WO2019002773A1 - Installation et procede de pultrusion de materiau composite en bande - Google Patents

Installation et procede de pultrusion de materiau composite en bande Download PDF

Info

Publication number
WO2019002773A1
WO2019002773A1 PCT/FR2018/051587 FR2018051587W WO2019002773A1 WO 2019002773 A1 WO2019002773 A1 WO 2019002773A1 FR 2018051587 W FR2018051587 W FR 2018051587W WO 2019002773 A1 WO2019002773 A1 WO 2019002773A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermoplastic polymer
fiber
molten thermoplastic
pultrusion
impregnated
Prior art date
Application number
PCT/FR2018/051587
Other languages
English (en)
Inventor
Franck Bordellier
Clément CALLENS
Cédric MASSON
Ghislain VAN DEN BROEK
Original Assignee
Centre Technique Des Industries Mecaniques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre Technique Des Industries Mecaniques filed Critical Centre Technique Des Industries Mecaniques
Publication of WO2019002773A1 publication Critical patent/WO2019002773A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
    • B29C70/523—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die and impregnating the reinforcement in the die

Definitions

  • the present invention relates to an installation and a process for pultrusion of composite material in strips that it allows to implement.
  • thermoplastic composite strips intended for thermoforming or thermo-stamping One area of application envisaged is in particular, but not exclusively, that of thermoplastic composite strips intended for thermoforming or thermo-stamping.
  • Pultrusion is a well known method for continuously producing profiles, tubes, flat laminates, or rods. This process is characterized in that a plurality of fiber locks or wires are provided on one side and a molten thermoplastic polymer on the other. The fiber locks are then driven in translation parallel to each other through an impregnation chamber containing a molten thermoplastic polymer. Inside the impregnation chamber they are soaked with the thermoplastic polymer. The impregnated fiber locks are then driven through a die, an opening prefiguring the cross section of the desired profile, and continue their drive through a refrigerant device for solidifying the thermoplastic polymer.
  • the impregnation chamber has an inlet opening through which the fiber locks are driven.
  • the molten thermoplastic polymer is injected under pressure inside the impregnation chamber and it must "wet" the fibers to be impregnated. Also, it is appropriate to choose thermoplastic polymers whose viscosity is relatively low at the melting temperature. However, the lower the viscosity of the polymer, and the greater the risk of polymer leakage at the inlet and outlet openings, is large.
  • the cross section of the inlet and outlet openings is reduced to a minimum area.
  • the friction forces that are exerted on the fiber strands pose a risk of rupture.
  • a problem that arises and that aims to solve the present invention is to provide a pultrusion installation and a method that can be implemented without difficulty, for making strips of composite material at an advantageous cost.
  • a pultrusion installation of composite material in tape comprising: a plurality of fiber wick support to be able to provide a plurality of strands of fibers, and a supply of a thermoplastic polymer melt for providing said melt thermoplastic polymer; an impregnation chamber located downstream of said plurality of fiber strand holders and connected to said feeder to be able to contact the fiber strands of said plurality of strands of fibers and said molten thermoplastic polymer and to form a web of fiber locks impregnated with said molten thermoplastic polymer; and, a solidification zone located downstream of said impregnation chamber for solidifying said polymer of said impregnated fibrous strand and for obtaining a strip of composite material.
  • Said impregnation chamber comprises: guiding members for extending said fiber locks in two folds spaced apart from one another and for guiding said two folds towards each other; and, an injection rail extending said supply between said two plies to inject said thermoplastic polymer melt between said two plies and to form said a ply of fiber strands impregnated with said thermoplastic polymer melt.
  • said impregnation chamber has two facing cylindrical walls whose generatrices are respectively parallel, said facing cylindrical walls converging towards each other upstream to form an oblong opening transverse opening.
  • the generatrices of the two opposite cylindrical walls are substantially parallel. Indeed, one can not exclude slight defects in machining and adjustment of the two cylindrical walls opposite.
  • a feature of the invention lies in the implementation of guiding members of the fiber locks so as to divide the plurality of fiber locks into two folds spaced apart from each other, then to be able to then converging them towards each other, while an injection rail extending the supply of molten thermoplastic polymer, allows to inject between the two folds, before they meet. In this way, when precisely, the two folds meet the molten thermoplastic polymer is then sandwiched and it comes to express itself through each of the folds. Thus, it overcomes a less "wettability" fiber locks for a viscous thermoplastic polymer obtaining good impregnation.
  • the strands of fibers here denote as much the son, which are generally made with strands of fibers more or less twisted or twisted, that the woven ribbons also obtained by means of strands of fibers.
  • said guide members comprise a cylindrical body extended transversely inside said impregnation chamber.
  • the cylindrical body is extended transversely inside the impregnation chamber with respect to the direction of the fiber locks and their movement.
  • one of the folds of fiber locks is applied tangentially on one of the areas of the cylindrical body, while the other fold of fiber locks is applied to it, in an opposite zone of the cylindrical body with respect to the median plane defined by the cylindrical body.
  • said cylindrical body is of elliptical shape.
  • the angle of the folds of fiber locks with the surface of the cylindrical body is low and thus limits the frictional forces.
  • the median plane defined above, then extends along the major axis of the cross section of said cylindrical body.
  • the cylindrical body is a right triangular prismatic. The advantages of such a shape will be explained in the remainder of the description.
  • said injection rail extends inside said cylindrical body.
  • the cylindrical body has downstream, an axial slot for delivering the thermoplastic polymer melt downstream between the two plies of strands of fibers. In this way, by delivering the molten thermoplastic polymer through the axial slot towards the downstream, opposite to the transverse entrance oblong opening, it eliminates risks of polymer intrusion upstream and through the oblong opening transverse opening.
  • said cylindrical body having two opposite ends, said axial slot extends from one end to the other opposite end.
  • the generatrices of the two opposite cylindrical walls are substantially parallel to the generatrices of the cylindrical body.
  • the two opposite zones of the cylindrical body extend respectively at the same distance from the cylindrical walls opposite.
  • two opposite passageways of the same section are formed for the two folds of fiber locks.
  • the passageways are thus flat, in that their height is low compared to their width.
  • said facing cylindrical walls converge towards each other downstream to form an oblong transverse outlet opening. Their convergence is substantially asymptotic. In this way, the two folds of strands of convergent fibers from the two opposite zones of the cylindrical body towards the transverse outlet oblong opening or they meet by compressing the molten thermoplastic polymer as the two folds advance together. fiber locks.
  • the facing cylindrical walls thus converge towards one another to form the transverse entrance oblong opening, from which enter the fiber strands inside the impregnation chamber, in a single layer. It is from this oblong opening transverse entrance that the fiber locks are divided into two folds, coming respectively to join the two opposite passageways mentioned above.
  • the installation according to the invention comprises traction members installed downstream of said impregnation chamber to exert traction on said strip of composite material.
  • the traction exerted on the strip of composite material makes it possible to drive the fiber locks in translation from the fiber lock supports to the composite material while passing through the impregnation chamber.
  • the installation comprises a refrigeration device in said solidification zone.
  • a refrigeration device in said solidification zone.
  • the guide members comprise a right triangular prismatic element having two faces converging towards one another towards an injection edge.
  • the injection rail extends inside the prismatic element along the injection stop.
  • the impregnation chamber has two planar walls converging towards one another and defining a right triangular prismatic space that partially closes the right triangular prismatic element.
  • the two convergent faces of the right triangular prismatic element then extend respectively spaced apart from the two plane walls to allow the passage of the two folds.
  • the two plies then converge themselves towards each other downstream of the injection edge in order to receive the molten thermoplastic polymer.
  • a method of pultrusion of composite web material comprising the following steps: a) providing a plurality of strands of fibers and a molten thermoplastic polymer; b) contacting the fiber locks of said plurality of fiber locks and said molten thermoplastic polymer and forming a web of fiber locks impregnated with said molten thermoplastic polymer; and, c) solidifying said polymer of said impregnated fiber strand to obtain a strip of composite material.
  • the method comprises an intermediate step b ') before step b), according to said intermediate step b') said strands of fibers are extended by forming two folds spaced apart from each other; and in step b) said two plies are guided towards each other, while said thermoplastic polymer is injected in fusion between said two plies, in order to be able to form a ply of strands of fibers impregnated with said thermoplastic polymer into fusion.
  • a feature of the method according to the invention lies in guiding the fiber locks in two folds spaced apart from each other so as to inject the thermoplastic polymer melt between these two folds.
  • step c) the temperature of said impregnated fiber strand is lowered so as to solidify the molten thermoplastic polymer.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a pultrusion installation according to the invention
  • FIG. 2 is a partial schematic perspective view from above of an element of the invention shown in Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic front view along the arrow III of the element shown in Figure 2;
  • FIG. 4 is a partial schematic view in vertical longitudinal section of the element shown in Figure 2;
  • FIG. 5 is a partial schematic perspective view of an element shown in Figure 4.
  • FIG. 6 is a schematic view in axial right section of elements shown in Figure 5;
  • FIG. 7 is a flowchart of the method according to the invention.
  • FIG. 8 is a partial schematic view in vertical longitudinal section of a pultrusion plant according to the invention according to another embodiment.
  • FIG. 1 shows schematically a pultrusion plant 10 according to the invention.
  • the pultrusion installation 10 comprises a plurality of fiber wick supports 14, an impregnation device 16, a refrigeration device 18 defining a solidification zone 19, and traction 20.
  • the plurality of support 12 comprises illustratively, five supports; it is observed that the installation includes many more.
  • the installation may comprise ninety-six supports for receiving ninety-six fiber wick reels 14.
  • the supports of the plurality of supports 12 are then arranged in such a way that the wicks can be guided to at an upstream end 22 of the impregnation device 16 and which will be described in the following description.
  • the nature of the fibers may be diverse depending on the desired applications.
  • the glass fiber, carbon fiber or any other fiber can be implemented.
  • the impregnation device 16 will firstly be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5.
