WO2023143875A1 - Renfort textile pour materiau composite et materiau composite obtenu - Google Patents

Renfort textile pour materiau composite et materiau composite obtenu Download PDF

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WO2023143875A1
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composite material
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threads
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Jérémie Daniel PLOCINIAK
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Paradox
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Definitions

  • the present invention relates to a textile reinforcement for manufacturing all or part of a composite material, said textile reinforcement comprising a textile complex produced in three 3D dimensions, defined by a main surface in two dimensions XY and a thickness forming the third dimension in Z, the thickness of said textile complex being obtained by transverse threads extending on both sides of said main surface.
  • the invention also relates to a composite material comprising a stack of at least two textile reinforcements linked together by a thermofusible matrix after assembly under hot pressure.
  • the invention is concerned with any type of application requiring the reinforcement of any structure or a junction between assembled elements. It is particularly interested in the field of ballistic protection by proposing a composite material that is particularly resistant to projectile impacts.
  • Ballistic protection covers, among other things, the protection of the dismounted combatant: soldier, law enforcement, and the embedded combatant: armoring of land, naval and airborne vehicles, without this list being exhaustive.
  • Ballistic protection consists of stopping one or more projectile impacts, such as bullets, fragments of high kinetic energy material, or any other body projected by a weapon.
  • Ballistic protection can come in different forms, such as ceramic composite plates, anti-fragment liners, metal ballistic protection plates, or the like, in body armor, helmets, gloves, etc.
  • Composite materials combine at least two constituents. They generally consist of a textile structure composed of fibers giving the mechanical properties, called reinforcement, and of a binder making it possible to bind the fibers together, to protect them from the environment, and to maintain the shape of the textile structure, called matrix.
  • the two-dimensional reinforcement layers in XY are sewn together by Z-stitching threads, most often using a square, rectangular or diamond pattern.
  • the sewing threads are relaxed and therefore less effective.
  • This solution is generally used for the production of 100% textile flexible ballistic protection, that is to say without matrix.
  • Another drawback of this solution resides in the fact of sewing the reinforcement layers together, since when passing through the reinforcement layers, the sewing needle tends to cut certain filaments. Thus the textile structure is weakened and its ballistic performance reduced.
  • the present invention aims to overcome these drawbacks by proposing a new textile reinforcement capable of significantly increasing the resistance in the Z axis of a junction between assembled elements, as well as a new composite material obtained from this textile reinforcement, capable of significantly increasing the interlaminar reinforcement, thus making it possible to respond to the trade-off between damage and energy absorption, which is also capable of withstanding multi-impact, by greatly reducing or even avoiding the delamination of the reinforcement layers, while maintaining a ballistic performance equivalent or even superior to the 2D composite material.
  • the object of the invention is also the production of a textile reinforcement and a composite material, light and efficient by means of an industrial process making it possible to meet the requirements of production, reproducibility and cost, and furthermore to lighten the soldier or the vehicle which is equipped with it in the specific field of ballistic protection.
  • the invention relates to a textile reinforcement characterized in that said textile reinforcement further comprises a heat-fusible matrix contained in at least part of said transverse yarns.
  • the thermofusible matrix can represent 2% to 35% by mass of the 3D textile complex, or 10% to 95% by mass of said at least part of the transverse yarns. It is advantageously integrated into said transverse yarns by a process chosen from the group comprising cracking, spinning, powdering, twisting, wrapping, coating.
  • the hot-melt matrix can be in a form chosen from the group comprising filaments, short or long fibers, particles, powder, filler, coating, and can be obtained in a hot-melt material chosen from the group comprising the polyethylenes, polyamides and copolyamides, polyesters and co-polyesters, thermoplastic polyurethanes, styrene block copolymers of the styrene butadiene styrene type and derivatives, thermoplastic epoxies, thermoplastic elastomers, and a combination of all or part of these materials.
  • the 3D textile complex consists of a double-sided velvet, comprising a ground weave woven from warp yarns and weft yarns, on which are fixed pile yarns, placed in warp or weft , forming loops which are then cut and brushed or emerized, to create said transverse threads in the form of bristles.
  • the count of the pile yarns is preferably lower than the count of the warp yarns and the weft yarns in a ratio of between 0.1 and 0.6.
  • the surface area of the pile can be between 200 and 600 g/m 2 , and the density of pile threads per unit surface of said pile can be between 10 and 200 threads/cm 2 .
  • the height of the bristles may also be between 0.1 and 1.5 mm.
  • the warp threads, the weft threads and the pile threads can be chosen from the group comprising the following materials: aramid, linen, polyester, carbon, glass, basalt, viscose, polyamide, polyethylene, quartz, liquid crystal polymers ( LCP), poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) (PBO), and a combination of some or all of these materials.
  • the invention also relates to a composite material, characterized in that at least some of the textile reinforcements correspond to the textile reinforcement as defined above, and in that, during assembly under hot pressure, said textile reinforcements are linked together in the three dimensions XYZ by the transverse threads which contain the thermofusible matrix, interpenetrate between them and with the adjacent textile reinforcements, and flatten under pressure to form an interface layer between the textile reinforcements, having for the effect of consolidating said composite material by allowing fibrous continuity and mechanical anchoring between said textile reinforcements.
  • At least one other part of the textile reinforcements may consist of a textile complex in two 2D dimensions, defined by a main surface in two dimensions XY, and the stacking of the textile reinforcements can be obtained by combining 2D textile complexes and 3D textile complexes.
  • the so-called external textile reinforcements respectively forming the front face and the rear face of said composite material, may consist of a 2D textile complex or a single-sided 3D textile complex provided with transverse threads on one side only, and the textile reinforcements said internals located between the front face and the rear face of said composite material may consist of a double-sided 3D textile complex provided with transverse threads on both sides, or of an alternation of a 3D textile complex and a textile complex 2D.
  • Said composite material may further comprise a textile structure with a performance gradient, in which all or part of the textile reinforcements have different characteristics to vary the mechanical properties of said composite material in its thickness between its front face and its rear face.
  • the fact of integrating the thermofusible matrix in all or part of the transverse threads of the textile reinforcements makes it possible to significantly increase the inter-laminar reinforcement of the composite material or of a junction between assembled elements.
  • this significant increase in inter-laminar reinforcement involves consuming a lot of energy to break the interface between the textile reinforcements, thus making it possible to drastically reduce the damaged surface in the event of an impact.
