WO2006053978A1 - Produit de renforcement aere et procede pour sa realisation - Google Patents

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WO2006053978A1
WO2006053978A1 PCT/FR2005/002833 FR2005002833W WO2006053978A1 WO 2006053978 A1 WO2006053978 A1 WO 2006053978A1 FR 2005002833 W FR2005002833 W FR 2005002833W WO 2006053978 A1 WO2006053978 A1 WO 2006053978A1
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reinforcing
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Gilbert Chomarat
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Gilbert Chomarat
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Definitions

  • the present invention relates to an improvement made to thick textile reinforcement used for the production of composite materials, that is to say of resin-based articles (polyester or other) armed with a textile web. reinforcement.
  • the reinforcing structures used in the field of composites are, for example, fabrics, textile grids, nonwovens, or combinations of such elements.
  • a first necessary characteristic of these textile frames, when it is desired to produce elements such as vehicle bodies, pleasure boats, tanks, is that they have a high thickness in order to give composite materials a high degree of rigidity, in particular thanks to their thick.
  • the French patent FR 2,646,442 describes a textile reinforcement constituted by at least two textile reinforcement layers themselves, arranged on either side of a central layer giving the thickness to said material, and characterized by the fact that that said central layer is a mattress made by carding synthetic fibers, for example polyester, of high unitary title, and which have received prior to their mattress forming a treatment imparting to them a corrugation or permanent crinkling, the different layers being linked together by sewing / knitting.
  • one of the drawbacks of the product obtained lies in the fact that the bonding seams of the various layers between them limit the production of structures of complex shape obtained by molding, for example according to the techniques known as “injection molding with injection molding. “or” vacuum molding ".
  • injection molding with injection molding or
  • vacuum molding or the connection seams of the different layers between them introduce irregularities in the deformation capacities, limit the deformation capacities of the textile reinforcement before molding, and can lead to defects in surface appearance of the composite material after molding .
  • patent EP 0 659 922 proposes an improvement consisting in covering at least one of the textile reinforcing layers with a fibrous web based on chemical fibers, and in ensuring the cohesion of the different layers by needling.
  • the document EP 0 694 643 proposes to improve the surface condition of the composite material comprising a reinforcement such as that described in patent FR 2,646,442, and furthermore proposes to adapt certain technical characteristics such as the dimensional stability of the product. or the possibility of deformation, depending on the applications into which such a material enters.
  • the multilayer nature of the above reinforcements, as well as the irregularities of their deformation capacity before molding, are substantial disadvantages. Indeed, the fact that the frame has several layers requires to provide suitable means to ensure the cohesion between them of different layers. And whatever these connecting means, they always lead to limit and / or disturb the deformation capacity of the armature, thus making it poorly suited to use in injection molding techniques or by molding under empty, since leading to defects of the composite material after molding.
  • the intermediate layer of the above reinforcements is free of reinforcing fibers, so that the resin is not reinforced in this intermediate layer, and is a zone of lower mechanical strength and may contain bubbles, to crack.
  • WO 2005/049906 A1 published after the priority date, discloses a thin coherent bonding web, composed of co-melded filaments of glass and thermoplastic material processed in a card, and glued by hot pressing on a support.
  • the problem proposed by the present invention is to obtain a textile reinforcement having a sufficient thickness and giving the composite material satisfactory rigidity properties after molding, having a regular bending deformation capacity, having great flexibility for be deformed and placed effectively in a mold before injection, and having a coherence and satisfactory holding for necessary manipulations before molding.
  • the invention also aims to design such a frame that can be manufactured economically by industrial processes.
  • the invention proposes a reinforcing product that can be used for producing composite materials, comprising an aerated mattress based on first sections of filaments made of a first type of synthetic material, oriented, having previously received mattresses a treatment imparting them a permanent curling; according to the invention:
  • the first sections of filaments are monobrins of high unitary titre
  • said mattress further comprises at least second sections of filaments made of a second type of synthetic material of an oriented thermoplastic nature, having a melting point lower than that of the first sections of filaments in a first type of synthetic material,
  • said mattress further comprises sections of filaments of reinforcing fibers,
  • the sections of filaments partially adhere to each other by the second sections of filaments in a second type of thermoplastic synthetic material.
  • the reinforcing product is constituted substantially homogeneously in a single relatively thick main layer, for example about 3 cm thick, and has an internal cohesion that does not require additional methods of bonding with added material, or sewing / knitting.
  • the resin flows easily between the single strands which themselves maintain the permeability due to their elasticity and their crimp which separate the filaments from each other.
  • At least some of the first sections of permanently crimped filaments within the reinforcing product may advantageously have a state of partial compression giving them elastic deformation or prestressing. This improves the consistency and strength of the frame before molding, while maintaining the flexibility and regularity of bending.
  • the first sections of monofilament filaments permanently crimped can advantageously have a linear density of 50 to 150 decitex, preferably 70 to 140 decitex.
  • the material of the second sections of filaments into a second type of synthetic material of thermoplastic nature can be chosen from the group comprising polyester, polyolefins, polyamides, polyacrylonitriles, polyethylene, polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate.
