to use a composite yarn joining fiber and thermoplastic strands as described in the patent application FR-A-2,638,467 and to heat the line upstream of the die to soften the thermoplastic material in order to incorporate the fibers. in the plastic. It is also possible to use fiber strands and a wire of thermoplastic material introduced into the die at the same time as the fiber strands. The thermoplastic material is heated before introduction into the die and the fibers are incorporated into the plastic at the outlet of the die.
  • a profile is firstly formed in which the fibers and the thermoplastic material are brought together in parallel, and this profile is introduced into a calibrated die in which at least one second molten thermoplastic material is simultaneously introduced. in contact with the profile to form the sheathing.
  • a direct and irreversible association can be obtained by welding, preferably without contact such as infrared radiation welding.
  • contactless welding the welding is done by radiation.
  • Energy in the form of heat is provided at the contact surface to cause surface melting of the material.
  • the energy source may be a laser, an infrared emissive wire, an ultrasonic or high frequency emitter, or the like.
  • the contact surfaces interpenetrate, which is reflected at the molecular level by entanglement of the polymer chains.
  • the polymer chains adopt a new three-dimensional structure thus ensuring a direct and irreversible association of the welded parts.
  • the welding is done only by merging the two parts to be assembled, without adding additional materials.
  • the material constituting the body is heated above its melting temperature and deposited in the cold mold. The body material is then thermocompressed in the mold to form the body.
  • the reinforced thermoplastic part according to the invention can be used for many applications.
  • the part can be at least partially a part of a modular structure for folding tent or similar fast-mounting improved all parts of the profile of these modular structures and all elements including the feet of the tent, a tablet, a floor , a door, a door handle, anti-intrusion bars, or any other part having to meet the military specifications of mechanical resistance or impact resistance.
  • the present invention relates to reinforced thermoplastic parts for foldable modular structures adapted to withstand high localized loads. Such a part can be intended for all modular devices requiring localized reinforcement to withstand heavy loads.
  • the invention proposes a thermoplastic piece for a foldable modular structure comprising a body made of a material comprising a first thermoplastic matrix; a second thermoplastic matrix and continuous fibers substantially parallel to each other; the first and second thermoplastic matrices being materials of the same family and said at least one reinforcing element being irreversibly associated with the body of the part.
  • the thermoplastic part of the invention may comprise one or more of the following characteristics:
  • the family of the first and second matrices is chosen from polypropylenes or polyamides, the first and second thermoplastic matrices consist of the same material, the fibers constitute between 15% and 50% by weight of the weight of the thermoplastic part, the fibers of the reinforcing element are chosen from glass fibers, mineral fibers, fibers of vegetable origin and synthetic fibers, the body of the part has a Young modulus at 23 degrees C of at least 70,000 MPa.
  • the invention also relates to an assembly comprising a thermoplastic part according to the invention and a covering surrounding the part.
  • the dressing is a box or a fabric.
  • the invention also proposes a method for manufacturing a reinforced thermoplastic part, comprising the steps of making a part body comprising a first thermoplastic matrix, making at least one element of the part, called reinforcing element, comprising continuous fibers. substantially parallel members incorporated in a second thermoplastic matrix, the first and second thermoplastic matrices being materials of the same family and irreversibly combining said at least one reinforcing element to the body to form a reinforced part.
  • the method of the invention may comprise one or more of the following features: the step of producing the body consists in injecting a thermoplastic material into a mold, the step of producing the reinforcing element comprises the steps of joining a plurality of fiber strands to be drawn through a die and introducing a thermoplastic material into the die, the step of forming the reinforcing member comprises steps of joining a plurality of fiber strands impregnated with thermoplastic material and stretching said fiber strands through a die, the step of providing the reinforcing member comprises steps of joining a plurality of fiber strands and a thermoplastic wire and stranding said strands and said wire simultaneously through a die, the step of combining the reinforcing element with the body comprises a welding step, the step of associating the reinforcement element with the body comprises a heat-sealing step, the step of associating the reinforcement element with the body is conducted simultaneously with the step of producing the body of the part and comprises the steps comprising arranging said at least one

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Abstract

La présente invention a pour objet des pièces en matrice thermoplastique nervurée permettant de relier au moins deux profilés en vis-à-vis pour une structure modulaire pliable de tente ou analogue à montage rapide, et destinée à supporter une toile, caractérisée en ce que la matrice est chargée entre 15 et 50 % en fibres organiques. Les pièces thermoplastiques selon l'invention peuvent être toutes les pièces nécessaires afin de créer une structure modulaire pliable et notamment toutes les pièces les plus lourdes et les plus contraignantes à transporter, à savoir, de manière non limitative, les pannes faitières, les contreventements, les manchons de jonctions, les pieds de la tente et même l'ensemble du profilé.