  • the invention makes it possible to promote the relative movements between the threads of the main surface of each of the textile reinforcements, thus making it possible to effectively dissipate the energy of the impact.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a composite material according to the invention
  • FIG. 2 is an enlarged plan view of part of the textile structure of the composite material according to a first embodiment comprising a stack of alternating two-dimensional and three-dimensional textile reinforcements,
  • - Figure 3 is an enlarged plan view of part of the textile structure of the composite material according to a second embodiment comprising a stack of three-dimensional textile reinforcements
  • - Figure 4 is an enlarged plan view of part of a textile reinforcement formed of a weft pile, before cutting the pile yarns
  • Figure 5 is a view similar to Figure 4 of the textile reinforcement formed of a weft pile, after cutting the pile yarns,
  • FIG. 6 is an enlarged plan view of part of a textile reinforcement formed of a warp pile, before cutting the pile yarns,
  • Figure 7 is a view similar to Figure 6 of the textile reinforcement formed of a warp pile, after cutting the pile yarns,
  • FIG. 8 is an enlarged view of a pile yarn sample comprising the matrix of the composite material, according to a first variant embodiment
  • Figure 9 is a view similar to Figure 8 of a pile yarn comprising the matrix of the composite material, according to a second variant embodiment
  • Figure 10 is a view similar to Figure 8 of a pile yarn comprising the matrix of the composite material, according to a third variant embodiment, and
  • FIG. 11 is a view similar to Figure 8 of a pile yarn comprising the matrix of the composite material, according to a fourth variant embodiment. description of embodiments
  • the composite material 10 may be in the form of a plate consisting of a stack of reinforcing layers 1 bonded together by a hot-melt matrix 2 after assembly under hot pressure.
  • the term “reinforcing layer” and the term “textile reinforcement” designate the same object.
  • the contour of the plate is not limited to a parallelogram and is adapted to the intended application, such as in a liner, a breastplate, a helmet, etc.
  • the plate may include means allowing it to be fixed, such as holes, eyelets, rivets, press studs, etc.
  • the plate can also be manufactured in a large format, to then be cut in a small format by any known and compatible cutting process, such as by laser cutting, water jet, or similar.
  • the number of textile reinforcements is variable data depending on the specifications and the properties of each of said textile reinforcements.
  • the composite material will include at least three textile reinforcements, with no upper limit.
  • the textile reinforcements are not necessarily identical, neither in terms of composition nor in terms of format. Again, they vary depending on the specifications.
  • the textile reinforcements consists of a textile complex made in three dimensions, referred to below as a "3D textile complex", defined by a main surface in two dimensions XY and a thickness forming the third dimension in Z.
  • the thickness of the textile complex is in particular obtained by transverse threads extending from the main surface, on one side only or on both sides of the main surface.
  • This textile complex can be made up of any textile product meeting the definition above, such as a knitted product with relief patterns, a woven product with loops, a woven product with pile, without these examples being limiting.
  • the hot-melt matrix 2 is advantageously integrated into the 3D textile complex and preferentially contained in at least part of the transverse threads.
  • the textile reinforcements bind together in the three dimensions XYZ by the transverse threads which contain the thermofusible matrix, interpenetrate between themselves and with the adjacent textile reinforcements, and flatten under the pressure to form a non-woven type interface layer between the textile reinforcements, having the effect of consolidating said composite material.
  • the addition of the heat-fusible matrix in the transverse yarns offers numerous advantages as explained above and enables the invention to achieve the fixed performance.
  • the 3D textile complex can consist of a single-sided and preferably double-sided velvet.
  • Velvet is a textile product which comprises a ground weave woven from warp and weft threads, on which are fixed pile threads, placed in warp or weft.
  • the bottom weave can be obtained by weaving, knitting or any similar process.
  • These pile yarns can be attached to the front of the ground weave to form a single-sided pile, or attached to the front and back of the ground weave to form a double-sided pile.
  • the pile threads form loops which are then cut and brushed, or emery and brushed, to create pile forming the Z-thickness of the textile complex. The hairs thus form the transverse threads of the 3D textile complex.
  • the bottom weave of the velvet forms, according to a non-limiting example, a two-dimensional 2D structure in the XY plane, and has the function of stopping impacts from projectiles striking the surface of the composite material, while the pile of the velvet extend mainly in the Z axis, comprise the hot-melt matrix in whole or in part and preferably in whole. It is of course possible to combine pile yarns with matrix and pile yarns without matrix to vary the distribution of the thermofusible matrix in the 3D textile complex.
  • the pile threads have the function of ensuring the shape retention of the composite material and the inter-laminar resistance between the textile reinforcements avoiding or limiting delamination of the composite material.
  • the resistance to the T-peel test according to standard NF EN 1895 is increased by a multiplier coefficient at least equal to 10 compared to a composite standard consisting of 2D textile reinforcements woven in para-aramid and linked by the same thermofusible matrix.
  • the results obtained thus go from an average linear force of 0.4 N/mm for the composite standard to 4 N/mm for the composite of the invention.
  • the structure of the ground weave can be a plain weave, a 2/2 basket weave, a twill, a satin, or any other equivalent pattern obtained by weaving, knitting, or any similar process.
  • the warp yarns and the weft yarns which make up the ground weave are preferably identical in terms of material and size to create a balanced structure. It is however possible to play on these parameters (material and thickness) and to use different threads between the warp and the weft according to the needs.
  • the material can be chosen from the group comprising aramid, linen, polyester, carbon, glass, basalt, viscose, polyamide, polyethylene, quartz, liquid crystal polymers (LCP), poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) (PBO), or a combination of some or all of these materials.
  • Aramid is a preferred material thanks to its great lightness, its good mechanical properties in traction, its good resistance to shocks and abrasion, as well as to fire, heat, and organic solvents.
  • the aramid is in particular marketed under the Kevlar® and Nomex® trademarks.
  • the materials marketed under the Zylon® (PBO) and Vectran® (LCP) trademarks are also preferred.
  • the warp yarns and the weft yarns can be twisted yarns with a twist of the order of 60 rpm, and the title of the warp yarns and the weft yarns can be between 400 and 4400 dTex, without these values are not limiting.
  • the density of the warp yarns can be of the order of 16 to 18 yarns per cm, and the density of the weft yarns can be of the order of 18 to 20 yarns per cm, without these values being limiting.
  • the specific surface of the pile can be between 200 and 600 g/m2, and the density of pile threads per unit area of the pile can be between 10 and 200 threads/cm2, without these values being limiting.
  • the pile threads of the pile can be made of the same material as that of the warp and weft threads of the ground weave, or of a material compatible with that of the ground weave.
  • the torsion of the pile yarns is preferably greater than that of the warp yarns and the weft yarns and for example of the order of 500 rpm, and the count of the pile yarns is preferably lower than the count of the yarns of warp and weft yarns, and for example between 100 and 2600 dTex, without these values being limiting.
  • the ratio between the count of the pile yarns and the count of the warp yarns and the weft yarns can be between 0.1 and 0.6, without these values being limiting.
  • the pile yarns can be arranged in the ground weave to form patterns, such as a checkerboard, a diamond, or any other equivalent and compatible pattern, without these examples being limiting.
  • the operation of cutting, emerising and brushing the hair threads has the effect of opening each strand of hair erect from the bottom weave into a brushing cone.