  • the sections of filaments of reinforcing fibers may comprise sections of glass filaments.
  • the sections of reinforcing fiber filaments may comprise sections of natural filaments such as Hn, hemp, sisal, jute, or wool.
  • the sections of mixed fiber filaments may be advantageous to introduce in the mixture sections of mixed fiber filaments which serve as both sections of reinforcing fiber filaments and second sections of filaments of a second type of synthetic material of thermoplastic nature.
  • the sections of mixed fiber filaments come from co-mixed mixed yarns composed of glass filaments and filaments of an organic thermoplastic material having a lower melting temperature than the first sections of filaments of the first type of synthetic material. This reduces the number of fibers that must be assembled in the mixture at the base of the product, and this simplifies the development.
  • At least one external reinforcing layer may be affixed to at least one of the faces of the reinforcing product.
  • the outer reinforcing layer may be a web of continuous and parallel son.
  • the outer reinforcing layer is a fiber fabric oriented in at least two directions, or a finishing veil.
  • the invention proposes a process for producing a reinforcing product as defined above; the method comprises the following steps: a) preparing a homogeneous mixture of first sections of filaments in a first type of synthetic material, second sections of filaments in a second type of synthetic material having a thermoplastic nature and having a lower melting temperature than first sections of filaments in a first type of synthetic material, and sections of reinforcing fiber filaments, b) treating this mixture of sections of filaments in a card to produce an orientation of the sections of filaments and thus forming an oriented mattress, c ) heating the resulting oriented mattress to make the second filament sections adhesive to a second type of thermoplastic material of lower melting temperature, d) cooling the mattress.
  • the method may comprise an intermediate step of compressing the constituents by reducing the thickness of the mattress and maintaining this reduction in thickness, during or following the heating step c), and this until in step d) of cooling.
  • an intermediate step of compressing the constituents by reducing the thickness of the mattress and maintaining this reduction in thickness, during or following the heating step c), and this until in step d) of cooling.
  • steps b) of carding and c) of heating it is possible, between steps b) of carding and c) of heating, to provide an intermediate step during which at least one external reinforcing layer is applied to at least one of the faces of the mattress.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating a reinforcement product structure according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 schematically illustrates an embodiment of manufacturing plant of the reinforcing product according to Figure 1;
  • FIG. 3 is a sectional side view partially illustrating the reinforcing product manufacturing facility according to the embodiment of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a sectional side view partially illustrating the manufacturing facility during manufacture of the reinforcing product according to Figure 5; and FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating a reinforcement product structure according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 schematically illustrates a manufacturing facility of a reinforcing product according to an embodiment of the present invention.
  • This installation firstly comprises a reserve 1 of first sections of filaments 1a in a first type of synthetic material, as well as a reserve 2 of second sections of filaments 2a in a second type of synthetic material having a thermoplastic nature having a temperature of less melting than that of the first sections of filaments 1a in the first type of synthetic material.
  • the installation further comprises a reserve 20 of sections of reinforcing fiber filaments 20a.
  • the first sections of filaments 1a in the first type of synthetic material are monobrins of high unitary title, having received a prior treatment giving them a permanent crimp.
  • the linear density of these first sections of filaments 1a may advantageously be between 50 and 150 dTex.
  • a mechanical card 3 may be used such as those conventionally used in the textile industry, comprising a rotating cylinder equipped with teeth or needles. which rotate in front of workers to drive the filament sections by painting them, thereby producing a continuous mattress 4 in which the filament sections 1a, 2a and 20a are preferably oriented in the longitudinal direction 11 of the mattress 4.
  • a pneumatic card can be used, generating a flow of air which directs the sections of filaments by painting them.
  • the mattress 4 is then heated by a heating device 6.
  • the heating temperature is sufficient to give adhesive properties to the second sections of filaments 2a in a second type of synthetic material of a thermoplastic nature contained in FIG. the mattress 4 of fibers.
  • the temperature is advantageously chosen only slightly lower than the melting temperature of the second filament sections 2a in a second type of synthetic material of thermoplastic nature, whose melting temperature is lower than that of the first sections of filaments 1a in the first type of filament. synthetic material.
  • synthetic material For example, for polyethylene, a temperature of about 120 ° C-140 ° C will be selected.
  • a coherent mattress 5 is collected whose internal cohesion is ensured by the adhesion of the second sections of filaments 2a to a second type of synthetic material of a thermoplastic nature.
  • the constituents of the coherent mat can then be allowed to cool to ambient air.
  • a cooling device 7 for cooling the constituents and immobilizing the second sections of filaments 2a in a second type of synthetic material of a thermoplastic nature, thereby freezing the dimensional characteristics of finished textile reinforcement 8.
  • the melting temperatures of the first sections of filaments 1a in a first type of synthetic material and sections of reinforcing fiber filaments 20a are higher than that of the second sections of filaments 2a in a second type of synthetic material with a thermoplastic nature.