Description

Pièce thermoplastique renforcée pour une structure porteuse
La présente invention a pour objet une pièce thermoplastique renforcée pour une structure modulaire pliable pour tente ou analogue à montage rapide améliorée. L'invention concerne particulièrement les tentes adaptées aux situations d'urgence, et à un usage militaire, c'est-à-dire de relativement faible volume une fois démontées, qui peuvent être montées et déployées rapidement tout en offrant un abri d'une grande résistance aux conditions météorologiques.
De manière générale une tente comprend une structure ayant une toile, ladite structure étant démontable, et constituée à cet effet de l'assemblage par emboîtement de profilés de type tubulaire.
La structure modulaire pliable pour tente ou analogue à montage rapide est généralement constitué de l'assemblage de profilés de type tubulaire, et destinée à porter une toile, lesdits profilés permettant notamment de former au moins deux arches en vis-à-vis reliées par au moins deux pannes dont une faitière, et elle se caractérisent essentiellement en ce que ladite panne faitière est constituée de l'aboutement d'un ou deux profilés solidarisés chacun par leur autre extrémité à une pièce faitière que comporte chacune desdites arches. Un exemple de ce type de structure est cité dans le document EP 1 493 886. Une faitière ou panne faitière selon l'invention est une pièce supérieure d'une charpente de toit, assurant l'appui des chevrons ou des profilés constituant la tente.
Dans le domaine des tentes militaires les conditions du cahier des charges militaires posent des contraintes spécifiques notamment sur la structure du profilé et des éléments qui le composent. Lorsqu'il est établi qu'un article de ravitaillement est unique, son identité est fixée par l'attribution d'un numéro de nomenclature OTAN (NNO) qui lui est propre. Les NNO sont attribués par les bureaux nationaux de codification (BNC).
L'utilisation des pièces en plastique pour relier les éléments d'une structure modulaire pliable de type tente ou analogue est déjà connue, le document US4265261 est cité en référence, cependant tous les types de plastiques ne sont pas utilisables car ils présentent de nombreux problèmes et par conséquent ne sont jamais utilisé dans le domaine de l'invention. Parmi ceux-ci, les tentes militaires sont généralement utilisées dans des conditions extrêmes de températures, et l'utilisation de n'importe quel plastique n'est pas souhaitable du fait de comportement cassant ou résilient à basses températures. De même, tous les plastiques ne vieillissent pas de la même façon face aux UV, la colorimétrie est changeante et se pose le problème du camouflage alors que des contraintes strictes sont à respecter, il faut dans ce cas un produit d'accrochage pour pouvoir repeindre et changer de couleurs selon les besoins de camouflage. Une autre contrainte sur les plastiques est son comportement aux produits chimiques utilisés par dans le domaine militaire comme les produits de décontamination dans les tentes, ou encore la réaction au feu qui est différente de l'aluminium. En effet, en cas d'incendie, il faut que la nature des matériaux utilisés ait une grande tenue car les abris hébergent des personnes et il faut pouvoir tenir la chaleur du feu avec des contraintes élevées sans brûlures ou des risques de chute de l'abri. Un autre inconvénient est également sa capacité de déformation et de dilatation quand on le perce pour mettre des goupilles dans les cas de températures extrêmes, cela fait gonfler la matière et cette petite déformation localisée pose des problèmes pour le montage et le démontage rapide des tentes militaires. Des contraintes de poids, de capacité anti radar, de furtivité et de comportement aux infrarouges sont également imposées. Enfin sa tenue mécanique n'est pas la même que celle du métal.
Il serait souhaitable de trouver une composition plastique qui s'affranchirait de tous les problèmes cités plus haut et qui permettrait son utilisation dans le domaine des abris et tentes militaires.
De manière surprenante, la demanderesse a trouvé que certains types de composition plastique permettaient la résolution de ces contraintes et notamment une résistance identique voir meilleure que les pièces métalliques.