  • FIG. 2 the latter is shown in perspective and its upstream end 22 is found.
  • the impregnating device 16 has a shape generally rectangular parallelepiped extending longitudinally from its upstream end 22 to its downstream end 24. It comprises two removable parts, a lower portion 26 and an upper portion 28. The upper portion 28 is rotatable relative to the lower portion. 26.
  • the impregnation device 16 comprises a polymer supply connection 30 opening laterally to the joint between the lower and upper portions 26 and 28.
  • the connection polymer supply 30 can inject a thermoplastic polymer melt at a temperature of 320 ° C for example.
  • the thermoplastic polymer is for example a polyamide 6 or else 6-6 with low viscosity at the melting temperature. This viscosity is, for example, less than 50 Pa.s, preferably less than 20 Pa.s.
  • the lower 26 and upper 28 respectively comprise heating resistors not shown and whose function will be explained below.
  • the impregnation device 16 comprises a lateral counterweight 32 remotely mounted on the upper portion 28 of the impregnation device 16 by means of two flattened rods 34, 36.
  • FIG. 3 shows the impregnation device 16 having its lower portion 26 and its upper portion 28. There is also the lateral counterweight 32 integral with one of the flattened rods 36, which is itself attached to the upper part 28.
  • the lower part 26 comprises, laterally, a yoke 40 in which is engaged a counter-yoke 38, which is integral, substantially perpendicular to the flattened rod 36.
  • the yoke 40, and the against-yoke 38 are connected together by a hinge pin 42.
  • FIG. 4 illustrating, in vertical axial section, and partially, the impregnation device 16. It includes the lower portion 26 and the upper portion 28 and more precisely the upstream end 22 having the slot of FIG. entrance 44.
  • the impregnation device 16 comprises a impregnating chamber 46 calibrated and inside, an elliptical cylindrical body 48 precisely fitted in the center of the chamber. Impregnation 46.
  • the elliptical cylindrical body 48 defines a median plane Pm intersecting it along the major axis of the ellipse corresponding to its cross section. Also, it has an upstream edge 47 opposite to a downstream edge 49. Inside the elliptical cylindrical body 48 is extended, an injection ramp 50, in the extension of the supply connection 30.
  • the impregnation chamber 46 has an upper cylindrical wall 52 formed in the upper portion 28, and opposite opposite, a lower cylindrical wall 54, in the lower portion 26.
  • the two cylindrical walls 52, 54 s extend transversely along generatrices parallel to each other. They converge towards each other, along an axial component, asymptotically, upstream forming an oblong transverse inlet opening 56, while they converge towards each other downstream forming an oblong transverse outlet opening 58.
  • the two cylindrical walls 52, 54 extend respectively along two first parallel parallel planar walls, an upper input plane wall 55 and a lower flat wall of input 57 to define a planar entry path 59 extending from the entrance slot 44, which opens into the upstream end 22, to the transverse entrance oblong opening 56.
  • the two cylindrical walls 52, 54 extend respectively along two parallel parallel flat walls, an upper planar wall. output 61 and a lower output plane wall 63 so as to define a planar output passage path 65.
  • the elliptical cylindrical body 48 has an upper surface portion 60, which extends substantially parallel to the upper cylindrical wall 52 of the impregnation chamber 46 by defining an upper passageway 62.
  • the upper cylindrical wall 52 located at right and facing the upper surface portion 60 has an identical geometry so that the upper passageway 62 has a constant height.
  • the cylindrical elliptical body 48 has a lower surface portion 64, which extends parallel to the lower cylindrical wall 54 by defining a pathway lower 66. Also, and symmetrically, the lower cylindrical wall 54 located at right and facing the lower surface portion 64 has the same height as the aforementioned and constant.
  • the lower portion 26 has two opposite parallel edges 67,
  • the two elliptical housings 70, 72 are machined precisely to receive the two opposite ends 74, 76 so as to keep the lower surface portion 64 at a distance from the lower cylindrical wall 54 to provide the lower passageway 66.
  • the upper portion 28 of the impregnating device 16 has in the same way two opposite edges in which two elliptical housings are formed to receive the two opposite ends 74, 76 of the elliptical cylindrical body 48. In this way, when the upper portion 28 is applied to the lower portion 26, the upper cylindrical wall 52 is applied opposite and at a distance from the upper surface portion 60 to form the upper passageway 62.
  • the elliptical cylindrical body 48 has in its downstream edge 49, an axial slot or injection slot 78, which extends from one end 74 to the other 76 between the two borders Opposites 67, 68. It will be observed that the injection slot 58 is formed at the intersection of the downstream edge 49 and the median plane Pm of the elliptical cylindrical body 48.
  • a first step 80 as indicated in FIG. 7, the plurality of fiber locks 14 that are installed on the supports 12 are provided.
  • This first step 80 includes sub-steps. After having easily raised, thanks to the counterweight 32, the upper part 28 of the impregnation device 16 in order to be able to release the lower input plane wall 57 and the lower input plane wall 63, one comes to extend a half forty-eight, of the ninety-six strands of fibers according to the example presented here, from the supports 12 forming a substantially homogeneous carpet in a transverse component, applied on the two lower flat walls, passing under the elliptical cylindrical body 48.
  • These latter comprise two sets of tracks 82, 84 which are respectively applied to the two opposite faces of the double mat in order to be able to drive it forcibly.
  • the impregnation device 16 is closed again by folding the upper part 28 over the lower part 26 and locking it, as illustrated. in Figure 5.
  • the double carpet of strands of fibers forms a layer of strands of fibers 86 between the plane walls, the lower entrance surface 57 and upper input 55.
  • the layer of fiber locks 86 then divides into two folds, one upper 88, the other lower 90, which respectively extend into the upper passageways 62 and lower 66.
  • the cylindrical walls 52, 54 print at both folds, upstream of the cylindrical body 48, a first curvature, while between the cylindrical body 48 and the cylindrical walls 52, 54, the two folds have respectively inverse curvatures.
  • the two plies then come into contact with the cylindrical body 48 substantially at points of inflection of the two aforementioned curvatures, near the upstream edge 47.
  • the two folds 88, 90, at this point of contact form an angle very low relative to the tangent at this point of the cylindrical body 48. Therefore, the friction forces are low and the risk of damage to the strands of thin fibers.
  • the two folds 88, 90 then meet at the level of the transverse oblong outlet opening 58 to reform a single downstream layer 92 or ply of fiber locks.
  • the cylindrical body 48 thus forms a guide member, for extending the fiber locks in two folds spaced apart from each other and then to guide them towards each other.
  • the two folds 88, 90, at the downstream edge 49 of the cylindrical body 48 are spaced apart from each other, and it is precisely at this level that the injection slot 78 opens. It will also be observed that the injection slot 78 emerges opposite the transverse inlet oblong opening 56. This feature makes it possible to avoid leakage of upstream polymeric material.
  • the injection manifold 50 is then supplied itself with molten thermoplastic polymer, which can then come out of the slot 78, from one end 74 to the other 76 of the cylindrical body 48.
  • the aforementioned heating resistors and installed in the lower 26 and upper 28, allow to establish a thermal balance and maintain a temperature sufficient at the impregnation chamber 46, so that the molten thermoplastic polymer remains at a constant temperature, and here at 320 ° C.
  • the downstream layer 92 is translated in translation at a predetermined speed, in order to be able to extend in a second step 94 the fiber locks forming the two folds 88, 90 spaced apart from each other.
  • the determined speed is for example 5 m. min "1 and therefore, the translational speed of the two folds 88, 90 inside the impregnation chamber 46, and through their respective upper and lower passages 62 and 66 respectively, is the same.
  • the two folds are guided towards each other in translation along the two arrows 100, 102, and towards the transverse outlet oblong opening 58, and on the other hand, the molten thermoplastic polymer, of defined viscosity, flows from the injection slot 78 along the flow arrow 104 so that molten polymer flows between the two plies 88, 90 with which it comes into contact and homogeneously over the entire width of the lesion of the two folds.
  • the molten thermoplastic polymer is then sandwiched between the two folds 88, 90 which, when approaching each other, in a fourth step 106, cause the diffusion of the polymer through the two folds 88, 90.
  • the downstream layer 92 is driven in translation through the refrigeration device 18 in order to be able to lower the temperature of the polymer and to solidify it so as to obtain a strip of composite material 1 10, as shown in Figure 1.
  • the fiber locks are then trapped and held in a fixed position relative to each other within the composite material 1 10.
  • the impregnation chamber 46 is relatively tight, because on the one hand the transverse oblong inlet 56 and outlet 58 openings have sections adapted to the sections of layers of fiber strands which pass through them so as to closing, on the other hand the planar inlet passageways 59 and planar exit 65, are relatively long. In this way, there is no risk of leakage of molten thermoplastic polymer outside the impregnation device 16, even though the polymer would be of low viscosity.
  • FIG. 8 is partially shown in another embodiment, another impregnation device 16 '.
  • the elements represented in FIG. 8 and having the same function as those illustrated in FIG. 4, will have the same reference assigned a prime sign: "'". There is thus another lower portion 26 'and another upper portion 28'.
  • the impregnation device 16 ' comprises another impregnation chamber 46' having an upper flat wall 52 'formed in the upper part 28', and opposite the opposite, a lower flat wall 54 ', in the lower part. 26.
  • the two plane walls 52 ', 54' extend transversely and converge towards each other downstream along an axial component forming an oblong transverse outlet opening 58 '.
  • the two flat walls 52 ', 54' extend towards the upstream end 22 'diverging from each other.
  • the impregnation device 16 ' comprises a right triangular prismatic body 48' mounted inside the impregnation chamber 46 '.
  • the right triangular prismatic body 48 ' has a downstream edge 49' delimiting an upper face 60 'and a lower face 64'.
  • the upper passageways 62 'and lower 66' are relatively long along the axial component and they open directly into the upstream end 22 'by defining two independent entrance slots 44', 44 ".
  • an injection ramp 50 ' Inside the right triangular prismatic body 48 ', along the downstream edge 49', extends an injection ramp 50 ', in the extension of a not shown supply connection.
  • An injection slot 78 ' extends from the injection ramp 50' to the downstream edge 49 'to open into the impregnation chamber 46'.
  • the upper fold 88 'and the lower fold 90' are introduced separately into the upstream end 22 ', respectively inside the upper passageways 62' and lower 66 '.
  • the two folds 88 ', 90' then meet at the transverse outlet oblong opening 58 'to form a single downstream layer 92' or layer of fiber locks.
  • the two folds 88 ', 90' at the downstream edge 49 ' are spaced apart from each other, and it is precisely at this level that the injection slot 78 opens.
  • the height of the upper passageways 62 'and lower 66' can be adjusted easily and simultaneously by adjusting axially the relative position of the prismatic body 48 'and upper portions 28' and lower 26 '.
  • the injection manifold 50 ' is itself supplied with molten thermoplastic polymer, which can then flow out of the slit. injection 78 '.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