  • first sections of filaments 1a in a first type of synthetic material and the sections of reinforcing fiber filaments 20a do not undergo any transformation during heating of the mattress 4 at a temperature slightly lower than the melting temperature of the second filament sections 2a in one second type of thermoplastic synthetic material.
  • the first sections of filaments 1a in a first type of synthetic material retain all their properties (of shape, of elasticity, etc.) and confer on the coherent mattress 5 an airy and elastic structure, resulting from their permanent crimping.
  • the sections of reinforcing fiber filaments also retain all their properties (shape, strength, etc.) and give the coherent mattress a certain endurance.
  • This elastic structure is advantageous in a molding process where large deformation capacities are required of the reinforcing product.
  • the aerated structure of the textile reinforcement allows an easier and more homogeneous distribution of an injected resin for example during the molding of the finished textile reinforcement 8 to obtain a reinforced composite.
  • a textile reinforcement having a sufficient thickness and a suitable distribution of reinforcing fibers is also obtained to give the composite material satisfactory rigidity properties after molding.
  • the textile reinforcement has a capacity of deformation by regular bending, a great flexibility to be deformed and placed efficiently in a mold before injection, and has a satisfactory coherence for the necessary manipulations before molding.
  • the material of the second sections of filaments 2a in a second type of synthetic material of thermoplastic nature is chosen from the group comprising polyester, polyolefins, polyamides, polyacrylonitriles and polyethylene. polyethylene terephthalate, or polybutylene terephthalate.
  • the sections of reinforcing fiber filaments 20a comprise sections of glass filaments.
  • sections of reinforcing fiber filaments 20a comprise sections of natural filaments such as the linen, hemp, sisal, jute, or wool, in addition to or instead of sections of glass filaments.
  • compression means 9a and 9b located after the heating device 6 and located just before the cooling device 7 are provided.
  • the mattress 4 coming from the card 3 is heated, then is subjected by pressing means 9a and 9b a partial compression of the constituents by reducing the thickness of the mattress, followed by cooling.
  • the filament sections 1a, 2a and 20a may thus have a partial compression state resulting from the reduction in thickness of the mattress 4 by the pressing means 9a and 9b.
  • the partial compression of the permanent crimp filament sections 1a can be performed between the carding step and the heating step, by performing a hydraulic or mechanical needling.
  • the partial compression of the sections of filaments 1a with permanent crimping gives them an elastic deformation or elastic prestress whose existence can be seen in the finished reinforcement product: the prestressed unitary filaments tend to elastically relax when they are separated from the adjacent filaments, for example by cutting.
  • Figure 4 is schematically illustrated a variant of the embodiment of Figure 3, wherein on the upper face of the mattress 4 is applied an outer reinforcing layer 10 which is then made adherent to the mattress 4 by heating and compression.
  • the outer reinforcing layer 10 may advantageously be a sheet of continuous and parallel threads.
  • the outer reinforcing layer 10 may be a fiber fabric oriented in at least two directions.
  • FIG. 5 which illustrates in perspective on a larger scale, the structure of the finished textile reinforcement 8, formed of sections of filaments 1a, 2a and 20a that are carded, preferably oriented in the longitudinal direction 11, and comprising on its upper face the outer reinforcing layer 10.
  • the pressing means 9a and 9b provide a compression of the constituents by reducing the the thickness of the mattress 4 and the maintenance of this reduction in thickness to the cooling device 7.
  • the pressing means 9a and 9b also ensure the plating of the layer external reinforcement 10 against the mattress 4. They can also be heated to ensure heating of the assembly to a temperature ensuring sufficient softening and adhesion of the second sections of filaments 2a in a second type of thermoplastic contained thermoplastic material in the composite fibers constituting the mattress 4.
  • warming can be provided by hot sources such as infrared radiation sources upstream of the rollers, and the rollers 9a and 9b compress the constituents without heating them.
  • the external reinforcing layer 10 adheres to the coherent mattress 5, and the filament sections 1a, 2a and 20a also adhere to each other.
  • the mixed fiber sections may be advantageous to introduce into the mixture sections of mixed fiber filaments which serve as both sections of reinforcing fiber filaments 20a and second sections of filaments 2a.
  • a second type of thermoplastic synthetic material come from co-mixed mixed yarns composed of glass filaments and filaments of another organic thermoplastic material having a lower melting temperature than the first sections of filaments 1a in a first type of synthetic material.
  • the card 3 is powered by only two reserves of wire sections.
  • the reinforcement product thus obtained is sufficiently homogeneous and coherent to allow control of its handling and its deformations when used in injection molding techniques or by vacuum molding, and to avoid defects in the composite material. after molding.
  • EXAMPLE 1 Carded complex comprising:
  • Carded complex comprising:

Landscapes

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Abstract

Le produit de renforcement, utilisé pour la réalisation de matériaux composites, est un matelas contenant des premiers tronçons de filaments (1a) en un premier type de matière synthétique, orientés, ayant reçu préalablement à leur mise sous forme de matelas un traitement leur communiquant une frisure permanente, des seconds tronçons de filaments (2a) en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique, ainsi que des tronçons de filaments de fibres de renfort (20a). Les seconds tronçons de filaments (2a) en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique ont une température de fusion inférieure à celle des premiers tronçons de filaments (1 a) en un premier type de matière synthétique. Les tronçons de filaments adhèrent partiellement les uns aux autres par les seconds tronçons de filaments (2a) en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique.

