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WO 02/070806 PCT/FR02/00636
PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION D'UNE PLAQUE COMPOSITE A
RENFORT FIBREUX MULTIAXIAL
L'invention concerne la réalisation de plaques composites à renfort fibreux
s multiaxial, et plus particulièrement de plaques composites formées par
l'association de nappes unidirectionnelles de fibres de renforcement, telles
que
des fibres de verre, disposées dans des directions différentes, et d'une
matière
organique.
Un domaine d'application de l'invention est la réalisation de plaques
~o composites à renfort fibreux multiaxial destinées à la fabrication de
pièces
moulées en matériaux composites, en particulier de pièces nécessitant des
déformations importantes lors du moulage.
Les plaques composites sont habituellement composées d'au moins deux
matières ayant des points de fusion différents dont généralement une matière
organique thermoplastique servant de matrice et une matière de renforcement
noyée au sein de ladite matrice. Lors de la fabrication, la matière organique
thermoplastique peut revêtir l'aspect d'un liquide ou d'un solide, tel qu'une
poudre,
un film, une feuille ou des fils. La matière de renforcement peut, quant à
elle, se
présenter sous la forme de fils continus ou coupés, de mat de fils continus ou
2o coupés, de tissu, de grille, ... Le choix de la forme et de la nature de
chaque
matière à associer dépend de la configuration et des propriétés finales de la
pièce
à réaliser.
II existe déjà de nombreux procédés permettant d'associer une matière de
renforcement et une matière organique thermoplastique.
25 Dans FR-A-2 500 360, on fabrique des plaques composites en pressant à
chaud des couches superposées de tissus de fils de renforcement et de fils
thermoplastiques, des derniers pouvant être disposés en chaine, en trame ou
les
deux à la fois. L'utilisation des plaques composites obtenues reste cependant
limitée à la production de panneaux plats ou de pièces courbes de
configuration
so simple avec peu de déformation.
Dans la demande de brevet français n° 9910842, on obtient des
plaques
composites en associant un faisceau de fils parallèles et une nappe de fils
orientés transversalement par rapport à la direction du faisceau, puis en
soumettant l'ensemble ainsi formé à un chauffage suivi d'un refroidissement.
Les
35 fils de l'ensemble sont en majorité des fils co-mêlés constitués de
filaments de
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verre et de filaments de matière thermoplastique intimement mélangés. Les
plaques composites obtenues sont constituées de nappes croisées orthogonales
(90~).
Dans FR-A-2 743 822, il est proposé de fabriquer une vplaque composite en
s déposant, en continu, sur un convoyeur un tissu de fils co-mêlés de
filaments de
verre et de filaments thermoplastiques, éventuellement combiné à des fils
continus
ou coupés. L'ensemble est ensuite préchauffé dans un four à air chaud puis
introduit dans une « presse à bandes » au sein de laquelle il est chauffé et
refroidi
en étant maintenus comprimé. Bien qu'étant particulièrement adaptée à la
~o production de pièces de forme complexe par moulage ou par estampage, la
plaque composite ne donne pas entière satisfaction lorsqu'il s'agit d'obtenir
des
pièces qui présentent, en outre, une amplitude importante de déformation.
II a aussi été décrit dans US-A-4 277 531 une plaque composite apte à la
réalisation de pièces de configuration complexe par moulage. D'après ce
brevet,
15 deux bandes de mats de fils continus de verre aiguilletés sont amenëes
suivant
des trajets parallèles jusqu'à un dispositif de pressage à chaud où elles sont
réunies. Les faces des bandes se trouvant en regard l'une de l'autre lors de
la
réunion sont enduites d'une matière thermoplastique liquide et les faces
externes
sont recouvertes d'un film de matière organique thermoplastique. Cet ensemble
2o est simultanément chauffé et comprimé pour assurer la fusion des films, et
refroidi.
La fabrication d'une telle plaque composite est relativement complexe et elle
ne
permet pas, en outre, de disposer les fils de renforcement dans plusieurs
directions.
La présente invention a pour but de proposer un procédé de réalisation de
25 plaques composites formées par l'association d'une matière organique
thermoplastique et de nappes unidirectionnellës de fils de renforcement,
notamment en verre, disposëes dans des directions différentes, en vue
notamment de permettre la réalisation de pièces composites de forme complexe
(par exemple pouvant comporter des nervures raccordées ou non à des parties
so présentant un faible rayon de courbure, ...) et à fort relief nécessitant
des
déformations importantes (c'est-à-dire de grande amplitude) de la structure
fibreuse.
L'invention a aussi pour but de fournir des plaques composites à renfort
fibreux multiaxial homogènes, présentant une orientation régulière des fibres,
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pouvant avoir une masse surfacique élevée (de l'ordre de 500 glm2 et jusqu'à
1000 à 1500 g/m2, voire 3000 g/m2) et dont la largeur peut atteindre 3 mètres.