L'invention concerne une installation et un procédé de pultrusion, du type comprenant les étapes suivantes : a) on fournit une pluralité de mèches de fibres (14) et un polymère thermoplastique en fusion; b) on met en contact les mèches de fibres et ledit polymère thermoplastique en fusion et on forme une nappe de mèches de fibres (92) imprégnée dudit polymère thermoplastique en fusion; c) on solidifie ledit polymère de ladite nappe de mèches de fibres (92) imprégnée pour obtenir une bande de matériau composite (110). Le procédé comprend une étape intermédiaire b') avant l'étape b), selon laquelle on étend lesdites mèches de fibres (14) en formant deux plis (88, 90) écartés l'un de l'autre; et à l'étape b) on guide lesdits deux plis (88, 90) l'un vers l'autre, tandis qu'on injecte ledit polymère thermoplastique en fusion entre lesdits deux plis.

Description

Installation et procédé de pultrusion de matériau composite en bande
La présente invention se rapporte à une installation et à un procédé de pultrusion de matériau composite en bande qu'elle permet de mettre en œuvre.
Un domaine d'application envisagé est notamment, mais non exclusivement, celui des bandes composites thermoplastiques destinées au thermoformage ou thermo-estampage.
La pultrusion est un procédé bien connu permettant de réaliser en continu des profilés, des tubes, des lamellés plats, ou encore des joncs. Ce procédé se caractérise en ce que, on fournit d'un côté une pluralité de mèches de fibres, ou bien des fils, et d'un autre côté un polymère thermoplastique en fusion. Les mèches de fibres sont alors entraînées en translation parallèlement entre elles à travers une chambre d'imprégnation renfermant un polymère thermoplastique en fusion. À l'intérieur de la chambre d'imprégnation elles s'imprègnent ainsi du polymère thermoplastique. Les mèches de fibres imprégnées sont alors entraînées à travers une filière, soit une ouverture préfigurant de la section droite du profilé souhaité, et on poursuit leur entraînement à travers un dispositif réfrigérant permettant de solidifier le polymère thermoplastique.
La chambre d'imprégnation présente une ouverture d'entrée à travers laquelle les mèches de fibres sont entraînées. Le polymère thermoplastique en fusion est injecté sous pression à l'intérieur de la chambre d'imprégnation et il doit venir « mouiller » les fibres pour pouvoir les imprégner. Aussi, il convient de choisir des polymères thermoplastiques dont la viscosité est relativement faible à la température de fusion. Cependant, plus la viscosité du polymère est faible, et plus le risque de fuite du polymère au niveau des ouvertures d'entrée et de sortie, est grand.
Afin d'y pallier, la section droite des ouvertures d'entrée et de sortie est réduite à une surface minimale. Toutefois, au niveau des ouvertures, les forces de frottement qui s'exercent alors sur les mèches de fibres font peser un risque de rupture. Aussi, il convient de trouver un compromis entre le serrage des mèches de fibres au niveau des ouvertures, afin d'éviter les risques de fuite, et les forces de frottement qui viennent s'appliquer sur ces mèches de fibres. On observera que ce compromis pèse notamment sur les vitesses de déplacement des mèches de fibres, et partant, sur la productivité du procédé.
Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir une installation de pultrusion et un procédé qu'elle permet de mettre en œuvre sans difficulté, permettant de réaliser des bandes en matériau composite à un coût avantageux.
Dans le but de résoudre ce problème, et selon un premier objet, il est proposé une installation de pultrusion de matériau composite en bande comprenant : une pluralité de support de mèches de fibres pour pouvoir fournir une pluralité de mèches de fibres, et une alimentation en polymère thermoplastique en fusion pour pouvoir fournir ledit polymère thermoplastique en fusion ; une chambre d'imprégnation située en aval de ladite pluralité de support de mèches de fibres et raccordée à ladite alimentation pour pouvoir mettre en contact les mèches de fibres de ladite pluralité de mèches de fibres et ledit polymère thermoplastique en fusion et pour former une nappe de mèches de fibres imprégnée dudit polymère thermoplastique en fusion ; et, une zone de solidification située en aval de ladite chambre d'imprégnation pour solidifier ledit polymère de ladite nappe de mèches de fibres imprégnée et pour obtenir une bande de matériau composite. Ladite chambre d'imprégnation comprend : des organes de guidage pour étendre lesdites mèches de fibres en deux plis écartés l'un de l'autre et pour guider lesdits deux plis l'un vers l'autre ; et, une rampe d'injection prolongeant ladite alimentation entre lesdits deux plis pour injecter ledit polymère thermoplastique en fusion entre lesdits deux plis et pour pouvoir former ladite une nappe de mèches de fibres imprégnée dudit polymère thermoplastique en fusion. Aussi, ladite chambre d'imprégnation présente deux parois cylindriques en regard dont les génératrices sont respectivement parallèles, lesdites parois cylindriques en regard convergeant l'une vers l'autre en amont pour former une ouverture oblongue transversale d'entrée. Les génératrices des deux parois cylindriques en regard sont sensiblement parallèles. En effet, on ne peut exclure de légers défauts d'usinage et d'ajustement des deux parois cylindriques en regard. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en œuvre d'organes de guidage des mèches de fibres de manière à pouvoir diviser la pluralité de mèches de fibres en deux plis écartés l'un de l'autre, puis pour pouvoir ensuite les faire converger l'un vers l'autre, tandis qu'une rampe d'injection prolongeant l'alimentation en polymère thermoplastique en fusion, permet de l'injecter entre les deux plis, avant qu'ils ne se rejoignent. De la sorte, lorsque précisément, les deux plis se rejoignent le polymère thermoplastique en fusion est alors pris en sandwich et il vient s'exprimer à travers chacun des plis. Ainsi, on pallie là, une moindre « mouillabilité » des mèches de fibres pour un polymère thermoplastique visqueux en obtenant une bonne imprégnation. Partant, les risques de fuite au niveau des ouvertures, et notamment de l'ouverture oblongue transversale d'entrée, sont atténués comme on l'expliquera plus en détail ci-après, et on obtient une bonne imprégnation des mèches de fibres malgré une vitesse élevée de mouvement des mèches de fibres à l'intérieur de la chambre d'imprégnation. Une bonne imprégnation des fibres signifie que le polymère est uniformément réparti autour de celles-ci.
Aussi, les mèches de fibres, désignent ici tout autant les fils, lesquels sont généralement réalisés avec des mèches de fibres plus ou moins retordues ou torsadées, que les rubans tissés obtenus également au moyen de mèches de fibres.
Selon un mode de mise en œuvre de l'invention particulièrement avantageux, lesdits organes de guidage comprennent un corps cylindrique étendu transversalement à l'intérieur de ladite chambre d'imprégnation. Le corps cylindrique est étendu transversalement à l'intérieur de la chambre d'imprégnation par rapport à la direction des mèches de fibres et à leur mouvement. Ainsi, un des plis de mèches de fibres vient s'appliquer tangentiellement sur l'une des zones du corps cylindrique, tandis que l'autre pli de mèches de fibres vient lui, s'appliquer dans une zone opposée du corps cylindrique par rapport au plan médian défini par le corps cylindrique. De la sorte, les deux plis de mèches de fibres sont entraînés en frottement respectivement contre les deux zones opposées du corps cylindrique et partant, les deux plis sont maintenus écartés l'un de l'autre au voisinage du corps cylindrique. Préférentiellement, ledit corps cylindrique est de forme elliptique. De la sorte, et comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description, l'angle des plis de mèches de fibres avec la surface du corps cylindrique est faible et limite ainsi les efforts de frottement. Le plan médian définit ci-dessus, s'étend alors selon le grand axe de la section droite dudit corps cylindrique.