Description

PRODUIT DE RENFORCEMENT AERE ET PROCEDE POUR
SA REALISATION
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux armatures textiles épaisses utilisées pour la réalisation de matériaux composites, c'est-à-dire d'articles à base de résine (polyester ou autre) armés d'une nappe textile de renforcement.
A ce jour, en fonction des applications et des caractéristiques recherchées, les structures de renforcement utilisées dans le domaine des composites sont par exemple des tissus, des grilles textiles, des non tissés, ou des combinaisons de tels éléments.
Une première caractéristique nécessaire de ces armatures textiles, lorsque l'on souhaite réaliser des éléments tels que carrosseries de véhicules, bateaux de plaisance, citernes, est qu'elles présentent une forte épaisseur afin de conférer aux matériaux composites une grande rigidité grâce notamment à leur forte épaisseur.
Ainsi, le brevet français FR 2 646 442 décrit une armature textile constituée par au moins deux couches de renfort textile proprement dites, disposées de part et d'autre d'une couche centrale donnant l'épaisseur audit matériau, et se caractérisant par le fait que ladite couche centrale est un matelas réalisée par cardage de fibres synthétiques, par exemple en polyester, de titre unitaire élevé, et qui ont reçu préalablement à leur mise sous forme de matelas un traitement leur communiquant une ondulation ou frisure permanente, les différentes couches étant liées entre elles par couture/tricotage.
Cependant, l'un des inconvénients du produit obtenu réside dans le fait que les coutures de liaison des différentes couches entre elles limitent la réalisation de structures de forme complexe obtenues par moulage, par exemple selon les techniques dites par "moulage à la presse avec injection" ou "moulage sous vide". En effet, les coutures de liaison des différentes couches entre elles introduisent des irrégularités dans les capacités de déformation, limitent les capacités de déformation de l'armature textile avant moulage, et peuvent conduire à des défauts d'aspect de surface du matériau composite après moulage.
Pour remédier à ces risques de défauts d'aspect de surface, le brevet EP 0 659 922 propose une amélioration consistant à recouvrir au moins une des couches de renfort textile d'un voile fibreux à base de fibres chimiques, et à assurer la cohésion des différentes couches par aiguilletage. Le document EP 0 694 643 propose d'améliorer l'état de surface du matériau composite comportant une armature telle que celle décrite dans le brevet FR 2 646 442, et propose en outre d'adapter certaines caractéristiques techniques telles que la stabilité dimensionnelle du produit ou encore la possibilité de déformation, en fonction des applications dans lesquelles rentre un tel matériau. Pour ce faire, à l'armature textile faisant l'objet du brevet FR 2 646 442, est ajouté un voile de fibre synthétique au moins contre l'une des faces externes du complexe, la liaison du voile étant réalisée soit par collage à l'extérieur de l'armature textile, soit par l'intermédiaire des coutures liant les différentes couches de l'armature textile entre elles.
Le caractère multicouche des armatures ci-dessus, ainsi que les irrégularités de leur capacité de déformation avant moulage, sont des inconvénients substantiels. En effet, le fait que l'armature possède plusieurs couches oblige à prévoir des moyens adaptés pour assurer la cohésion entre elles des différentes couches. Et quels que soient ces moyens de liaison, ils conduisent toujours à limiter et/ou perturber les capacités de déformation de l'armature, la rendant ainsi mal adaptée à une utilisation dans des techniques par moulage à la presse avec injection ou encore par moulage sous vide, puisque conduisant à des défauts du matériau composite après moulage. En outre, la couche intermédiaire des armatures ci-dessus est dépourvue de fibres d'armature, de sorte que la résine n'est pas armée dans cette couche intermédiaire, et constitue une zone à plus faible résistance mécanique et susceptible de contenir des bulles, de se fissurer.
Le document WO 2005/049906 A1 , publié après la date de priorité, décrit un voile de liaison cohérent mince, composé de filaments co-mêlés de verre et de matière thermoplastique traités dans une carde, et collé par pression à chaud sur un support.