  • the brushing cone is thus made up of individualized microfibers.
  • This operation makes it possible to increase the hairiness of the pile, having the advantage of significantly increasing the specific surface of the pile.
  • the height of the bristles is preferably between 0.1 and 1.5 mm. A height less than 0.1 mm is difficult to achieve industrially and a height greater than 1.5 mm would harm the function of mechanical connection between the textile reinforcements. Indeed, hairs would tend to lie down, having the effect of reducing the mechanical anchoring power between the different textile reinforcements.
  • thermofusible matrix is added, integrated or added in or on all or part of the pile yarns by any known process, such as by cracking and spinning, dusting, twisting, wrapping, or the like.
  • Figures 8 to 11 illustrate some embodiments.
  • the hot-melt matrix can thus come in different forms, such as continuous filaments, short or long fibers, particles, powder, filler, coating, etc.
  • Figure 8 illustrates a cracked pile yarn, in which thermofusible fibers are mixed with the base fibers of the pile yarn, before spinning and/or twisting.
  • FIG. 9 illustrates a pile yarn enriched with a powder of thermofusible material, which may be a micronized powder which can enter the heart of the pile yarn.
  • Figure 10 illustrates a twisted pile yarn, in which hot melt filaments are twisted together with base filaments of the pile yarn. And in FIG. 11, all or part of the base filaments of the pile yarn are obtained by coating a fusible or thermofusible material around reinforcing fibers to obtain a core/skin type structure.
  • the matrix is chosen from a thermofusible material at a temperature which can be between 70 and 200 degrees Celsius without these values being limiting, and chosen from the group comprising preferably thermoplastics and thermoplastic elastomers (TPE), such as polyamides and co-polyamides, polyesters and co-polyesters, thermoplastic polyurethanes, styrene block copolymers of the styrene butadiene styrene type and derivatives, thermoplastic epoxies, or a combination of all or part of these materials, without this list being exhaustive.
  • TPE thermoplastics and thermoplastic elastomers
  • FIG. 4 and 5 illustrate a weft pile, respectively before and after cutting the pile yarns.
  • the warp threads 11 are perpendicular to the sheet and shown in section, while the weft threads 12 are parallel to the sheet and shown along their length.
  • the pile threads 21 are parallel to the weft threads 12 and represented by hatching in FIG. 4 in the form of continuous threads.
  • the pile threads 21 are represented in FIG. 5, cut in the form of transverse threads, which stand up substantially perpendicularly to the bottom weave formed by the warp threads 11 and the weft threads 12, are open in a cone of brushing and form the pile of the velvet.
  • FIG. 5 cut in the form of transverse threads, which stand up substantially perpendicularly to the bottom weave formed by the warp threads 11 and the weft threads 12, are open in a cone of brushing and form the pile of the velvet.
  • FIG. 5 clearly shows that each pile yarn is held very tightly between two warp yarns 11 having the effect of locking it mechanically in the XY plane by friction before melting the matrix, then by bonding after melting the matrix.
  • Figures 6 and 7 illustrate a warp pile, respectively before and after cutting the pile yarns.
  • the weft threads 12 are perpendicular to the sheet and shown in section, while the warp threads 11 are parallel to the sheet and shown along their length.
  • the pile yarns 21 are parallel to the warp yarns 11 and shown by hatching in FIG. 6 in the form of continuous yarns.
  • the loops are created with the pile yarns 21 using shapers, called iron picks 3, positioned in the weft direction at defined intervals.
  • the pile yarns 21 are shown in FIG.
  • FIG. 7 cut in the form of transverse yarns, which stand up substantially perpendicularly to the bottom weave in the Z axis, are open in a brushing cone and form the pile of the pile.
  • FIG. 7 clearly shows that each loop forms two bristles, held very tightly between two weft threads 12 having the effect of locking them mechanically in the XY plane.
  • Figures 2 and 3 illustrate two embodiments of the composite material of the invention.
  • the composite material consists of a stack of 3D three-dimensional textile reinforcements alternated with 2D two-dimensional textile reinforcements.
  • the alternation can be: a 2D layer followed by a 3D layer and so on, terminated by a 2D layer, as illustrated in figure 2, or according to any other alternation not illustrated, the first textile reinforcement and the last textile reinforcement being a 2D layer to avoid the presence of hairs and hot-melt matrix on the external faces of the composite material constituting its front face and its rear face.
  • the 2D textile reinforcements consist of a single weave, a 2/2 weave, a twill, a satin, or any other equivalent pattern
  • the 3D textile reinforcements consist of a double-sided velvet.
  • the composite material consists of a stack of 3D three-dimensional textile reinforcements only, such as a double-sided pile.
  • the first textile reinforcement and the last textile reinforcement can consist of 2D layers as in the example of Figure 2, or 3D layers in the form of a single-sided pile, the pile facing interior of the composite material.
  • the design of the composite material according to the invention makes it possible to envisage multiple embodiment variants and thus to adapt the ballistic protection and its performance to the set specifications. It is also possible to create structures with a performance gradient, by changing the characteristics of the textile reinforcements in the thickness of the composite material, such as the count of the warp yarns, weft yarns and/or pile yarns.
  • these performance gradient structures is to vary the physical properties of the composite material in its thickness between its front face receiving the impact and its rear face against the soldier, such as the modulus of rigidity, the resistance to compression , interlaminar resistance, energy dissipation, etc.
  • one or more additional layers providing complementary functions, such as a layer of anti-trauma gel on the rear face against the soldier, a layer of hard material on the front face to fragment the projectile , such as a steel or ceramic plate, without these examples being limiting.
  • the present invention is of course not limited to the embodiments described but extends to any modification and variant obvious to a person skilled in the art within the limits of the appended claims. It is also not limited to the technical field of ballistic protection and extends to any technical field requiring protection against impacts, blows, cuts, etc. such as a reactor housing, turbine blades, missile fairing, etc. without these examples being limiting. The invention also extends to any other technical field requiring the reinforcement of any structure or a junction between assembled elements. In addition, the technical characteristics of the various embodiments and variants described above may be, in whole or for some of them, combined with each other.

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Abstract

L'invention concerne un matériau composite (10) à renforts textiles résistant aux impacts, notamment pour le domaine de la protection balistique, comportant un empilement de renforts textiles (1) liés entre eux par une matrice thermofusible (2) après assemblage sous pression à chaud. Il est caractérisé en ce qu'au moins une partie des renforts textiles (1) est constituée d'un velours double face, formant un complexe textile en trois dimensions 3D, et en ce que la matrice thermofusible (2) est intégrée dans ledit complexe textile et préférentiellement contenue dans au moins une partie des fils de poil du velours s'étendant transversalement. Lors de l'assemblage sous pression à chaud, lesdits renforts textiles (1) se lient entre eux dans les trois dimensions XYZ par les fils de poil qui contiennent la matrice thermofusible (2), s'interpénètrent entre eux et aux renforts textiles adjacents, et s'aplatissent sous la pression pour former une couche d'interface entre les renforts textiles, ayant pour effet de consolider ledit matériau composite (10).