De plus, les pièces de liaison selon l'invention sont plus légères et donc plus facile à transporter à résistance équivalente pour une pièce identique.
Un autre élément surprenant est que les pièces selon l'invention ont une meilleure compatibilité électromagnétique (CEM) que l'aluminium et qu'elles ne s'usent pas avec le passage répété des cordes ou des toiles, car ils ont une propriété supplémentaire d'anti friction pour les éléments mobiles des pièces mécaniques, ce qui peut éviter l'utilisation de pièces supplémentaires et simplifier le design final.
Enfin, les pièces selon l'invention sont préférentiellement injectées et non moulées, ce qui simplifie leur procédé de fabrication, avec moins de perte et sont par conséquent beaucoup moins chères que leurs équivalents métalliques. La présente invention a pour objet des pièces en matrice thermoplastique nervurée permettant de relier au moins deux profilés en vis-à-vis pour une structure modulaire pliable de tente ou analogue à montage rapide, et destinée à supporter une toile, caractérisée en ce que la matrice est chargée entre 15 et 50 % en fibres organiques. Les pièces thermoplastiques selon l'invention peuvent être toutes les pièces nécessaires afin de créer une structure modulaire pliable et notamment toutes les pièces les plus lourdes et les plus contraignantes à transporter, à savoir, de manière non limitative, les pannes faîtières, les contreventements, les manchons de jonctions, les pieds de la tente et même l'ensemble du profilé.
Selon une caractéristique additionnelle de la structure selon l'invention les fibres organiques sont sélectionnées parmi le verre et le carbone, ou un mélange de ceux-ci.
Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention la matrice est chargée entre 1 5 à 50 % de fibres, de préférence 30 à 40% de fibres.
Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, la matrice est chargée à 40% de fibres. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, la matrice est du polypropylène.
Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, la matrice est du polyamide.
Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, les fibres peuvent être des fibres recyclées.
Dans un mode de réalisation préféré, l'invention concerne une matière plastique comportant du polypropylène chargé en fibres de verre, caractérisée en ce qu'elle comprend entre 15 à 50% de fibres, de préférence 30 à 40% de fibres recyclées. Dans un mode préféré la matrice est chargée à 40% de fibres recyclées. Dans un mode de réalisation préféré, l'invention concerne une matière plastique comportant du polyamide chargé en fibres de verre, caractérisée en ce qu'elle comprend entre 15 à 50% de fibres, de préférence 30 à 40% de fibres recyclées. Dans un mode préféré la matrice est chargée à 40% de fibres recyclées.
Dans un mode de réalisation préféré, l'invention concerne une matière plastique comportant du polypropylène chargé en fibres de carbone, caractérisée en ce qu'elle comprend entre 1 5 à 50% de fibres, de préférence 30 à 40% de fibres recyclées. Dans un mode préféré la matrice est chargée à 40% de fibres recyclées.
Dans un mode de réalisation préféré, l'invention concerne une matière plastique comportant du polyamide chargé en fibres de carbone, caractérisée en ce qu'elle comprend entre 15 à 50% de fibres, de préférence 30 à 40% de fibres recyclées. Dans un mode préféré la matrice est chargée à 40% de fibres recyclées.
Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, les fibres de verre sont sous forme micronisées.
Le fait de recourir à des fibres micronisées, c'est-à-dire encore plus courtes que des fibres neuves, fournit des résultats tout aussi satisfaisant, puisqu'elle permet le maintien des propriétés mécaniques recherchées de la pièce.
Les fibres de verres sous forme micronisées peuvent être recyclées ou non, c'est- à-dire broyées sous la forme de fine poudre, ce qui sont leur manipulation plus aisée.
L'invention se rapporte également à l'utilisation d'une matrice thermoplastique nervurée chargée entre 1 5 et 50 % de fibres organiques pour la fabrication d'une pièce, pour relier en vis-à-vis au moins deux profilés d'une structure modulaire pliable de tente ou analogue à montage rapide, et destinée à supporter une toile. L'invention concerne également une structure modulaire pliable de tente ou analogue à montage rapide, la structure étant destinée à supporter une toile et comprenant au moins deux profilés et une pièce selon l'invention, ladite pièce étant destinée à relier les deux profilés en vis-à-vis.