EXPOSE DE L'INVENTION Le problème proposé par la présente invention est d'obtenir une armature textile ayant une épaisseur suffisante et conférant au matériau composite des propriétés de rigidité satisfaisantes après moulage, ayant une capacité de déformation par flexion régulière, ayant une grande souplesse pour être déformée et placée efficacement dans un moule avant injection, et ayant une cohérence et une tenue satisfaisantes pour des manipulations nécessaires avant moulage. L'invention vise en outre à concevoir une telle armature qui puisse être fabriquée de manière économique par des processus industriels. Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention propose un produit de renforcement utilisable pour la réalisation de matériaux composites, comportant un matelas aéré à base de premiers tronçons de filaments en un premier type de matière synthétique, orientés, ayant reçu préalablement à leur mise sous forme de matelas un traitement leur communiquant une frisure permanente ; selon l'invention :
- les premiers tronçons de filaments sont des monobrins de titre unitaire élevé,
- ledit matelas comporte en outre au moins des seconds tronçons de filaments en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique, orientés, ayant une température de fusion inférieure à celle des premiers tronçons de filaments en un premier type de matière synthétique,
- ledit matelas comporte en outre des tronçons de filaments de fibres de renfort,
- les tronçons de filaments adhèrent partiellement les uns aux autres par les seconds tronçons de filaments en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique.
Ainsi, le produit de renforcement est constitué sensiblement de façon homogène en une seule couche principale relativement épaisse, par exemple de 3 cm d'épaisseur environ, et présente une cohésion interne ne nécessitant pas de procédés annexes de collage par une matière ajoutée, ou encore de couture/tricotage. Lors d'un surmoulage d'un tel produit de renforcement, la résine flue aisément entre les monobrins qui eux-mêmes maintiennent la perméabilité grâce à leur élasticité et leur frisure qui écartent les filaments les uns des autres.
Certains au moins des premiers tronçons de filaments à frisure permanente au sein du produit de renforcement peuvent avantageusement présenter un état de compression partielle leur conférant une déformation ou précontrainte élastique. On améliore ainsi la cohérence et la tenue de l'armature avant moulage, tout en conservant la souplesse et la régularité de flexion.
Les premiers tronçons de filaments en monobrins à frisure permanente peuvent avantageusement présenter une masse linéique de 50 à 150 décitex, de préférence de 70 à 140 décitex.
La matière des seconds tronçons de filaments en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique peut être choisie dans le groupe comprenant le polyester, les polyoléfines, les polyamides, les polyacrylonitriles, le polyéthylène, le polyéthylène téréphtalate, le polybutylène téréphtalate. Selon un mode de réalisation avantageux, les tronçons de filaments de fibres de renfort peuvent comprendre des tronçons de filaments de verre. En alternative ou en complément, les tronçons de filaments de fibres de renfort peuvent comprendre des tronçons de filaments naturels tels que le Hn, le chanvre, le sisal, la jute, ou encore la laine.
Il peut être avantageux d'introduire dans le mélange des tronçons de filaments de fibres mixtes qui tiennent lieu à la fois de tronçons de filaments de fibres de renfort et de seconds tronçons de filaments d'un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique. Les tronçons de filaments de fibres mixtes proviennent de fils mixtes co-mêlés composés de filaments de verre et de filaments d'une matière thermoplastique organique ayant une température de fusion inférieure à celle des premiers tronçons de filaments en premier type de matière synthétique. Cela diminue le nombre de fibres qu'il faut assembler dans le mélange à la base du produit, et cela en simplifie donc l'élaboration.
Dans une réalisation avantageuse, au moins une couche externe de renforcement peut être apposée sur l'une au moins des faces du produit de renforcement.
Par exemple, la couche externe de renforcement peut être une nappe de fils continus et parallèles.
Il est aussi envisageable que la couche externe de renforcement soit un tissu à fibres orientées selon au moins deux directions, ou un voile de finition. Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de réalisation d'un produit de renforcement tel que défini ci-dessus ; le procédé comprend les étapes suivantes : a) préparer un mélange homogène de premiers tronçons de filaments en un premier type de matière synthétique, de seconds tronçons de filaments en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique et à température de fusion inférieure à celle des premiers tronçons de filaments en un premier type de matière synthétique, et de tronçons de filaments de fibres de renfort, b) traiter ce mélange de tronçons de filaments dans une carde pour produire une orientation des tronçons de filaments et former ainsi un matelas orienté, c) chauffer le matelas orienté obtenu afin de rendre adhésifs les seconds tronçons de filaments en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique à plus faible température de fusion, d) refroidir le matelas.
De préférence, le procédé peut comprendre une étape intermédiaire de compression des constituants par réduction de l'épaisseur du matelas et maintien de cette réduction d'épaisseur, pendant ou à la suite de l'étape c) d'échauffement, et ce jusqu'à l'étape d) de refroidissement. On favorise ainsi, par cette compression partielle, le rapprochement des tronçons de filaments les uns contre les autres, et donc l'adhésion des tronçons de filaments les uns aux autres.
On peut éventuellement, entre les étapes b) de cardage et c) d'échauffement, prévoir une étape intermédiaire au cours de laquelle est appliquée au moins une couche externe de renforcement sur au moins une des faces du matelas.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective illustrant une structure de produit de renforcement selon un premier mode de réalisation de la présente invention ;
- la figure 2 illustre schématiquement un mode de réalisation d'installation de fabrication du produit de renforcement selon la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue de côté en coupe illustrant partiellement l'installation de fabrication de produit de renforcement selon le mode de réalisation de la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue de côté en coupe illustrant partiellement l'installation de fabrication lors de la fabrication du produit de renforcement selon la figure 5 ; et - la figure 5 est une vue schématique en perspective illustrant une structure de produit de renforcement selon un second mode de réalisation de la présente invention.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES On se réfère tout d'abord à la figure 2, qui illustre schématiquement une installation de fabrication d'un produit de renforcement selon un mode de réalisation de la présente invention.