Selon une autre variante de réalisation, le corps cylindrique est prismatique triangulaire droit. On expliquera dans la suite de la description les avantages d'une telle forme.
En outre, et selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, ladite rampe d'injection s'étend à l'intérieur dudit corps cylindrique. Aussi, le corps cylindrique présente en aval, une fente axiale permettant de délivrer le polymère thermoplastique en fusion vers l'aval entre les deux plis de mèches de fibres. De la sorte, en délivrant le polymère thermoplastique en fusion à travers la fente axiale en direction de l'aval, à l'opposé de l'ouverture oblongue transversale d'entrée, on élimine risques d'intrusion de polymère vers l'amont et à travers l'ouverture oblongue transversale d'entrée.
Au surplus, ledit corps cylindrique présentant deux extrémités opposées, ladite fente axiale s'étend d'une extrémité à l'autre extrémité opposée. Ainsi, le polymère thermoplastique en fusion est délivré de manière uniforme sur toute la largeur de la lèse des deux plis de mèches de fibres. Partant, la répartition du polymère est homogène dans les deux plis ensuite réunis.
Préférentiellement, les génératrices des deux parois cylindriques en regard sont sensiblement parallèles aux génératrices du corps cylindrique. De plus, les deux zones opposées du corps cylindrique viennent s'étendre respectivement à la même distance des parois cylindriques en regard. De la sorte, on forme deux chemins de passage opposés de même section pour les deux plis de mèches de fibres. Les chemins de passage sont ainsi plats, en ce que leur hauteur est faible au regard de leur largeur. Selon une autre caractéristique de l'invention particulièrement avantageuse, lesdites parois cylindriques en regard convergent l'une vers l'autre en aval pour former une ouverture oblongue transversale de sortie. Leur convergence est sensiblement asymptotique. De la sorte, les deux plis de mèches de fibres convergents à partir des deux zones opposées du corps cylindrique vers l'ouverture oblongue transversale de sortie ou elles se rejoignent en comprimant le polymère thermoplastique en fusion à mesure de l'avancement conjoint des deux plis de mèches de fibres.
Aussi, à l'opposé de l'ouverture oblongue transversale de sortie, par rapport au corps cylindrique, les parois cylindriques en regard convergent ainsi l'une vers l'autre pour former l'ouverture oblongue transversale d'entrée, de laquelle rentrent les mèches de fibres à l'intérieur de la chambre d'imprégnation, suivant une seule couche. C'est à partir de cette ouverture oblongue transversale d'entrée que les mèches de fibres se divisent en deux plis, venant rejoindre respectivement les deux chemins de passage opposés précités.
Avantageusement, l'installation conforme à l'invention comprend des organes de traction installés en aval de ladite chambre d'imprégnation pour exercer une traction sur ladite bande de matériau composite. La traction exercée sur la bande de matériau composite, permet d'entraîner les mèches de fibres en translation depuis les supports de mèches de fibres, jusqu'au matériau composite en traversant la chambre d'imprégnation.
De plus, l'installation comprend un dispositif de réfrigération dans ladite zone de solidification. Ainsi, on abaisse la température du polymère thermoplastique en fusion qui alors se solidifie.
Conformément à un autre mode de mise en œuvre, les organes de guidage comprennent un élément prismatique triangulaire droit présentant, deux faces convergeant l'un vers l'autre vers une arête d'injection. La rampe d'injection s'étend à l'intérieur de l'élément prismatique le long de l'arrête d'injection. Aussi, la chambre d'imprégnation présente deux parois planes convergeant l'une vers l'autre et définissant un espace prismatique triangulaire droit que vient refermer partiellement l'élément prismatique triangulaire droit. Les deux faces convergentes de l'élément prismatique triangulaire droit viennent alors s'étendre respectivement à distance des deux parois planes pour autoriser le passage des deux plis. Les deux plis convergent alors eux- mêmes l'un vers l'autre en aval de l'arête d'injection afin de recevoir le polymère thermoplastique en fusion.
Selon un autre objet, il est proposé un procédé de pultrusion de matériau composite en bande, du type comprenant les étapes suivantes : a) on fournit une pluralité de mèches de fibres et un polymère thermoplastique en fusion ; b) on met en contact les mèches de fibres de ladite pluralité de mèches de fibres et ledit polymère thermoplastique en fusion et on forme une nappe de mèches de fibres imprégnée dudit polymère thermoplastique en fusion ; et, c) on solidifie ledit polymère de ladite nappe de mèches de fibres imprégnée pour obtenir une bande de matériau composite. Le procédé comprend une étape intermédiaire b') avant l'étape b), selon ladite étape intermédiaire b') on étend lesdites mèches de fibres en formant deux plis écartés l'un de l'autre ; et à l'étape b) on guide lesdits deux plis l'un vers l'autre, tandis qu'on injecte ledit polymère thermoplastique en fusion entre lesdits deux plis, pour pouvoir former ladite une nappe de mèches de fibres imprégnée dudit polymère thermoplastique en fusion.
Ainsi, une caractéristique du procédé selon invention réside dans le guidage des mèches de fibres en deux plis écartés l'un de l'autre pour pouvoir injecter le polymère thermoplastique en fusion entre ces deux plis. Les avantages y relatifs sont ceux énoncés plus haut.
De plus, on exerce, avantageusement, une traction sur ladite bande de matériau composite. De la sorte, le matériau composite en bande est réalisé de manière continue. Aussi, avant l'étape intermédiaire b'), on conforme avantageusement ladite pluralité de mèches de fibres en une seule couche.
Au surplus, à l'étape c) on abaisse la température de ladite nappe de mèches de fibres imprégnée, de manière à solidifier le polymère thermoplastique en fusion.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la Figure 1 est une vue schématique de côté d'une installation de pultrusion conforme à l'invention ;
- la Figure 2 est une vue schématique partielle en perspective de dessus d'un élément de l'invention représenté sur la Figure 1 ;
- la Figure 3 est une vue schématique de face selon la flèche III de l'élément représenté sur la Figure 2 ;
- la Figure 4 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale verticale de l'élément représenté sur la Figure 2 ;
- la Figure 5 est une vue schématique partielle en perspective d'un élément représenté sur la Figure 4 ;
- la Figure 6 est une vue schématique en coupe axiale droite d'éléments représentés sur la Figure 5 ;
- la Figure 7 est un organigramme du procédé conforme à l'invention ; et,
- la Figure 8 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale verticale d'une installation de pultrusion conforme à l'invention selon une autre variante d'exécution.
La Figure 1 montre schématiquement une installation de pultrusion 10 conforme à l'invention. De l'amont vers l'aval, l'installation de pultrusion 10 comprend, une pluralité de supports 12 de mèches de fibres 14, un dispositif d'imprégnation 16, un dispositif de réfrigération 18 définissant une zone de solidification 19, et des organes de traction 20.
Sur la Figure 1 , la pluralité de support 12 comporte à titre illustratif, cinq supports ; il est observé que l'installation en comporte bien plus. Par exemple, l'installation peut comprendre quatre-vingt seize supports permettant de recevoir quatre-vingt seize bobines de mèche de fibre 14. Les supports de la pluralité de supports 12 sont alors agencés de manière à ce que les mèches puissent être guidées jusqu'à une extrémité amont 22 du dispositif d'imprégnation 16 et que l'on décrira dans la suite de la description.
On entend ici par mèches de fibres, aussi bien les rubans condensés préalables à la réalisation des fils, que les fils eux-mêmes, et tous les produits intermédiaires plus ou moins façonnés entre les mèches et les fils. Ainsi, on inclut également les rubans tissés.
La nature des fibres peut être diverse en fonction des applications recherchées. Les fibres de verre, de carbone ou de toute autre fibre peuvent être mises en œuvre.