Enfin, l'invention concerne l'utilisation d'une pièce thermoplastique selon l'invention ou d'un ensemble de pièces thermoplastiques selon l'invention pour constituer au moins partiellement un profilé de structure modulaire pliable de type tente ou analogue à montage rapide amélioré. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent :
Figure 1 : représentation schématique d'un exemple de structure modulaire pliable selon l'invention ;
Figure 2 : représentation schématique d'un exemple de pièce selon l'invention.
Selon un mode de réalisation, l'invention propose une structure comprenant des pièces thermoplastiques comprenant un corps et éventuellement au moins un élément de renfort. Le corps est constitué d'un matériau comprenant une première matrice thermoplastique et peut présenter les caractéristiques esthétiques et géométriques souhaitées pour la pièce.
La matrice thermoplastique peut de manière avantageuse comprendre des fibres continues et sensiblement parallèles les unes aux autres. La figure 1 est une représentation schématique d'une structure modulaire pliable de tente ou analogue à montage rapide.
Sont représentés sur cette figure 1 différents profilés 10 à 23 assemblés deux à deux au moyen de différentes pièces 1 à 9 de connexion. Un exemple d'une telle pièce 5, 6 de connexion est représenté plus en détail sur la figure 2.
Qu'il s'agisse de l'une des pièces 5, 6 de connexion représentées schématiquement sur la figure 1 , ou plus en détail sur la figure 2, ou l'une des autres pièces 1 à 4, 8 à 9, représentées schématiquement sur la figure 1 , voire des profilés 10 à 23 eux-mêmes, la pièce thermoplastique comprend un corps constitué d'un matériau comprenant une matrice thermoplastique, par exemple du polyamide, du polypropylène, le polyester, les polyoléfines, l'ABS, ou tout autre polymère thermoplastique.
Le corps de la pièce présente la forme d'un profilé allongé, c'est-à-dire avec une longueur plus grande que la largeur et la hauteur, par exemple avec une longueur égale à au moins deux fois la largeur et la hauteur.
Des additifs, tels que des pigments de coloration, des charges anti-UV, des agents de texture ou tous additifs usuellement utilisés pour la fabrication de matrice thermoplastique. Ainsi, on peut citer les lubrifiants, les agents ignifugeants, les plastifiants, les nucléants, les catalyseurs, les agents d'amélioration de la résilience comme des élastomères éventuellement greffés, les stabilisants lumière et/ou thermique, les antioxydants, les antistatiques les colorants, les pigments, les matifiants, les additifs d'aide au moulage ou autres additifs conventionnels.
Pour améliorer les propriétés mécaniques d'une pièce thermoplastique selon l'invention, il peut être avantageux d'adjoindre à la matrice thermoplastique au moins une charge de renfort et/ou de remplissage, telles que des charges fibreuses ou non, préférentiellement choisie dans le groupe comprenant les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres aramides, les argiles, le kaolin, le mica, la wollastonite, la silice, le talc, le graphite, le carbure de silicium ou des nanoparticules. Le taux d'incorporation en charge de renfort et/ou de remplissage est, selon un mode préféré de l'invention, entre 15 à 50 %, de préférence de 30 à 40 %, notamment 40 %.
Pour la réalisation d'une composition polyamide, ces charges et additifs peuvent être ajoutés au polyamide par des moyens usuels adaptés à chaque charge ou additif, tels que par exemple lors de la polymérisation ou en mélange en fondu Les fibres incorporées dans la matrice des éléments de renfort sont dites continues, c'est-à-dire qu'elles s'étendent globalement sur toute la longueur du profilé de renfort ; elles ne sont pas incorporées en paillettes ou en morceaux dans la matrice thermoplastique. Les fibres sont aussi dites sensiblement parallèles les unes ou autres, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas enchevêtrées. On peut également envisager d'utiliser d'autres types de fibres, telles que des fibres d'origine végétale comme le lin, le jute, le chanvre, le sisal.
Le choix des fibres dépend des performances mécaniques attendues pour la pièce. La proportion en masse de fibres de verre dans chaque élément de renfort est comprise entre 1 5% et 50% en poids. La matrice thermoplastique dans laquelle sont noyées les fibres peut être du polypropylène ou tout autre polyoléfine, du polyester, du polyamide, l'ABS ou tout autre polymère thermoplastique.