Cette installation comprend tout d'abord une réserve 1 de premiers tronçons de filaments 1a en un premier type de matière synthétique, ainsi qu'une réserve 2 de seconds tronçons de filaments 2a en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique ayant une température de fusion inférieure à celle des premiers tronçons de filaments 1a en premier type de matière synthétique. L'installation comporte en outre une réserve 20 de tronçons de filaments de fibres de renfort 20a.
Les premiers tronçons de filaments 1a en premier type de matière synthétique sont des monobrins de titre unitaire élevé, ayant reçu un traitement préalable leur communiquant une frisure permanente. La masse linéique de ces premiers tronçons de filaments 1a peut avantageusement être comprise entre 50 et 150 dTex.
Les trois réserves 1 , 2 et 20 de tronçons de filaments alimentent ensuite de manière appropriée une carde 3. On peut utiliser une carde 3 mécanique telle que celles qui sont traditionnellement utilisées dans l'industrie textile, comprenant un cylindre rotatif équipé de dents ou aiguilles qui tournent face à des travailleurs pour entraîner les tronçons de filaments en les peignant, produisant ainsi en sortie un matelas 4 continu dans lequel les tronçons de filaments 1a, 2a et 20a sont préférentiellement orientés dans le sens longitudinal 11 de défilement du matelas 4.
En alternative, on peut utiliser une carde pneumatique, générant un flux d'air qui oriente les tronçons de filaments en les peignant.
Dans la réalisation de la figure 2, le matelas 4 est ensuite chauffé par un dispositif de chauffage 6. La température de chauffage est suffisante pour donner des propriétés adhésives aux seconds tronçons de filaments 2a en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique contenus dans le matelas 4 de fibres. La température est avantageusement choisie seulement légèrement inférieure à la température de fusion des seconds tronçons de filaments 2a en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique, dont la température de fusion est moins élevée que celle des premiers tronçons de filaments 1a en premier type de matière synthétique. Par exemple, pour le polyéthylène, on choisira une température d'environ 120°C-140°C.
En sortie du dispositif de chauffage 6, on recueille un matelas cohérent 5 dont la cohésion interne est assurée par l'adhésion des seconds tronçons de filaments 2a en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique.
On peut ensuite laisser les constituants du matelas cohérent 5 se refroidir à l'air ambiant.
De préférence, en aval du dispositif de chauffage 6, on prévoit un dispositif refroidisseur 7 permettant de refroidir les constituants et figer les seconds tronçons de filaments 2a en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique, figeant par la même occasion les caractéristiques dimensionnelles de l'armature textile finie 8.
Les températures de fusion des premiers tronçons de filaments 1a en un premier type de matière synthétique et des tronçons de filaments de fibres de renfort 20a étant plus élevées que celle des seconds tronçons de filaments 2a en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique, les premiers tronçons de filaments 1 a en un premier type de matière synthétique et les tronçons de filaments de fibres de renfort 20a ne subissent aucune transformation lors du chauffage du matelas 4 à une température légèrement inférieure à la température de fusion des seconds tronçons de filaments 2a en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique.
Ainsi, les premiers tronçons de filaments 1 a en un premier type de matière synthétique conservent, toutes leurs propriétés (de forme, d'élasticité, ... ) et confèrent au matelas cohérent 5 une structure aérée et élastique, résultant de leur frisure permanente. Les tronçons de filaments de fibres de renfort conservent aussi toutes leurs propriétés (de forme, de résistance, ...) et confèrent au matelas cohérent 5 une certaine endurance.
Cette structure élastique est avantageuse dans un procédé de moulage où de grandes capacités de déformation sont exigées du produit de renforcement.
En outre, la structure aérée de l'armature textile permet une répartition plus facile et plus homogène d'une résine injectée par exemple lors du moulage de l'armature textile finie 8 pour l'obtention d'un composite renforcé.
Par ce procédé, on obtient aussi une armature textile ayant une épaisseur suffisante et une répartition appropriée de fibres de renfort pour conférer au matériau composite des propriétés de rigidité satisfaisantes après moulage. L'armature textile a une capacité de déformation par flexion régulière, une grande souplesse pour être déformée et placée efficacement dans un moule avant injection, et possède une cohérence satisfaisante pour les manipulations nécessaires avant moulage.
On pourra se référer à la figure 1 , qui illustre en perspective à plus grande échelle la structure de l'armature textile finie 8, formée de tronçons de filaments 1 a, 2a et 20a cardés, orientés préférentiellement dans le sens longitudinal 1 1 .
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, la matière des seconds tronçons de filaments 2a en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique est choisie dans le groupe comprenant le polyester, les polyoléfines, les polyamides, les polyacrylonitriles, le polyéthylène, le polyéthylène téréphtalate, ou encore le polybutylène téréphtalate.