On décrira tout d'abord en détail en référence aux Figures 2 à 5, le dispositif d'imprégnation 16. Sur la Figure 2 ce dernier est représenté en perspective et on retrouve son extrémité amont 22. Le dispositif d'imprégnation 16 présente une forme générale parallélépipédique rectangle s'étendant longitudinalement depuis son extrémité amont 22 jusqu'à son extrémité aval 24. Il comprend deux parties démontables, une partie inférieure 26 et une partie supérieure 28. La partie supérieure 28 est mobile en rotation par rapport à la partie inférieure 26.
En outre, le dispositif d'imprégnation 16 comporte un raccord d'alimentation en polymère 30 débouchant latéralement à la jointure entre les parties inférieure 26 et supérieure 28. Comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description, le raccord d'alimentation en polymère 30 permet d'injecter un polymère thermoplastique en fusion à une température voisine de 320 °C par exemple. Le polymère thermoplastique est par exemple un polyamide 6 ou bien 6-6 à basse viscosité à la température de fusion. Cette viscosité est par exemple inférieure à 50 Pa.s, préférentiellement, inférieure à 20 Pa.s.
Aussi, les parties inférieure 26 et supérieure 28 comportent respectivement des résistances chauffantes non représentées et dont on expliquera la fonction ci-après.
En outre, le dispositif d'imprégnation 16 comprend un contrepoids latéral 32 monté en déporté sur la partie supérieure 28 du dispositif d'imprégnation 16 au moyen de deux tiges méplates 34, 36.
On retrouve sur la Figure 3, représenté de face, le dispositif d'imprégnation 16 comportant sa partie inférieure 26 et sa partie supérieure 28. On retrouve également le contrepoids latéral 32 solidaire de l'une des tiges méplates 36, laquelle est elle-même solidaire de la partie supérieure 28. La partie inférieure 26 comporte, latéralement, une chape 40 dans laquelle vient s'engager une contre-chape 38, laquelle est solidaire, sensiblement perpendiculairement, de la tige méplate 36. La chape 40, et la contre-chape 38 sont reliées ensemble par un axe d'articulation 42.
Bien évidemment, l'autre tige méplate 34 est reliée à la partie inférieure
26, de la même façon et parallèlement avec une chape, une contre-chape, et un axe d'articulation. Ainsi, on comprend que la partie supérieure 28 du dispositif d'imprégnation 16 va pouvoir être entraînée en rotation autour d'un axe latéral passant par l'axe d'articulation 42 de manière à pouvoir écarter cette partie supérieure 28 de la partie inférieure correspondante 26. On comprend également que l'entraînement de la partie supérieure 28 est rendue plus aisée, et requiert moins d'efforts, grâce au contrepoids latéral 32. Comme on l'expliquera dans la suite de la description cette configuration permet un démontage rapide du dispositif d'imprégnation 16.
On retrouve également sur cette Figure 3, l'extrémité amont 22, et à la jointure entre la partie supérieure 28 et la partie inférieure 26, une fente d'entrée 44. Les mèches de fibres 14 illustrée sur la Figure 1 vont alors pouvoir être guidées et réparties de manière à former une couche sensiblement homogène de mèches de fibres.
On se reportera à présent sur la Figure 4 illustrant en coupe axiale verticale, et partiellement, le dispositif d'imprégnation 16. On y retrouve la partie inférieure 26 et la partie supérieure 28 et plus précisément l'extrémité amont 22 présentant la fente d'entrée 44.
En outre, au droit du raccord d'alimentation 30 représenté sur la Figure 2, le dispositif d'imprégnation 16 comporte une chambre d'imprégnation 46 calibrée et à l'intérieur, un corps cylindrique elliptique 48 précisément ajusté au centre de la chambre d'imprégnation 46. Le corps cylindrique elliptique 48 définit un plan médian Pm coupant celui-ci selon le grand axe de l'ellipse correspondant à sa section droite. Aussi, il présente un bord amont 47 opposé à un bord aval 49. À l'intérieur du corps cylindrique elliptique 48 vient s'étendre, une rampe d'injection 50, dans le prolongement du raccord d'alimentation 30. En outre, la chambre d'imprégnation 46 présente une paroi cylindrique supérieure 52 ménagée dans la partie supérieure 28, et à l'opposé en regard, une paroi cylindrique inférieure 54, dans la partie inférieure 26. Les deux parois cylindriques 52, 54 s'étendent transversalement selon des génératrices parallèles entre elles. Elles convergent l'une vers l'autre, selon une composante axiale, de manière asymptotique, vers l'amont en formant une ouverture oblongue transversale d'entrée 56, tandis qu'elles convergent l'une vers l'autre en aval en formant une ouverture oblongue transversale de sortie 58.
Aussi, au-delà de l'ouverture oblongue transversale d'entrée 56, les deux parois cylindriques 52, 54 se prolongent respectivement suivant deux premières parois planes parallèles en regard, une paroi plane supérieure d'entrée 55 et une paroi plane inférieure d'entrée 57 pour définir un chemin de passage d'entré plan 59 s'étendant de la fente d'entrée 44, laquelle débouche dans l'extrémité amont 22, jusqu'à l'ouverture oblongue transversale d'entrée 56.
A l'opposé, par rapport à la chambre d'imprégnation 46, à partir de l'ouverture oblongue transversale de sortie 58, les deux parois cylindriques 52, 54 se prolongent respectivement suivant deux secondes parois planes parallèles en regard, une paroi plane supérieure de sortie 61 et une paroi plane inférieure de sortie 63 de manière à définir un chemin de passage de sortie plan 65.
Le corps cylindrique elliptique 48 présente une portion de surface supérieure 60, qui vient s'étendre sensiblement parallèlement à la paroi cylindrique supérieure 52 de la chambre d'imprégnation 46 en définissant un chemin de passage supérieur 62.
La paroi cylindrique supérieure 52 située au droit et en regard de la portion de surface supérieure 60 présente une géométrie identique de sorte que le chemin de passage supérieur 62 présente une hauteur constante.
De la même façon, et à l'opposé, le corps cylindrique elliptique 48 présente une portion de surface inférieure 64, qui vient s'étendre parallèlement à la paroi cylindrique inférieure 54 en définissant un chemin de passage inférieur 66. Aussi, et symétriquement, la paroi cylindrique inférieure 54 située au droit et en regard de la portion de surface inférieure 64 présente une même hauteur que celle précitée et, constante.
On se reportera sur la Figure 5 pour parfaire la description du corps cylindrique elliptique 48. Il apparaît en effet sur cette Figure 5, découvert de la partie supérieure 28 du dispositif d'imprégnation 16 représenté sur la Figure 4 par exemple.
On le retrouve ainsi étendu transversalement sur la partie inférieure 26 du dispositif d'imprégnation 16 au droit de la paroi cylindrique inférieure 54.
La partie inférieure 26 comporte deux bordures parallèles opposées 67,
68 définissant deux logements elliptiques 70, 72 opposés, dans lesquels viennent s'encastrer respectivement deux extrémités opposées 74, 76 du corps cylindrique elliptique 48. L'une 76, des deux extrémités opposées 74, 76, se prolonge à l'extérieur de la partie inférieure 26 par le raccord d'alimentation 30.
Les deux logements elliptiques 70, 72 sont usinés précisément pour recevoir les deux extrémités opposées 74, 76 de manière à maintenir la portion de surface inférieure 64 à distance de la paroi cylindrique inférieure 54 pour ménager le chemin de passage inférieur 66.
À l'opposé, la partie supérieure 28 du dispositif d'imprégnation 16 présente de la même façon, deux bordures opposées dans lesquelles sont pratiqués deux logements elliptiques pour recevoir les deux extrémités opposées 74, 76 du corps cylindrique elliptique 48. De la sorte, lorsque la partie supérieure 28 vient s'appliquer sur la partie inférieure 26, la paroi cylindrique supérieure 52 vient s'appliquer en regard et à distance de la portion de surface supérieure 60 pour former le chemin de passage supérieur 62.