Les pièces en thermoplastique selon l'invention, présentent, de par la présence des fibres, un module de Young compris d'au minimum 70 000 MPa entre soit un module de Young au moins équivalent à celui du profilé en aluminium qui présente un module de Young de 70000 MPa et une contrainte admissible, c'est-à-dire la force de rupture de l'élément de renfort, qui se situe entre 90 à 440 Mpa.
Les pièces plastiques selon l'invention doivent pourvoir supporter les efforts minimum suivants :
- N = effort Normal axial 5100 daN
VY = Effort perpendiculaire suivant axe Y de 60 daN
VZ = Effort Perpendiculaire suivant axe Z de 275 daN
Et la pièce doit pouvoir supporter des moments minimums de
- MX= 27 daN.m
MY= 500 daN. m
MZ= 1 50 daN
Ces efforts correspondent aux efforts dus à un vent de 140 km/h et à une chute de neige exerçant une pression de 1 1 0Kg/m2.
A titre de comparaison, on peut citer les valeurs de l'aluminium qui présente un module de Young de 70000 MPa et une contrainte admissible de 90 à 440 MPa.
La combinaison de ces deux caractéristiques, à savoir tenue à la contrainte et élasticité, permet de conférer à la pièce renforcée un rôle de limiteur d'élasticité et de résistance équivalente aux pièces aluminium qui trouve des applications particulièrement avantageuses pour les structures modulaires dans le domaine militaire.
De telles pièces renforcées permettent donc d'améliorer les caractéristiques des structures modulaires et par conséquent la protection des personnes et des biens et permet de réduire le dimensionnement des pièces adjacentes en limitant les efforts transmis. Le ratio module de Young / contrainte admissible des éléments de renfort selon l'invention est plus favorable qu'un renfort métallique pour la maîtrise des efforts sur ces mêmes pièces. Selon un autre mode de réalisation, les éléments du corps peuvent être gainés. Les éléments du corps peuvent être enrobés au moins partiellement par un gainage constitué d'une matière thermoplastique. Le matériau de gainage comprend une matrice thermoplastique compatible avec la matrice thermoplastique du corps de la pièce, c'est-à-dire de la même famille organique. Le matériau de gainage peut comprendre des additifs, et peut optionnellement, être dénué de fibres. Le gainage peut améliorer les propriétés mécaniques de la pièce thermoplastique, notamment en augmentant la contrainte admissible, selon une direction perpendiculaire au sens des fibres, ce qui améliore la cohésion du renfort.
Selon un mode de réalisation, le corps de la pièce thermoplastique présente des nervures. Les nervures des pièces thermoplastiques permettent d'éviter leur rupture du fait des contraintes importantes qu'elles subissent. Ces nervures permettent de faire des économies de matières en ayant des pièces plus fines et par conséquent également d'abaisser le coût de production des pièces selon l'invention.
La géométrie du corps des pièces thermoplastiques selon l'invention et les géométries d'association qui en découlent, sont laissées à l'appréciation de l'homme du métier, selon les valeurs de résistance à la flexion à obtenir. La géométrie des renforts est donc choisie en fonction des contraintes mécaniques à respecter, et en particulier la résistance à la flexion à obtenir pour la pièce. Le nombre de pièces thermoplastiques, leurs emplacements sur le corps du profilé de la structure dépendent également de la valeur à respecter en flexion sous charge.
Il est à noter que la pièce thermoplastique selon l'invention, peut être recouverte, totalement ou partiellement, d'un habillage. Un tel habillage peut être un caisson en matériau thermoplastique ou en matériau fibreux ou en tout autre matériau isolant ; l'habillage peut aussi être un tissu enveloppant la pièce renforcée, tel qu'un feutre par exemple. La pièce thermoplastique renforcée selon l'invention peut être fabriquée de la manière suivante.
On réalise un corps de pièce comprenant une matière thermoplastique par injection thermoplastique, soufflage, thermoformage, rotomoulage, thermocompression, ou toute autre technologie courante de formage de pièces en matériaux thermoplastiques. Les dimensions et formes du corps de la pièce peuvent être très variables selon les applications envisagées et les pièces à modifier.
La matière du corps de la pièce peut contenir des charges minérales, comme du talc ou du verre, ou végétales. Les charges peuvent être des fibres naturelles cellulosiques, comme le lin, le jute, le sisal, dans des proportions variant entre 15% et 50%, et préférentiellement 30 à 40%.