Dans ce même mode de réalisation illustré sur la figure 2, on peut en outre prévoir que les tronçons de filaments de fibres de renfort 20a comprennent des tronçons de filaments de verre.
Il peut être avantageux de prévoir que les tronçons de filaments de fibres de renfort 20a comprennent des tronçons de filaments naturels tels que le lin, le chanvre, le sisal, la jute, ou encore la laine, en complément ou à la place des tronçons de filaments de verre.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, on prévoit des moyens de compression 9a et 9b situés après le dispositif de chauffage 6 et situés juste avant le dispositif refroidisseur 7. Ainsi, le matelas 4 issu de la carde 3 est chauffé, puis subit par des moyens presseurs 9a et 9b une compression partielle des constituants par réduction de l'épaisseur du matelas, suivie d'un refroidissement. Le pressage des constituants une fois chauffés au sein du matelas
4 permet une meilleure adhésion des tronçons de filaments 1 a, 2a et 20a les uns aux autres, tout en conservant un caractère aéré ou poreux.
Les tronçons de filaments 1 a, 2a et 20a peuvent ainsi présenter un état de compression partielle provenant de la réduction d'épaisseur du matelas 4 par les moyens presseurs 9a et 9b.
En alternative ou en complément, la compression partielle des tronçons de filaments 1a à frisure permanente peut être réalisée, entre l'étape de cardage et l'étape d'échauffement, en effectuant un aiguilletage hydraulique ou mécanique.
La compression partielle des tronçons de filaments 1a à frisure permanente leur confère une déformation élastique ou précontrainte élastique dont l'existence peut être constatée dans le produit de renforcement fini : les filaments unitaires précontraints tendent à se détendre élastiquement lorsqu'on les sépare du ou des filaments adjacents, par exemple par découpe.
Sur la figure 4 est illustrée schématiquement une variante du mode de réalisation de la figure 3, selon laquelle sur la face supérieure du matelas 4 est appliquée une couche externe de renforcement 10 qui est ensuite rendue adhérente au matelas 4 par le chauffage et la compression.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, la couche externe de renforcement 10 peut avantageusement être une nappe de fils continus et parallèles.
En alternative, la couche externe de renforcement 10 peut être un tissu à fibres orientées selon au moins deux directions.
On pourra se référer à la figure 5, qui illustre en perspective à plus grande échelle la structure de l'armature textile finie 8, formée de tronçons de filaments 1a, 2a et 20a cardés, orientés préférentiellement dans le sens longitudinal 11 , et comportant sur sa face supérieure la couche externe de renforcement 10.
Dans les modes de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, les moyens presseurs 9a et 9b assurent une compression des constituants par réduction de l'épaisseur du matelas 4 et le maintien de cette réduction d'épaisseur jusqu'au dispositif refroidisseur 7. Dans le cadre plus particulier du mode de réalisation illustré sur la figure 4, les moyens presseurs 9a et 9b assurent aussi le plaquage de la couche externe de renforcement 10 contre le matelas 4. Ils peuvent aussi être chauffants pour assurer réchauffement de l'ensemble jusqu'à une température assurant un ramollissement suffisant et une adhésion des seconds tronçons de filaments 2a en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique contenus dans les fibres composites constituant le matelas 4. En alternative, réchauffement peut être assuré par des sources chaudes telles que des sources de rayonnement infrarouge en amont des rouleaux, et les rouleaux 9a et 9b compriment les constituants sans les chauffer.
En sortie du dispositif refroidisseur 7, par l'effet du ramollissement suffisant des seconds tronçons de filaments 2a en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique, puis par l'effet du refroidissement qui les fige, la couche externe de renforcement 10 adhère sur le matelas cohérent 5, et les tronçons de filaments 1a, 2a et 20a adhèrent également les uns aux autres.
Dans les produits et procédés décrits ci-dessus, il peut être avantageux d'introduire dans le mélange des tronçons de filaments de fibres mixtes qui tiennent lieu à la fois de tronçons de filaments de fibres de renfort 20a et de seconds tronçons de filaments 2a d'un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique. Les tronçons de fibres mixtes proviennent de fils mixtes co-mêlés composés de filaments de verre et de filaments d'une autre matière thermoplastique organique ayant une température de fusion inférieure à celle des premiers tronçons de filaments 1a en un premier type de matière synthétique. Dans ce cas, la carde 3 se trouve être alimentée par seulement deux réserves de tronçons de fils.
Le produit de renforcement ainsi obtenu est suffisamment homogène et cohérent pour permettre de maîtriser ses manipulations et ses déformations lors d'une utilisation dans des techniques par moulage à la presse avec injection ou encore par moulage sous vide, et pour éviter les défauts du matériau composite après moulage.