Description

RENFORT TEXTILE POUR MATÉRIAU COMPOSITE ET MATÉRIAU
COMPOSITE OBTENU
Domaine technique
La présente invention concerne un renfort textile pour fabriquer tout ou partie d’un matériau composite, ledit renfort textile comportant un complexe textile réalisé en trois dimensions 3D, défini par une surface principale en deux dimensions XY et une épaisseur formant la troisième dimension en Z, l’épaisseur dudit complexe textile étant obtenue par des fils transversaux s’étendant des deux côtés de ladite surface principale. L’invention concerne également un matériau composite comportant un empilement d’au moins deux renforts textiles liés entre eux par une matrice thermofusible après assemblage sous pression à chaud.
L’invention s’intéresse à tout type d’application nécessitant de renforcer une structure quelconque ou une jonction entre des éléments assemblés. Elle s’intéresse notamment au domaine de la protection balistique en proposant un matériau composite particulièrement résistant aux impacts de projectiles.
Le domaine de la protection balistique couvre entre autres la protection du combattant débarqué : soldat, force de l’ordre, et du combattant embarqué : blindage de véhicules terrestres, navals et aéroportés, sans que cette liste ne soit exhaustive. La protection balistique consiste à arrêter un ou plusieurs impacts de projectiles, tels que des balles, des fragments de matériau à haute énergie cinétique, ou de tout autre corps projeté par une arme. La protection balistique peut se présenter sous différentes formes, telles que des plaques composites en céramique, des doublures anti-fragment, des plaques de protection balistique en métal, ou similaires, dans des gilets pare-balles, des casques, des gants, etc. Les matériaux composites combinent au minimum deux constituants. Ils sont généralement constitués d'une structure textile composée de fibres conférant les propriétés mécaniques, appelée renfort, et d'un liant permettant de lier les fibres entre elles, de les protéger de l'environnement, et de maintenir en forme la structure textile, appelé matrice.
Technique antérieure
Dans le domaine particulier de la protection balistique, les matériaux composites sont déjà largement utilisés. Il existe un premier exemple de matériau composite dit en deux dimensions (2D). Il est constitué d’un empilement de couches de renfort bidimensionnelles en XY avec une alternance entre les couches de renfort, d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, généralement sous la forme d’un film. Les couches de renfort sont de type toile, sergé, unidirectionnel (UD) dans lequel les filaments des couches de renfort sont parallèles les uns aux autres sans liage spécifique, etc. Cet empilement est ensuite pressé à chaud pour lier les couches de renfort entre- elles par fusion ou polymérisation de la matrice. Le matériau composite obtenu a l’inconvénient de se délaminer fortement après un premier impact, c’est-à-dire de perdre la cohésion entre les différentes couches de renfort. Il perd alors sa capacité à stopper efficacement un second impact dans la zone où il a été endommagé.
Pour pallier ces problèmes de délaminage, il existe un deuxième exemple de matériau composite de type interlock (2,5D), comme décrit dans la publication US 2010/183836 AL II est constitué d’une structure textile dans laquelle les couches de renfort sont liées entre elle par certains fils de chaine et/ou certains fils de trame évoluant dans l'épaisseur Z de la structure. Avec cette solution, le taux d'endommagement du matériau composite est effectivement réduit, mais au détriment de la performance balistique, puisque la dissipation de l’énergie cinétique en ondes transversales est moins efficace. Dans un troisième exemple de matériau composite, pour conserver une bonne performance balistique du type de celle des matériaux composites 2D, tout en diminuant l'endommagement du matériau composite après un premier impact des matériaux composites 2,5D, les couches de renfort bidimensionnelles en XY sont cousues entre elles par des fils de couture en Z, le plus souvent au moyen d’un motif en carré, rectangulaire, ou losange. Cependant, après pressage à chaud des couches de renfort pour réaliser le matériau composite, les fils de couture sont détendus et donc moins efficaces. Cette solution est généralement utilisée pour la réalisation de protections balistiques souples 100% textiles, c’est-à-dire sans matrice. Un autre inconvénient de cette solution réside dans le fait de coudre les couches de renfort entre elles, puisqu’on traversant les couches de renfort, l'aiguille de couture a tendance à couper certains filaments. Ainsi la structure textile est fragilisée et sa performance balistique réduite.
Il existe encore une autre solution décrite dans la publication US 4,888,228 A d’un matériau composite 3D conçu pour améliorer la résistance à la séparation des couches. Il comporte des couches de renfort constituées de textiles tuftés, dont les touffes sont formées de fibres en Z. Le procédé de fabrication consiste alors à déposer une couche de liant sur chaque couche de renfort pour former des plis, à empiler les plis, et à appliquer de la chaleur et une pression pour transformer le liant en une matrice qui sature les plis. Cependant, le fait d’étaler une couche de liant sur les couches de renfort a pour effet d’aplatir les fibres en Z et d’empêcher l’interpénétration de ces fibres avec celles des couches de renfort adjacentes. Le résultat est un ancrage mécanique insuffisant dans la jonction entre les couches de renfort.
A l’heure actuelle, il n'existe pas de solution technique permettant d’améliorer efficacement la résistance multi-impact des matériaux composites. La solution préférée reste à ce jour le matériau composite 2D combiné à des variantes de réalisation des couches de renfort qui le compose, telles que des couches unidirectionnelles (UD). La recherche d’un compromis entre l’endommagement du matériau composite et l’absorption d'énergie est donc difficile à trouver.
En outre, dans un autre domaine technique qui est celui de l’assemblage par collage de pièces structurelles, on cherche à améliorer et à renforcer les zones d’assemblage ou les jonctions entre les pièces assemblées en utilisant un insert textile texturé, comme décrit dans la publication WO 2019/081441 de la demanderesse, et dans lequel l’invention peut s’appliquer avantageusement.
Exposé de l'invention
La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un nouveau renfort textile capable d’augmenter significativement la résistance dans l’axe Z d’une jonction entre des éléments assemblés, ainsi qu’un nouveau matériau composite obtenu à partir de ce renfort textile, capable d’augmenter significativement le renforcement interlaminaire, permettant ainsi de répondre au compromis entre endommagement et absorption d’énergie, qui soit également capable de résister au multi -impact, en réduisant fortement voire en évitant le délaminage des couches de renfort, tout en maintenant une performance balistique équivalente voire supérieure au matériau composite 2D. L’objectif de l’invention est également la réalisation d’un renfort textile et d’un matériau composite, légers et performants au moyen d’un procédé industriel permettant de répondre aux exigences de production, de reproductibilité et de coût, et en outre d’alléger le soldat ou le véhicule qui en est équipé dans le domaine spécifique de la protection balistique.