Dans une variante, le corps comprend au moins une couche de matière thermoplastique, de type polyamide renforcé par 40% de fibre de carbone. Un matériau préféré de l'invention est AKROLOY® de la société AKRO-Plastic GmbH. L'emploi de l'AKROLOY® est particulièrement avantageux dans le domaine militaire du fait de sa bonne résistance chimique aux agents actifs et produits chimiques.
Dans une autre variante préférée de l'invention, le corps des pièces thermoplastique de l'invention est constitué d'un polyamide semi-aromatique renforcé à 50% de fibre de verre.
Un matériau préféré de l'invention de ce type est le NILAMI D XS3 GF50 NC 1 1 02/J de la société Nilit® Plastics. Dans un autre mode de réalisation des corps des pièces thermoplastiques de l'invention, ceux-ci sont constitué de polypropylène renforcé à 40% de fibre de verre.
Un matériau préféré de l'invention répondant à ces caractéristiques est l'ISOGLASS de grade XT 800H de la société Sirmax S. P.A.
Le corps des pièces thermoplastiques peut être obtenu par pultrusion. Plusieurs brins de fibres continus sont réunis parallèlement et introduit dans une filière. Une matière thermoplastique peut être introduite dans la filière pendant que les fibres sont étirées pour former le corps de la pièce. On peut également utiliser un fil composite réunissant des brins de fibre et de matière thermoplastique comme décrit dans la demande de brevet FR-A-2 638 467 et chauffer la ligne en amont de la filière pour ramollir la matière thermoplastique afin d'incorporer les fibres dans le plastique. On peut aussi utiliser des brins de fibres et un fil de matière thermoplastique introduit dans la filière en même temps que les brins de fibres. La matière thermoplastique est chauffée avant introduction dans la filière et les fibres sont incorporées dans le plastique en sortie de la filière.
Dans le cas d'un élément de connexion gainé, on forme d'abord un profilé dans lequel les fibres et la matière thermoplastique sont rassemblées parallèlement et on introduit ce profilé dans une filière calibrée dans laquelle on introduit simultanément au moins une deuxième matière thermoplastique fondue au contact du profilé pour constituer le gainage.
On associe alors les éléments de renfort au corps pour constituer la pièce renforcée. Une association directe et irréversible peut être obtenue par un soudage, de préférence sans contact tel qu'un soudage par rayonnement infrarouge. Dans un soudage sans contact, la soudure se fait par rayonnement. De l'énergie sous forme de chaleur est apportée au niveau de la surface de contact pour provoquer une fusion superficielle de la matière. La source d'énergie peut être un laser, un fil émissif infrarouge, un émetteur ultrasons ou haute fréquence, ou autre. Lors de la mise en contact des pièces à souder, il y a interpénétration des surfaces de contact, ce qui se traduit au niveau moléculaire par un enchevêtrement des chaînes de polymères. Au moment du refroidissement, les chaînes de polymères adoptent une nouvelle structure tridimensionnelle assurant ainsi une association directe et irréversible des pièces soudées. Le soudage se fait uniquement par fusion des deux pièces à assembler, sans apport de matières supplémentaire.
Dans un mode de réalisation particulier, lorsque le corps de la pièce thermoplastique est réalisé par thermoformage ou thermocompression, le matériau constituant le corps est chauffé au-dessus de sa température de fusion et déposé dans le moule froid. Le matériau du corps est alors thermocomprimé dans le moule afin de former le corps.
La pièce thermoplastique renforcée selon l'invention peut être utilisée pour de nombreuses applications. La pièce peut constituer au moins partiellement une pièce d'une structure modulaire pliable pour tente ou analogue à montage rapide amélioré, toutes pièces du profilé de ces structures modulaires et tous les éléments la comprenant comme les pieds de la tente, une tablette, un plancher, une porte, une poignée de porte, des barres anti-intrusion, ou toute autre pièce ayant à répondre au cahier des charges militaire de tenue mécanique ou de résistance aux chocs. La présente invention concerne des pièces thermoplastiques renforcées pour des structures modulaires pliables adaptées à supporter de fortes charges localisées. Une telle pièce peut être destinée à tous dispositifs modulaires nécessitant un renforcement localisé pour supporter de fortes charges. Selon un autre mode de réalisation, l'invention propose une pièce thermoplastique pour structure modulaire pliable comprenant un corps constitué d'un matériau comprenant une première matrice thermoplastique; une deuxième matrice thermoplastique et des fibres continues et sensiblement parallèles les unes aux autres; les première et deuxième matrices thermoplastiques étant des matériaux de la même famille et ledit au moins un élément de renfort étant associé de façon irréversible au corps de la pièce.