On peut notamment obtenir de bons résultats de moulage avec des complexes de renforcement selon les exemples suivants de la présente invention : Exemple 1 Complexe cardé comprenant :
- 40 à 60 g/m2 de fibre thermoliante polyoléfine, de titre 2 à 6 deniers, de longueur 38 à 50 mm, - 150 à 250 g/m2 de fibre frisée monobrin en polypropylène, de titre 70 à 140 décitex, de longueur de coupe droite 40 à 150 mm, présentant de 1 ,5 à 5,5 ondulations au centimètre,
- 900 g/m2 environ de fibre de verre coupée, de diamètre de filament de 11 à 15 μ, ayant un titre de base de 33 à 45 décitex, de longueur 35 à 55 mm,
- un voile de surface en fibres de matière synthétique ou de verre de 10 à 40 g/m2.
Exemple 2
Complexe cardé comprenant :
- 40 à 100 g/m2 de fibre thermoliante polyoléfine, de titre 2 à 6 deniers, de longueur 38 à 50 mm,
- 150 à 250 g/m2 de fibre frisée monobrin en polypropylène, de titre 70 à 140 décitex, de longueur de coupe droite 40 à 150 mm, présentant de 1 ,5 à 5,5 ondulations au centimètre,
- 1 200 g/m2 environ de fibre de verre coupée, de diamètre de filament de 11 à 15 μ, ayant un titre de base de 33 à 45 décitex, de longueur 35 à 55 mm,
- un voile de surface en fibres de matière synthétique ou de verre de 10 à 40 g/m2.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Produit de renforcement utilisable pour la réalisation de matériaux composites, comportant un matelas (4) aéré à base de premiers tronçons de filaments (1 a) en un premier type de matière synthétique, orientés, ayant reçu préalablement à leur mise sous forme de matelas un traitement leur communiquant une frisure permanente, caractérisé en ce que :
- les premiers tronçons de filaments (1 a) sont des monobrins de titre unitaire élevé,
- ledit matelas (4) comporte en outre au moins des seconds tronçons de filaments (2a) en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique, orientés, ayant une température de fusion inférieure à celle des premiers tronçons de filaments (1 a) en un premier type de matière synthétique,
- ledit matelas (4) comporte en outre des tronçons de filaments de fibres de renfort (20a),
- les tronçons de filaments (1 a, 2a, 20a) adhèrent partiellement les uns aux autres par les seconds tronçons de filaments (2a) en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique.
2 - Produit de renforcement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que certains au moins des premiers tronçons de filaments (1 a) à frisure permanente présentent un état de compression partielle leur conférant une déformation ou précontrainte élastique.
3 - Produit de renforcement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière des seconds tronçons de filaments (2a) en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique est choisie dans le groupe comprenant le polyester, les polyoléfines, les polyamides, les polyacrylonitriles, le polyéthylène, le polyéthylène téréphtalate, le polybutylène téréphtalate.
4 - Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tronçons de filaments de fibres de renfort (20a) comprennent des tronçons de filaments de verre. 5 - Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications
1 à 4, caractérisé en ce que les tronçons de filaments de fibres de renfort (20a) comprennent des tronçons de filaments naturels tels que le lin, le chanvre, le sisal, la jute, la laine.
6 - Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des tronçons de filaments de fibres mixtes provenant de fils mixtes co-mêlés composés de filaments de verre et de filaments d'une matière thermoplastique organique ayant une température de fusion inférieure à celle des premiers tronçons de filaments en un premier type de matière thermoplastique.
7 - Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que sur l'une au moins de ses faces est apposée au moins une couche externe de renforcement (10).
8 - Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche externe de renforcement (10) est une nappe de fils continus et parallèles.
9 - Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la couche externe de renforcement (10) est un tissu à fibres orientées selon au moins deux directions, ou un voile de finition.
10 - Procédé de réalisation d'un produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) on prépare un mélange homogène de premiers tronçons de filaments (1 a) en un premier type de matière synthétique, de seconds tronçons de filaments (2a) en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique et à température de fusion inférieure à celle des premiers tronçons de filaments (1 a) en un premier type de matière synthétique, et de tronçons de filaments de fibres de renfort (20a), b) on traite ce mélange de tronçons de filaments dans une carde (3) pour produire une orientation des tronçons de filaments et former ainsi un matelas (4) orienté, c) on chauffe le matelas (4) orienté obtenu afin de rendre adhésifs les seconds tronçons de filaments (2a) en un second type de matière synthétique à caractère thermoplastique à plus faible température de fusion, d) on refroidit le matelas (4).
1 1 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte, pendant ou à la suite de l'étape c) d'échauffement, une compression des constituants par réduction de l'épaisseur du matelas (4) et un maintien de cette réduction d'épaisseur jusqu'à l'étape d) de refroidissement. 12 - Procédé selon l'une des revendications 10 ou 1 1 , caractérisé en ce que, entre les étapes b) de cardage et c) d'échauffement, est intégrée une étape d'application d'au moins une couche externe de renforcement (10) sur au moins une des faces du matelas (4).
13 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 ou 12, caractérisé en ce que, entre les étapes b) de cardage et c) d'échauffement, est intégrée une étape d'aiguilletage hydraulique ou mécanique.
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