Dans ce but, l'invention concerne un renfort textile caractérisé en ce que ledit renfort textile comporte en outre une matrice thermofusible contenue dans au moins une partie desdits fils transversaux. La matrice thermofusible peut représenter 2% à 35% en masse du complexe textile 3D, ou 10% à 95% en masse de ladite au moins une partie des fils transversaux. Elle est avantageusement intégrée dans lesdits fils transversaux par un procédé choisi dans le groupe comprenant le craquage, le filage, le poudrage, le retordage, le guipage, l’enduction. Selon le mode de réalisation, la matrice thermofusible peut se présenter dans une forme choisie dans le groupe comprenant des filaments, fibres courtes ou longues, particules, poudre, enduit, revêtement, et peut être obtenue dans une matière thermofusible choisie dans le groupe comprenant les polyéthylènes, polyamides et copolyamides, polyesters et co-polyesters, polyuréthanes thermoplastiques, copolymères à blocs styrènes type styrène butadiène styrène et dérivés, les époxy thermoplastiques, des élastomères thermoplastiques, et une combinaison de tout ou partie de ces matières.
De manière préférentielle, le complexe textile 3D est constitué d’un velours double face, comportant une armure de fond tissée à partir de fils de chaine et de fils de trame, sur laquelle sont fixés des fils de poil, placés en chaine ou en trame, formant des boucles qui sont ensuite coupées et brossées ou émerisées, pour créer lesdits fils transversaux sous la forme de poils.
Le titre des fils de poil est préférentiellement inférieur au titre des fils de chaine et des fils de trame dans un rapport compris entre 0,1 à 0,6. La surface massique du velours peut être comprise entre 200 et 600 g/m2, et la densité de fils de poil par unité de surface dudit velours peut être comprise entre 10 à 200 fils/cm2. La hauteur des poils peut être en outre comprise entre 0,1 et 1,5mm. Les fils de chaine, les fils de trame et les fils de poil peuvent être choisis dans le groupe comprenant les matières suivantes : aramide, lin, polyester, carbone, verre, basalte, viscose, polyamide, polyéthylène, quartz, polymères à cristaux liquides (LCP), poly(p-phénylène-2,6-benzobisoxazole) (PBO), et une combinaison de tout ou partie de ces matières. L’invention concerne également un matériau composite, caractérisé en ce qu’au moins une partie des renforts textiles correspond au renfort textile tel que défini ci-dessus, et en ce que, lors de l’assemblage sous pression à chaud, lesdits renforts textiles se lient entre eux dans les trois dimensions XYZ par les fils transversaux qui contiennent la matrice thermofusible, s’interpénétrent entre eux et aux renforts textiles adjacents, et s’aplatissent sous la pression pour former une couche d’interface entre les renforts textiles, ayant pour effet de consolider ledit matériau composite en permettant une continuité fibreuse et un ancrage mécanique entre lesdits renforts textiles.
Selon les modes de réalisation dudit matériau composite et ses applications, au moins une autre partie des renforts textiles peut être constituée d’un complexe textile en deux dimensions 2D, défini par une surface principale en deux dimensions XY, et l’empilage des renforts textiles peut être obtenu en combinant des complexes textiles 2D et des complexes textiles 3D.
Les renforts textiles dits externes, formant respectivement la face avant et la face arrière dudit matériau composite peuvent être constitués d’un complexe textile 2D ou d’un complexe textile 3D simple face pourvu de fils transversaux d’un seul côté, et les renforts textiles dits internes situés entre la face avant et la face arrière dudit matériau composite peuvent être constituées d’un complexe textile 3D double face pourvu de fils transversaux des deux côtés, ou d’une alternance d’un complexe textile 3D et d’un complexe textile 2D.
Ledit matériau composite peut en outre comporter une structure textile à gradient de performances, dans laquelle tout ou partie des renforts textiles présentent des caractéristiques différentes pour varier les propriétés mécaniques dudit matériau composite dans son épaisseur entre sa face avant et sa face arrière.
Grâce à l’invention, le fait d’intégrer la matrice thermofusible dans tout ou partie des fils transversaux des renforts textiles permet d’augmenter significativement le renforcement inter-laminaire du matériau composite ou d’une jonction entre des éléments assemblés. Dans le domaine de la protection balistique, cette augmentation significative du renforcement inter-laminaire implique de consommer beaucoup d’énergie pour rompre l’interface entre les renforts textiles, permettant ainsi de réduire drastiquement la surface endommagée en cas d’impact. En outre, l’invention permet de favoriser les mouvements relatifs entre les fils de la surface principale de chacun des renforts textiles, permettant ainsi de dissiper efficacement l’énergie de l’impact. En conclusion, l’augmentation des performances inter-laminaires est obtenue sans atténuation du pouvoir d’arrêt et du taux de déformation du matériau composite pour une meilleure résistance aux impacts multiples. En outre, cette solution technique permet d'ajuster le comportement du matériau composite à la résistance au délaminage souhaitée, en fonction de la quantité de matrice thermofusible dans les fibres transversales, et de la quantité de fibres transversales par unité de surface, dans les renforts textiles. Elle permet également de créer au sein dudit matériau composite un gradient de fonctions, en variant les propriétés entre les renforts textiles superposées.
Brève description des dessins
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- La figure 1 est une vue schématique en perspective d’un matériau composite selon l’invention,
- La figure 2 est une vue en plan agrandie d’une partie de la structure textile du matériau composite selon un premier mode de réalisation comportant un empilement de renforts textiles bidimensionnels et tridimensionnels alternés,
- La figure 3 est une vue en plan agrandie d’une partie de la structure textile du matériau composite selon un deuxième mode de réalisation comportant un empilement de renforts textiles tridimensionnels, - La figure 4 est une vue en plan agrandie d’une partie d’un renfort textile formé d’un velours trame, avant la coupe des fils de poil,
- La figure 5 est une vue similaire à la figure 4 du renfort textile formé d’un velours trame, après la coupe des fils de poil,
- La figure 6 est une vue en plan agrandie d’une partie d’un renfort textile formé d’un velours chaine, avant la coupe des fils de poil,
- La figure 7 est une vue similaire à la figure 6 du renfort textile formé d’un velours chaine, après la coupe des fils de poil,
- La figure 8 est une vue agrandie d’un échantillon de fil de poil comportant la matrice du matériau composite, selon une première variante de réalisation,
- La figure 9 est une vue similaire à la figure 8 d’un fil de poil comportant la matrice du matériau composite, selon une deuxième variante de réalisation,
- La figure 10 est une vue similaire à la figure 8 d’un fil de poil comportant la matrice du matériau composite, selon une troisième variante de réalisation, et
- La figure 11 est une vue similaire à la figure 8 d’un fil de poil comportant la matrice du matériau composite, selon une quatrième variante de réalisation. îcription des modes de réalisation
Dans les exemples de réalisation illustrés, les éléments ou parties identiques portent les mêmes numéros de référence. En outre, les termes qui ont un sens relatif, tels que vertical, horizontal, droite, gauche, avant, arrière, au-dessus, en-dessous, etc. doivent être interprétés dans des conditions normales d’utilisation de l’invention, et telles que représentées sur les figures. Les axes X, Y et Z sont quant à eux définis par un repère orthonormé illustré à la figure 1. Par ailleurs, les positions géométriques indiquées dans la description et les revendications, telles que « perpendiculaire », « parallèle », « symétrique », « longitudinale », « transversale », ne sont pas limitées au sens strict défini en géométrie, mais s’étendent à des positions géométriques qui sont proches, c’est-à-dire qui acceptent une certaine tolérance dans le domaine technique considéré, sans influence sur le résultat obtenu. Cette tolérance est notamment introduite par l’adverbe « sensiblement », sans que ce terme soit nécessairement répété devant chaque adjectif.