Selon les modes de réalisation, la pièce thermoplastique de l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : La famille des première et deuxième matrices est choisie parmi les polypropylènes ou les polyamides, les première et deuxième matrices thermoplastiques sont constituées du même matériau, les fibres constituent entre 1 5% et 50% en poids du poids de la pièce thermoplastique, les fibres de l'élément de renfort sont choisies parmi les fibres de verre, les fibres minérales, les fibres d'origine végétale et les fibres synthétique, le corps de la pièce présente un module Young à 23 degrés C d'au minimum 70 000 MPa.
L'invention concerne aussi un ensemble comprenant une pièce thermoplastique selon l'invention et un habillage entourant la pièce. Selon les modes de réalisation, l'habillage est un caisson ou un tissu. L'invention propose aussi un procédé de fabrication d'une pièce thermoplastique renforcée, comprenant les étapes consistant à réaliser un corps de pièce comprenant une première matrice thermoplastique, réaliser au moins un élément de la pièce, dit élément de renfort, comprenant des fibres continues sensiblement parallèles incorporées dans une deuxième matrice thermoplastique, les première et deuxième matrices thermoplastiques étant des matériaux de la même famille et associer de façon irréversible ledit au moins un élément de renfort au corps pour constituer une pièce renforcée. Selon les modes de réalisation, le procédé de l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : l'étape de réalisation du corps consiste à injecter une matière thermoplastique dans un moule, l'étape de réalisation de l'élément de renfort comprend des étapes consistant à réunir plusieurs brins de fibres à étirer à travers une filière et à introduire une matière thermoplastique dans la filière, l'étape de réalisation de l'élément de renfort comprend des étapes consistant à réunir plusieurs brins de fibres imprégnés de matière thermoplastique et à étirer lesdits brins de fibre à travers une filière, l'étape de réalisation de l'élément de renfort comprend des étapes consistant à réunir plusieurs brins de fibres et un fil de matière thermoplastique et à étirer lesdits brins et ledit fil simultanément à travers une filière, l'étape d'association de l'élément de renfort au corps comprend une étape de soudage, l'étape d'association de l'élément de renfort au corps comprend une étape de thermocollage, l'étape d'association de l'élément de renfort au corps est conduite simultanément à l'étape de réalisation du corps de la pièce et comprend les étapes consistant à disposer ledit au moins un élément de renfort dans un moule correspondant au corps de la pièce et à thermocomprimer une matière thermoplastique déposée dans le moule.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Pièce (1 à 9) en matrice thermoplastique nervurée permettant de relier au moins deux profilés (10 à 23) en vis-à-vis pour une structure (30) modulaire pliable de tente ou analogue à montage rapide, et destinée à supporter une toile, caractérisée en ce que la matrice est chargée entre 15 et 50 % en fibres organiques.
2. Pièce (1 à 9) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les fibres organiques sont sélectionnées parmi le verre et le carbone, ou un mélange de ceux-ci.
3. Pièce (1 à 9) selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la matrice est chargée entre 30 à 40% de fibres.
4. Pièce (1 à 9) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la matrice est chargée à 40% de fibres.
5. Pièce (1 à 9) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la matrice est en polypropylène.
6. Pièce (1 à 9) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la matrice est en polyamide.
7. Pièce (1 à 9) selon les revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les fibres sont des fibres recyclées.
8. Pièce (1 à 9) en matière plastique selon les revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les fibres de verre sont sous forme micronisées.
9. Utilisation d'une matrice thermoplastique nervurée chargée entre 15 et 50 % de fibres organiques pour la fabrication d'une pièce (1 à 9), pour relier en vis-à-vis au moins deux profilés (10 à 23) d'une structure (30) modulaire pliable de tente ou analogue à montage rapide, et destinée à supporter une toile.
10. Structure (30) modulaire pliable de tente ou analogue à montage rapide, la structure étant destinée à supporter une toile et comprenant au moins deux profilés (10 à 23) et une pièce (1 à 9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, ladite pièce (1 à 9) étant destinée à relier les deux profilés (10 à 23) en vis-à-vis.
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