Aussi, sur la Figure 5, on observera que le corps cylindrique elliptique 48 présente dans son bord aval 49, une fente axiale ou fente d'injection 78, qui s'étend d'une extrémité 74 à l'autre 76 entre les deux bordures opposées 67, 68. On observera que la fente d'injection 58 est ménagée au niveau de l'intersection du bord aval 49 et du plan médian Pm du corps cylindrique elliptique 48. On décrira à présent le procédé de mise en œuvre de l'invention au moyen des éléments de l'installation décrit à travers les Figures 1 à 5, et en suivant l'organigramme représenté sur la Figure 7. Au surplus, dans la phase stationnaire de production, on s'appuiera également sur la Figure 6.
Ainsi, selon une première étape 80, telle que repérée sur la Figure 7, on fournit la pluralité de mèches de fibres 14 que l'on installe sur les supports 12.
Cette première étape 80 comporte des sous-étapes. Après avoir relevé aisément, grâce au contrepoids 32, la partie supérieure 28 du dispositif d'imprégnation 16 pour pouvoir libérer la paroi plane inférieure d'entrée 57 et la paroi plane inférieure d'entrée 63, on vient étendre une moitié quarante-huit, des quatre-vingt-seize mèches de fibres selon l'exemple présenté ici, depuis les supports 12 en formant un tapis sensiblement homogène selon une composante transversale, en applique sur les deux parois planes inférieures, en passant sous le corps cylindrique elliptique 48.
Puis, on vient étendre l'autre moitié des quatre-vingt-seize mèches de fibres, soit quarante-huit mèches de fibres, excepté au niveau de la paroi cylindrique inférieure 54 où l'on vient étendre cette autre moitié au-dessus du corps cylindrique elliptique 48 en appui contre la portion de surface supérieure 60.
De la sorte, on obtient un double tapis de mèches de fibres sensiblement homogène au niveau de la paroi plane inférieure d'entrée 57 et de la paroi plane inférieure de sortie 63. Au-delà de la paroi plane inférieure de sortie 63, à l'opposé du corps cylindrique elliptique 48, le double tapis de mèches de fibres est étendu à travers le dispositif de réfrigération 18, puis est porté en prise dans les organes de traction 20 illustrés sur la Figure 1 .
Ces derniers comportent deux trains de chenilles 82, 84 venant s'appliquer respectivement sur les deux faces opposées du double tapis pour pouvoir l'entraîner en translation à force.
Après que les mèches de fibres ont été mises en tension, des supports 12 jusqu'aux organes de traction 20, on vient refermer le dispositif d'imprégnation 16 en rabattant la partie supérieure 28 sur la partie inférieure 26 et en la verrouillant, comme illustré sur la Figure 5. Ainsi, comme l'illustre en détail la Figure 6, au niveau de la chambre d'imprégnation 46, en amont, le double tapis de mèches de fibres forme une couche de mèches de fibres 86 entre les parois planes, inférieure d'entrée 57 et supérieure d'entrée 55.
A l'ouverture oblongue transversale d'entrée 56, la couche de mèches de fibres 86 se divise alors en deux plis, l'un supérieur 88, l'autre inférieur 90, lesquels viennent respectivement s'étendre dans les chemins de passage supérieur 62 et inférieur 66. On observera que les parois cylindriques 52, 54 impriment aux deux plis, en amont du corps cylindrique 48, une première courbure, tandis qu'entre le corps cylindrique 48 et les parois cylindriques 52, 54, les deux plis présentent des courbures respectivement inverses. Les deux plis viennent alors en contact avec le corps cylindrique 48 sensiblement au niveau de points d'inflexion des deux courbures précitées, près du bord amont 47. Aussi, les deux plis 88, 90, au niveau de ce point de contact forment un angle très faible par rapport à la tangente en ce point du corps cylindrique 48. Partant, les forces de frottement sont faibles et les risques d'endommagement des mèches de fibres ténus.
Les deux plis 88, 90 se rejoignent ensuite au niveau de l'ouverture oblongue transversale de sortie 58 pour reformer une seule couche avale 92 ou nappe de mèches fibres. Le corps cylindrique 48 forme ainsi un organe de guidage, permettant d'étendre les mèches de fibres en deux plis écartés l'un de l'autre puis pour les guider l'un vers l'autre.
Aussi, on observera que les deux plis 88, 90, au niveau du bord aval 49 du corps cylindrique 48, sont écartés l'un de l'autre, et c'est précisément à ce niveau que débouche la fente d'injection 78. On observera également que la fente d'injection 78 débouche à l'opposé de l'ouverture oblongue transversale d'entrée 56. Cette caractéristique permet d'éviter les fuites de matériau polymère en amont.
Après que le raccord d'alimentation 30 a été raccordé à une alimentation en polymère thermoplastique en fusion, par exemple du type vis d'extrusion, la rampe d'injection 50 est alors alimentée elle-même en polymère thermoplastique en fusion, lequel peut alors venir s'écouler de la fente d'injection 78, d'une extrémité 74 à l'autre 76 du corps cylindrique 48. En outre, les résistances chauffantes précitées et installées dans les parties inférieures 26 et supérieure 28, permettent d'établir un équilibre thermique et de maintenir une température suffisante au niveau de la chambre d'imprégnation 46, afin que le polymère thermoplastique en fusion demeure à température constante, et ici à 320 °C.
De la sorte, en reprenant l'organigramme de la Figure 7, et en gardant en vue le Figure 6, après la première étape 80, où l'on fournit la pluralité de mèches de fibres et aussi le polymère thermoplastique en fusion ; on entraîne en translation la couche avale 92 selon une vitesse déterminée, pour pouvoir étendre selon une deuxième étape 94 les mèches de fibres en formant les deux plis 88, 90 écartés l'un de l'autre.
La vitesse déterminée est par exemple de 5 m. min"1 et par conséquent, la vitesse de translation des deux plis 88, 90 à l'intérieur de la chambre d'imprégnation 46, et à travers leurs chemins de passage supérieur 62 et inférieur 66 respectifs, est la même.
Ensuite, selon deux troisièmes étapes parallèles 96, 98, d'une part les deux plis sont guidés l'un vers l'autre en translation selon les deux flèches 100, 102, et vers l'ouverture oblongue transversale de sortie 58, et d'autre part, le polymère thermoplastique en fusion, d'une viscosité définie, s'écoule de la fente d'injection 78 selon la flèche d'écoulement 104, de sorte que du polymère fondu s'écoule entre les deux plis 88, 90 avec lesquels il vient en contact et de manière homogène sur toute la largeur de la lèse des deux plis.
Le polymère thermoplastique en fusion est alors pris en sandwich entre les deux plis 88, 90 qui en se rapprochant l'un de l'autre, selon une quatrième étape 106, provoquent la diffusion du polymère à travers les deux plis 88, 90.
En régime stationnaire, on obtient alors une imprégnation homogène du polymère à travers la couche avale 92, quand bien-même celui-ci présenterait une viscosité relativement élevée.
Selon une cinquième étape 108, la couche avale 92 est entraînée en translation à travers le dispositif de réfrigération 18 pour pouvoir abaisser la température du polymère et le solidifier de manière à obtenir une bande de matériau composite 1 10, telle que représentée sur la Figure 1 . Les mèches de fibres sont alors emprisonnées et maintenues en position fixe les unes par rapport aux autres au sein du matériau composite 1 10.
C'est donc la bande de matériau composite 1 10 qui vient alors en prise entre les deux trains de chenilles 82, 84, lorsque le procédé de mise en œuvre est en régime stationnaire. La bande est alors au-delà, débitée ou bien enroulée selon les utilisations ultérieures.
On observera que la chambre d'imprégnation 46 est relativement étanche, car, d'une part les ouvertures oblongues transversales d'entrée 56 et de sortie 58 présentent des sections adaptées aux sections de couches de mèches de fibres qui les traversent de manière à les obturer, d'autre part les chemins de passage d'entrée plan 59 et de sortie plan 65, sont relativement longs. De la sorte, il n'y a aucun risque de fuite de polymère thermoplastique en fusion en dehors du dispositif d'imprégnation 16, quand bien même le polymère serait de faible viscosité.
On se référera maintenant à la figure 8 sur laquelle est représenté partiellement, selon une autre variante d'exécution, un autre dispositif d'imprégnation 16'. Les éléments représentés sur la figure 8 et ayant la même fonction que ceux illustrés sur la figure 4, posséderont la même référence affectée d'un signe prime : «'». On y retrouve ainsi une autre partie inférieure 26' et une autre partie supérieure 28'.