En référence à la figure 1, le matériau composite 10 selon l’invention peut se présenter sous la forme d’une plaque constituée d’un empilement de couches de renfort 1 liées entre-elles par une matrice thermofusible 2 après assemblage sous pression à chaud. Dans la suite de la description, le terme « couche de renfort » et le terme « renfort textile » désignent le même objet. Le contour de la plaque n’est pas limité à un parallélogramme et est adapté à l’application visée, telle que dans une doublure, un plastron, un casque, etc. La plaque peut comporter des moyens permettant sa fixation, tels que des trous, des œillets, des rivets, des boutons pression, etc. La plaque peut en outre être fabriquée dans un grand format, pour être ensuite découpée dans un petit format par tout procédé de découpe connu et compatible, tel que par découpe laser, jet d’eau, ou similaire. Le nombre de renforts textiles est une donnée variable en fonction du cahier des charges et des propriétés de chacun desdits renforts textiles. Le matériau composite comportera au minimum trois renforts textiles, sans limite haute. En outre, les renforts textiles ne sont pas nécessairement identiques, ni en termes de composition, ni en termes de format. Là encore, ils varient en fonction du cahier des charges.
En référence aux figures 2 à 7, une partie au moins des renforts textiles est constituée d’un complexe textile réalisé en trois dimensions, dénommé par la suite « complexe textile 3D », défini par une surface principale en deux dimensions XY et une épaisseur formant la troisième dimension en Z. L’épaisseur du complexe textile est notamment obtenue par des fils transversaux s’étendant de la surface principale, d’un seul côté ou des deux côtés de la surface principale. Ce complexe textile peut être constitué par tout produit textile répondant à la définition ci-dessus, tel qu’un produit tricoté avec des motifs en reliefs, un produit tissé avec des bouclettes, un produit tissé avec des poils, sans que ces exemples ne soient limitatifs. En outre, la matrice thermofusible 2 est avantageusement intégrée dans le complexe textile 3D et préférentiellement contenue dans au moins une partie des fils transversaux. Ainsi, lors de l’assemblage sous pression à chaud, les renforts textiles se lient entre eux dans les trois dimensions XYZ par les fils transversaux qui contiennent la matrice thermofusible, s’interpénétrent entre eux et aux renforts textiles adjacents, et s’aplatissent sous la pression pour former une couche d’interface de type non-tissé entre les renforts textiles, ayant pour effet de consolider ledit matériau composite. L’apport de la matrice thermofusible dans les fils transversaux offre de nombreux avantages comme expliqué précédemment et permet à l’invention d’atteindre les performances fixées.
Le complexe textile 3D peut être constitué d’un velours à simple face et de préférence à double face. Le velours est un produit textile qui comporte une armure de fond tissée à partir de fils de chaine et de fils de trame, sur laquelle sont fixés des fils de poil, placés en chaine ou en trame. L’armure de fond peut être obtenue par tissage, tricotage ou tout procédé similaire. Ces fils de poil peuvent être fixés sur le recto de l’armure de fond pour former un velours simple face, ou fixés sur le recto et le verso de l’armure de fond pour former un velours double face. Après tissage, les fils de poil forment des boucles qui sont ensuite coupées et brossées, ou émerisées et brossées, pour créer des poils formant l’épaisseur en Z du complexe textile. Les poils forment ainsi les fils transversaux du complexe textile 3D.
L’armure de fond du velours forme, selon un exemple non limitatif, une structure en deux dimensions 2D dans le plan XY, et a pour fonction d’arrêter les impacts provenant de projectiles venant frapper la surface du matériau composite, tandis que les poils du velours s’étendent majoritairement dans l’axe Z, comportent la matrice thermofusible en tout ou partie et préférentiellement en totalité. Il est bien entendu possible de combiner des fils de poil avec matrice et des fils de poil sans matrice pour varier la répartition de la matrice thermofusible dans le complexe textile 3D. Les fils de poil ont pour fonction d’assurer le maintien en forme du matériau composite et la résistance inter-laminaire entre les renforts textiles évitant ou limitant de délaminage du matériau composite. A titre d’exemple, la résistance à l’épreuve de pelage en T selon la norme NF EN 1895 est augmentée d’un coefficient multiplicateur au moins égal à 10 par rapport à un étalon composite constitué de renforts textiles 2D tissés en para-aramide et liés par une même matrice thermofusible. Les résultats obtenus passent ainsi d’une force linéique moyenne de 0,4 N/mm pour l’étalon composite à 4N/mm pour le composite de l’invention.
La structure de l’armure de fond peut être une toile simple, une toile nattée 2/2, un sergé, un satin, ou tout autre motif équivalent obtenu par tissage, tricotage, ou tout procédé similaire. Les fils de chaine et les fils de trame qui composent l’armure de fond sont de préférence identiques en termes de matière et de grosseur pour créer une structure équilibrée. Il est cependant possible de jouer sur ces paramètres (matière et grosseur) et d’utiliser des fils différents entre la chaine et la trame en fonction des besoins. La matière peut être choisie dans le groupe comprenant l’aramide, le lin, le polyester, le carbone, le verre, le basalte, la viscose, le polyamide, le polyéthylène, le quartz, les polymères à cristaux liquides (LCP), le poly(p-phénylène-2,6- benzobisoxazole) (PBO), ou une combinaison de tout ou partie de ces matières. L’aramide constitue une matière préférée grâce à sa grande légèreté, ses bonnes propriétés mécaniques en traction, sa bonne résistance aux chocs et à l'abrasion, ainsi qu’au feu, à la chaleur, et aux solvants organiques. L’aramide est notamment commercialisé sous les marques Kevlar® et Nomex®, De manière similaire, les matières commercialisées sous les marques Zylon® (PBO) et Vectran®(LCP) sont également préférées. Les fils de chaine et les fils de trame peuvent être des fils retordus avec une torsion de l’ordre de 60 tr/m, et le titre des fils de chaine et des fils de trame peut être compris entre 400 et 4400 dTex, sans que ces valeurs ne soient limitatives. La densité des fils de chaine peut être de l’ordre de 16 à 18 fils par cm, et la densité des fils de trame peut être de l’ordre de 18 à 20 fils par cm, sans que ces valeurs ne soient limitatives. La surface massique du velours peut être comprise entre 200 et 600 g/m2, et la densité de fils de poil par unité de surface du velours peut être comprise entre 10 à 200 fils/cm2, sans que ces valeurs ne soient limitatives.