Le dispositif d'imprégnation 16' comporte une autre chambre d'imprégnation 46' présentant une paroi plane supérieure 52' ménagée dans la partie supérieure 28', et à l'opposé en regard, une paroi plane inférieure 54', dans la partie inférieure 26'. Les deux parois planes 52', 54' s'étendent transversalement et elles convergent l'une vers l'autre en aval selon une composante axiale en formant une ouverture oblongue transversale de sortie 58'.
A l'opposé, les deux parois planes 52', 54' s'étendent vers l'extrémité amont 22' en divergeant l'une de l'autre.
Le dispositif d'imprégnation 16' comporte un corps prismatique triangulaire droit 48' monté à l'intérieur de la chambre d'imprégnation 46'. Le corps prismatique triangulaire droit 48' présente un bord aval 49' délimitant une face supérieure 60' et une face inférieure 64'.
La face supérieure 60' vient s'étendre sensiblement parallèlement à la paroi plane supérieure 52' de la chambre d'imprégnation 46' en définissant un chemin de passage supérieur 62', tandis que la face inférieure 64' vient s'étendre parallèlement à la paroi cylindrique inférieure 54' en définissant un chemin de passage inférieur 66'.
Ainsi, les chemins de passage supérieur 62'et inférieur 66', sont relativement longs selon la composante axiale et ils débouchent directement dans l'extrémité amont 22' en définissant deux fentes d'entrée indépendantes 44', 44".
À l'intérieur du corps prismatique triangulaire droit 48', le long du bord aval 49', vient s'étendre une rampe d'injection 50', dans le prolongement d'un raccord d'alimentation non représenté. Une fente d'injection 78' s'étend de la rampe d'injection de 50' jusqu'au bord aval 49' pour déboucher dans la chambre d'imprégnation 46'.
Ainsi, le pli supérieur 88'et le pli inférieur 90' sont introduits séparément dans l'extrémité amont 22', respectivement à l'intérieur des chemins de passage supérieur 62'et inférieur 66'. Les deux plis 88', 90' se rejoignent alors au niveau de l'ouverture oblongue transversale de sortie 58' pour former une seule couche avale 92' ou nappe de mèches fibres. Aussi, les deux plis 88', 90', au niveau du bord aval 49', sont écartés l'un de l'autre, et c'est précisément à ce niveau que débouche la fente d'injection 78.
On observera que la hauteur des chemins de passage supérieur 62' et inférieur 66' peut être réglée aisément et simultanément en réglant axialement la position relative du corps prismatique 48' et des parties supérieure 28' et inférieure 26'.
Après que le raccord d'alimentation a été raccordé à une alimentation en polymère thermoplastique en fusion, la rampe d'injection 50' est alors alimentée elle-même en polymère thermoplastique en fusion, lequel peut alors venir s'écouler de la fente d'injection 78'.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Installation de pultrusion de matériau composite en bande comprenant :
- une pluralité de support (12) de mèches de fibres (14) pour pouvoir fournir une pluralité de mèches de fibres (14), et une alimentation en polymère thermoplastique en fusion pour pouvoir fournir ledit polymère thermoplastique en fusion ;
- une chambre d'imprégnation (46 ; 46') située en aval de ladite pluralité de support (12) de mèches de fibres et raccordée à ladite alimentation pour pouvoir mettre en contact les mèches de fibres (14) de ladite pluralité de mèches de fibres et ledit polymère thermoplastique en fusion et pour former une nappe de mèches de fibres (92 ; 92') imprégnée dudit polymère thermoplastique en fusion ;
- une zone de solidification (19) située en aval de ladite chambre d'imprégnation (46 ; 46') pour solidifier ledit polymère de ladite nappe de mèches de fibres (92 ; 92') imprégnée et pour obtenir une bande de matériau composite (1 10) ;
caractérisé en ce que ladite chambre d'imprégnation (46 ; 46') comprend ; - des organes de guidage (48 ; 48') pour étendre lesdites mèches de fibres (14) en deux plis (88, 90 ; 88', 90') écartés l'un de l'autre et pour guider lesdits deux plis l'un vers l'autre ; et,
- une rampe d'injection (50 ; 50') prolongeant ladite alimentation entre lesdits deux plis (88, 90 ; 88', 90') pour injecter ledit polymère thermoplastique en fusion entre lesdits deux plis et pour pouvoir former ladite nappe de mèches de fibres (92 ; 92') imprégnée dudit polymère thermoplastique en fusion,
et en ce que ladite chambre d'imprégnation (46) présente deux parois cylindriques en regard (52, 54) dont les génératrices sont respectivement parallèles, lesdites parois cylindriques en regard (52, 54) convergeant l'une vers l'autre en amont pour former une ouverture oblongue transversale d'entrée (56).
2. Installation de pultrusion selon la revendication 1 , caractérisée en ce que lesdits organes de guidage (48 ; 48') comprennent un corps cylindrique étendu transversalement à l'intérieur de ladite chambre d'imprégnation (46 ; 46').
3. Installation de pultrusion selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit corps cylindrique (48) est de forme elliptique.
4. Installation de pultrusion selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite rampe d'injection (50 ; 50') s'étend à l'intérieur dudit corps cylindrique (48 ; 48').
5. Installation de pultrusion selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que ledit corps cylindrique présente en aval, une fente axiale (78) permettant de délivrer le polymère thermoplastique en fusion vers l'aval entre les deux plis de mèches de fibres.
6. Installation de pultrusion selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit corps cylindrique (48) présentant deux extrémités opposées (74, 76), ladite fente axiale (78) s'étend d'une extrémité (74) à l'autre extrémité opposée (76).
7. Installation de pultrusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdites parois cylindriques en regard (52, 54) convergent l'une vers l'autre en aval pour former une ouverture oblongue transversale de sortie (58).
8. Installation de pultrusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des organes de traction (20) installés en aval de ladite chambre d'imprégnation (46) pour exercer une traction sur ladite bande de matériau composite (1 10).
9. Installation de pultrusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de réfrigération (18) dans ladite zone de solidification (19).
10. Procédé de pultrusion de matériau composite en bande, du type comprenant les étapes suivantes :
- a) on fournit une pluralité de mèches de fibres (14) et un polymère thermoplastique en fusion ; - b) on met en contact les mèches de fibres de ladite pluralité de mèches de fibres (14) et ledit polymère thermoplastique en fusion et on forme une nappe de mèches de fibres (92 ; 92') imprégnée dudit polymère thermoplastique en fusion ;
- c) on solidifie ledit polymère de ladite nappe de mèches de fibres (92 ;
92') imprégnée pour obtenir une bande de matériau composite (1 10) ;
caractérisé en ce qu'il comprend une étape intermédiaire b') avant l'étape b), et avant ladite étape intermédiaire b') on conforme ladite pluralité de mèches de fibres (14) en une seule couche, tandis que selon ladite étape intermédiaire b') on étend lesdites mèches de fibres (14) en formant deux plis (88, 90 ; 88', 90') écartés l'un de l'autre ;
et en ce qu'à l'étape b) on guide lesdits deux plis (88, 90 ; 88', 90') l'un vers l'autre, tandis qu'on injecte ledit polymère thermoplastique en fusion entre lesdits deux plis, pour pouvoir former ladite une nappe de mèches de fibres (92 ; 92') imprégnée dudit polymère thermoplastique en fusion.
1 1 . Procédé de pultrusion selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on exerce une traction sur ladite bande de matériau composite (1 10).
12. Procédé de pultrusion selon la revendication 10 ou 1 1 , caractérisé en ce qu'à l'étape c) on abaisse la température de ladite nappe de mèches de fibres (92 ; 92') imprégnée.
PCT/FR2018/051587 2017-06-30 2018-06-28 Installation et procede de pultrusion de materiau composite en bande WO2019002773A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1756130 2017-06-30
FR1756130A FR3068286B1 (fr) 2017-06-30 2017-06-30 Installation et procede de pultrusion de materiau composite en bande

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019002773A1 true WO2019002773A1 (fr) 2019-01-03

Family

ID=60382296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2018/051587 WO2019002773A1 (fr) 2017-06-30 2018-06-28 Installation et procede de pultrusion de materiau composite en bande

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3068286B1 (fr)
WO (1) WO2019002773A1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1306675A (fr) * 1961-09-04 1962-10-19 Chausson Usines Sa Dispositif pour l'enduisage et l'imprégnation de feuilles souples
US3556888A (en) * 1967-06-23 1971-01-19 Glastrusions Pultrusion machine and method
US5114633A (en) * 1991-05-16 1992-05-19 Shell Oil Company Method for the resin-impregnation of fibers
WO2016128485A2 (fr) * 2015-02-13 2016-08-18 Hexcel Composites Gmbh & Cokg Pultrudeuse
WO2016156222A1 (fr) * 2015-04-02 2016-10-06 Evonik Degussa Gmbh Procédé et dispositif pour produire un matériau composite fibreux

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1306675A (fr) * 1961-09-04 1962-10-19 Chausson Usines Sa Dispositif pour l'enduisage et l'imprégnation de feuilles souples
US3556888A (en) * 1967-06-23 1971-01-19 Glastrusions Pultrusion machine and method
US5114633A (en) * 1991-05-16 1992-05-19 Shell Oil Company Method for the resin-impregnation of fibers
WO2016128485A2 (fr) * 2015-02-13 2016-08-18 Hexcel Composites Gmbh & Cokg Pultrudeuse
WO2016156222A1 (fr) * 2015-04-02 2016-10-06 Evonik Degussa Gmbh Procédé et dispositif pour produire un matériau composite fibreux

Also Published As

Publication number Publication date
FR3068286B1 (fr) 2020-12-11
FR3068286A1 (fr) 2019-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2862686C (fr) Procede de formage par estampage d'un materiau composite thermoplastique a renfort fibreux continu
FR2982793B1 (fr) Tete d'application de fibres bi-directionnelle
CA2765219C (fr) Procede de realisation d'un profile de fibres en materiau composite ayant une section en demi tete de clou ou en tete de clou
EP1276602A1 (fr) Element de menuiserie extrude renforce par des fibres continues, procede et dispositif
FR2912680A1 (fr) Procede et dispositif de fabrication de pieces en materiau composite, en particulier de troncons de fuselage d'avion
FR2716405A1 (fr) Procédé de refroidissement et de calibrage d'objets oblongs en matière synthétique et dispositif de refroidissement et de calibrage pour la mise en Óoeuvre du procédé.
EP2969495B1 (fr) Procédé et dispositif de réalisation d'un profilé en matériau thermoplastique renforcé par des fibres, comprenant une étape de mise en tension des fibres au cours de leur imprégnation
FR2968592A1 (fr) Procede de fabrication d'une ebauche de pneumatique au moyen d'une nappe comprenant deux gommes
WO2016156677A1 (fr) Tête d'application de fibres avec rouleau d'application particulier
WO2019002773A1 (fr) Installation et procede de pultrusion de materiau composite en bande
FR3073446B1 (fr) Tete d'application de fibres avec rouleau souple muni d'une gaine anti-adherente
EP2528723B1 (fr) Outillage d'extrusion pour la fabrication de profiles en matiere plastique et procede de mise en oeuvre
WO2015170016A1 (fr) Procédé et machine pour la réalisation de préformes par application sans compactage de fibres orientées
EP2928675B1 (fr) Dispositif d'impregnation, unite de fabrication d'un profile creux par pultrusion comprenant un tel dispositif et procede de fabrication correspondant
FR3041660A1 (fr) Procede de realisation de pieces metalliques renforcees de fibres thermoplastiques continues
EP3710238A1 (fr) Tête d'application de fibres avec dispositif de soufflage d'air
FR3050620A1 (fr) Dispositif de retenue ameliore comprenant des elements de retenue renforces
FR2965747A1 (fr) Procede de fabrication d'un raidisseur en materiau composite
FR3046565A1 (fr)
FR3048635B1 (fr) Armature textile lisse pour pultrusion, procede et dispositif pour sa realisation, et son utilisation pour la fabrication de pieces par pultrusion
FR3026673A1 (fr) Procede de realisation de pieces thermoplastiques renforcees de fibres thermoplastiques continues
WO2004067264A1 (fr) Procede de depose sur un support de couches fibreuses inclinees
EP4347213A1 (fr) Appareil de chauffage pour réaliser une activation thermique localisée d'une pièce composite
FR3050624A1 (fr) Appareillage et procede ameliores pour la formation d'elements de retenue par formage
FR2691482A1 (fr) Installation pour l'enduction double-face de tissus ou autres supports souples.

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18755864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18755864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1