Les fils de poil du velours peuvent être constitués de la même matière que celle des fils de chaine et des fils de trame de l’armure de fond, ou d’une matière compatible avec celle de l’armure de fond. Cependant, la torsion des fils de poil est de préférence supérieure à celle des fils de chaine et des fils de trame et par exemple de l’ordre de 500tr/m, et le titre des fils de poil est de préférence inférieur au titre des fils de chaine et des fils de trame, et par exemple compris entre 100 et 2600 dTex, sans que ces valeurs ne soient limitatives. Le rapport entre le titre des fils de poil et le titre des fils de chaine et des fils de trame peut être compris entre 0,1 à 0,6, sans que ces valeurs ne soient limitatives. Les fils de poil peuvent être agencés dans l’armure de fond pour former des motifs, tels qu’un damier, un losange, ou tout autre motif équivalent et compatible, sans que ces exemples ne soient limitatifs.
L’opération qui consiste à couper, émeriser et brosser les fils de poil a pour effet d’ouvrir chaque brin de poil dressé à partir de l’armure de fond en un cône de brossage. Le cône de brossage est ainsi constitué de microfibres individualisées. Cette opération permet d’augmenter la pilosité du velours, ayant pour avantage d’augmenter significativement la surface spécifique du velours. La hauteur des poils est de préférence comprise entre 0,1 et 1,5mm. Une hauteur inférieure à 0,1mm est difficilement réalisable industriellement et une hauteur supérieure à 1,5mm nuirait à la fonction de liaison mécanique entre les renforts textiles. En effet, des poils auraient tendance à se coucher, ayant pour effet de diminuer le pouvoir d’ancrage mécanique entre les différents renforts textiles.
La matrice thermofusible est ajoutée, intégrée ou rapportée dans ou sur tout ou partie des fils de poil par tout procédé connu, tel que par craquage et filage, poudrage, retordage, guipage, ou similaire. Les figures 8 à 11 illustrent quelques exemples de réalisation. La matrice thermofusible peut ainsi se présenter sous différentes formes, telles que des filaments continus, des fibres courtes ou longues, des particules, de la poudre, un enduit, un revêtement, etc. La figure 8 illustre un fil de poil craqué, dans lequel des fibres thermofusibles sont mélangées aux fibres de base du fil de poil, avant filage et/ou retordage. La figure 9 illustre un fil de poil enrichi par une poudre de matière thermofusible, qui peut être une poudre micronisée pouvant entrer à cœur du fil de poil. La figure 10 illustre un fil de poil retord, dans lequel des filaments thermofusibles sont retordus avec des filaments de base du fil de poil. Et dans la figure 11, tout ou partie des filaments de base du fil de poil sont obtenus par l’enrobage d’un matériau fusible ou thermofusible autour de fibres de renfort pour obtenir une structure de type cœur/peau. La matrice est choisie dans une matière thermofusible à une température qui peut être comprise entre 70 et 200 degrés Celsius sans que ces valeurs ne soient limitatives, et choisie dans le groupe comprenant de préférence des thermoplastiques et des élastomères thermoplastiques (TPE), tels que polyamides et co-polyamides, polyesthers et co-polyesthers, polyuréthanes thermoplastiques, copolymères à blocs styrènes type styrène butadiène styrène et dérivés, les époxy thermoplastiques, ou une combinaison de tout ou partie de ces matières, sans que cette liste ne soit limitative.
Les figures 4 et 5 illustrent un velours trame, respectivement avant et après la coupe des fils de poil. Les fils de chaine 11 sont perpendiculaires à la feuille et représentés en coupe, tandis que les fils de trame 12 sont parallèles à la feuille et représentés dans leur longueur. Les fils de poil 21 sont parallèles aux fils de trame 12 et représentés par des hachures dans la figure 4 sous la forme de fils continus. Les fils de poil 21 sont représentés dans la figure 5, coupés sous la forme de fils transversaux, qui se redressent sensiblement perpendiculairement à l’armure de fond formée par les fils de chaine 11 et les fils de trame 12, sont ouverts en cône de brossage et forment les poils du velours. La figure 5 montre clairement que chaque fil de poil est maintenu très serré entre deux fils de chaine 11 ayant pour effet de le bloquer mécaniquement dans le plan XY par friction avant fusion de la matrice, puis par collage après fusion de la matrice. Les figures 6 et 7 illustrent un velours chaîne, respectivement avant et après la coupe des fils de poil. Les fils de trame 12 sont perpendiculaires à la feuille et représentés en coupe, tandis que les fils de chaine 11 sont parallèles à la feuille et représentés dans leur longueur. Les fils de poil 21 sont parallèles aux fils de chaine 11 et représentés par des hachures dans la figure 6 sous la forme de fils continus. Dans ce procédé, les boucles sont créées avec les fils de poil 21 à l’aide de conformateurs, appelés des duites de fer 3, positionnés dans le sens de la trame à intervalles définis. Les fils de poil 21 sont représentés dans la figure 7 coupés sous la forme de fils transversaux, qui se redressent sensiblement perpendiculairement à l’armure de fond dans l’axe Z, sont ouverts en cône de brossage et forment les poils du velours. La figure 7 montre clairement que chaque boucle forme deux poils, maintenus très serrés entre deux fils de trame 12 ayant pour effet de les bloquer mécaniquement dans le plan XY.
Les figures 2 et 3 illustrent deux exemples de réalisation du matériau composite de l’invention. Dans la figure 2, le matériau composite est constitué d’un empilage de renforts textiles tridimensionnels 3D alternés avec des renforts textiles bidimensionnels 2D. L’alternance peut être : une couche 2D suivie d’une couche 3D et ainsi de suite, terminée par une couche 2D, comme illustré dans la figure 2, ou selon toute autre alternance non illustrée, le premier renfort textile et le dernier renfort textile étant une couche 2D pour éviter la présence de poils et de matrice thermofusible sur les faces externes du matériau composite constituant sa face avant et sa face arrière. Plus précisément, les renforts textiles 2D sont constitués d’une toile simple, une toile nattée 2/2, un sergé, un satin, ou tout autre motif équivalent, et les renforts textiles 3D sont constitués d’un velours double face.
Dans la figure 3, le matériau composite est constitué d’un empilage de renforts textiles tridimensionnels 3D uniquement, tel qu’un velours double face. Dans ce cas, le premier renfort textile et le dernier renfort textile peuvent être constitués de couches 2D comme dans l’exemple de la figure 2, ou des couches 3D sous la forme d’un velours simple face, les poils étant tournés vers l’intérieur du matériau composite. La conception du matériau composite selon l’invention permet d’envisager de multiples variantes de réalisation et ainsi d’adapter la protection balistique et ses performances au cahier des charges fixé. Il est en outre possible de créer des structures à gradient de performances, en faisant évoluer les caractéristiques des renforts textiles dans l’épaisseur du matériau composite, telles que le titre des fils de chaine, des fils de trame et/ou des fils de poil, la densité des fils de chaine et des fils de trame, la densité des fils de poil, la quantité de matrice thermofusible dans les poils pour varier la porosité des renforts textiles, le type de tissage de l’armure de fond, etc. Le but de ces structures à gradient de performances est de faire varier les propriétés physiques du matériau composite dans son épaisseur entre sa face avant recevant l’impact et sa face arrière contre le soldat, telles que le module de rigidité, la résistance à la compression, la résistance inter-laminaire, la dissipation de l’énergie, etc. Il est également possible d’ajouter au matériau composite obtenu, une ou plusieurs couches additionnelles apportant des fonctions complémentaires, telles qu’une couche de gel antitraumatisme sur la face arrière contre le soldat, une couche en matériau dur en face avant pour fragmenter le projectile, telle qu’une plaque en acier ou en céramique, sans que ces exemples ne soient limitatifs.
La présente invention n'est bien entendu pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier dans la limite des revendications annexées. Elle n’est pas limitée non plus au domaine technique des protections balistiques et s’étend à tout domaine technique nécessitant une protection contre les impacts, les coups, les coupures, etc. comme un carter de réacteur, des aubes de turbine, une coiffe de missile, etc. sans que ces exemples ne soient limitatifs. L’invention s’étend également à tout autre domaine technique nécessitant de renforcer une structure quelconque ou une jonction entre des éléments assemblés. En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes décrits ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d’entre elles, combinées entre elles.

Claims

Revendications
1. Renfort textile pour fabriquer tout ou partie d’un matériau composite, ledit renfort textile comportant un complexe textile réalisé en trois dimensions 3D, défini par une surface principale en deux dimensions XY et une épaisseur formant la troisième dimension en Z, l’épaisseur dudit complexe textile 3D étant obtenue par des fils transversaux s’étendant des deux côtés de ladite surface principale, caractérisé en ce que ledit renfort textile comporte en outre une matrice thermofusible (2) contenue dans au moins une partie desdits fils transversaux.
2. Renfort textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice thermofusible représente 2% à 35% en masse du complexe textile 3D.
3. Renfort textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice thermofusible représente 10% à 95% en masse de ladite au moins une partie des fils transversaux.
4. Renfort textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice thermofusible est intégrée dans lesdits fils transversaux par un procédé choisi dans le groupe comprenant le craquage, le filage, le poudrage, le retordage, le guipage, l’enduction.
5. Renfort textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice thermofusible se présente dans une forme choisie dans le groupe comprenant des filaments, fibres courtes ou longues, particules, poudre, enduit, revêtement, et est obtenue dans une matière thermofusible choisie dans le groupe comprenant les polyéthylènes, polyamides et co-polyamides, polyesthers et co-polyesthers, polyuréthanes thermoplastiques, co-polymères à blocs styrènes type styrène butadiène styrène et dérivés, les époxy thermoplastiques, des élastomères thermoplastiques ou une combinaison de tout ou partie de ces matières.
6. Renfort textile selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le complexe textile 3D est constitué d’un velours double face, comportant une armure de fond tissée à partir de fils de chaine et de fils de trame, sur laquelle sont fixés des fils de poil, placés en chaine ou en trame, formant des boucles qui sont ensuite coupées et brossées ou émerisées, pour créer lesdits fils transversaux sous la forme de poils.
7. Renfort textile selon la revendication 6, caractérisé en ce que le titre des fils de poil est inférieur au titre des fils de chaine et des fils de trame dans un rapport compris entre 0,1 à 0,6.
8. Renfort textile selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface massique du velours est comprise entre 200 et 600 g/m2, et en ce que la densité de fils de poil par unité de surface dudit velours est comprise entre 10 à 200 fils/cm2.
9. Renfort textile selon la revendication 6, caractérisé en ce que la hauteur des poils est comprise entre 0,1 et 1,5mm.
10. Renfort textile selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fils de chaine, les fils de trame et les fils de poil sont choisis dans le groupe comprenant les matières suivantes : aramide, lin, polyester, carbone, verre, basalte, viscose, polyamide, polyéthylène, quartz, polymères à cristaux liquides (LCP), poly(p-phénylène-2,6- benzobisoxazole) (PBO), ou une combinaison de tout ou partie de ces matières.
11. Matériau composite (10) comportant un empilement de renforts textiles (1, 1’) liés entre eux par une matrice thermofusible (2) après assemblage sous pression à chaud, caractérisé en ce qu’au moins une partie des renforts textiles (1) correspond au renfort textile selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, et en ce que, lors de l’assemblage sous pression à chaud, lesdits renforts textiles (1) se lient entre eux dans les trois dimensions XYZ par les fils transversaux qui contiennent la matrice thermofusible (2), s’interpénétrent entre eux et aux renforts textiles adjacents, et s’aplatissent sous la pression pour former une couche d’interface entre les renforts textiles, ayant pour effet de consolider ledit matériau composite (10) en permettant une continuité fibreuse et un ancrage mécanique entre lesdits renforts textiles.
12. Matériau composite selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’au moins une autre partie des renforts textiles (1’) est constituée d’un complexe textile en deux dimensions 2D, défini par une surface principale en deux dimensions XY, et en ce que l’empilage des renforts textiles (1, 1’) est obtenu en combinant des complexes textiles 2D et des complexes textiles 3D.
13. Matériau composite selon l’une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les renforts textiles (1, 1’) dits externes, formant respectivement la face avant et la face arrière dudit matériau composite (10) sont constitués d’un complexe textile 2D ou d’un complexe textile 3D simple face pourvu de fils transversaux d’un seul côté, et en ce que les renforts textiles (1, 1’) dits internes situés entre la face avant et la face arrière dudit matériau composite (10), sont constituées d’un complexe textile 3D double face pourvu de fils transversaux des deux côtés, ou d’une alternance d’un complexe textile 3D et d’un complexe textile 2D.
14. Matériau composite selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu’il comporte une structure textile à gradient de performances, dans laquelle tout ou partie des renforts textiles (1, 1’) présentent des caractéristiques différentes pour varier les propriétés mécaniques dudit matériau composite dans son épaisseur entre sa face avant et sa face arrière.
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