Sont tout particulièrement concernées . les plaques composites à renfort
fibréux
multiaxial présentant un caractère de symétrie avec une nappe
unidirectionnelle
principale (0°) située de part et/ou d'autre de nappes
unidirectionnelles
transversales faisant des angles opposés (-al+a) par rapport à la direction
principale.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif de
mise en oeuvre de ce procédé permettant de réaliser, en continu et en une
seule
~o étape, des plaques composites à renfort fibreux multiaxial de masse
surfacique
variable et relativement élevée à partir de nappes unidirectionnelles
relativement
larges, sans nécessité d'utiliser des fils de liaison.
Un autre but de l'invention est de proposer une nappe unidirectionnelle
comprenant des fils co-mêlés constitués de filaments de renforcement et de
filaments thermoplastiques, qui présente une cohésion suffisante pour pouvoir
ëtre
manipulée c'est-à-dire sans que les fils qui la composent puissent se
disperser,
mais qui possède cependant une souplesse compatible avec l'opération de
nappage.
Les buts sont atteints grâce au procédé de l'invention qui comprend les
2o étapes consistant
~ à former une nappe unidirectionnelle de fils de renfort dont au moins 50
en poids d'entre eux sont des fils co-mélés constitués de filaments de
renforcement et de filaments d'une matière organique intimement mélangés
~ à conférer à ladite nappe une cohésion lui permettant d'ëtre nappée
2s ~ à napper cette nappe sur un support en mouvement, dans une direction
transversale par rapport à la direction du mouvement
~ à chauffer l'ensemble fils de renfort-matière organique se déplaçant suivant
la direction de mouvement et à le fixer par l'action de la chaleur,
éventuellement
en appliquant une pression, puis à le refroidir pour former une bande
composite,
so et
~ à collecter ladite bande sous la forme d'une ou plusieurs plaques
composites.
Les différentes étapes du procédé telles que l'entraînement de la nappe
unidirectionnelle, le nappage de la nappe, .... se font avantageusement en
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continu.
Par « plaque » (de même que par « bande »), on entend selon la présente
invention un élément peu épais par rapport à sa surface, généralement plan
(mais
pouvant éventuellement être courbé) et rigide tout en conservant la faculté,
le cas
s échéant, de pouvoir être collecté et conservé sous forme enroulée, de
préférence
sur un support présentant un diamètre externe supérieur à 150 mm. De façon
générale, il s'agit d'un élément plein ou substantiellement plein, c'est-à-
dire qui
présente un rapport de la surface ouverte à la surface totale n'excédant pas
50 %.
Par « composite », on entend selon la présente invention l'association d'au
~o moins deux matières de points de fusion différents, en général au moins une
matière organique thermoplastique et au moins une matière de renforcement, la
teneur en matière ayant le point de fusion le plus bas (matière organique)
étant au
moins égale à 10 % en poids de ladite association, et de préférence au moins
égale à 20 %.
15 S'agissant des termes « nappée », « nappage » ... relativement à une
nappe, il faut comprendre ici tout ce qui se rapporte au fait qu'une nappe est
déposée sur une surface, selon un mouvement alternatif avec une amplitude
donnée, la nappe se trouvant retournée à chaque changement de direction. Le
nappage de la nappe est généralement obtenu à l'aide d'un étaleur-nappeur
2o comme décrit par exemple dans EP-A-0 517 563.
Par « cohésion suffisante » de la nappe unidirectionnelle, il faut entendre
selon la présente invention que les éléments constituant ladite nappe sont
liés
entre eux de manière telle qu'ils permettent à la nappe de subir l'opération
de
nappage sans endommagement notable de sa structure. La cohésion est
2s suffisante lorsque les fils ne se dissocient pas ou peu les uns des autres
ou
lorsqu'il n'apparaît pas de défauts, notamment des déchirures, au moment du
nappage. Dans le contexte de l'invention, la cohésion est suffisante lorsque
la
nappe présente une résistance en traction dans le sens transversal supérieure
à 5
N/5 cm mesurée dans les conditions de la norme NF EN 29073-3.
so Par « support en mouvement », on entend un convoyeur qui transfère, d'un
point à un autre d'une ligne de fabrication, l'association fils de
renforcement-
matière organique. On entend également une nappe unidirectionnelle de fils de
renforcement et de fils de matière organique, distincts les uns des autres.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des plaques composites à
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renfort fibreux multiaxial en une seule opération, à partir de structures de
départ
simples. En effet, le procédé selon l'invention utilise essentiellement des
structures unidirectionnelles : en particulier, la matière de renfort utilisée
dan~'~le
procédé selon l'invention est apportée uniquement sous la -forme de fils
rendus
5 cohésifs par un traitement mécanique conduisant à un entremélement léger des
filaments qui les composent, par un traitement thermique modéré ou encore par
un traitement chimique approprié, et non incorporés dans des structures
complexes » telles que des tissus, des assemblages de fils maintenus par des
fils de liaison, .... L'utilisation de ces structures de renfort simples dans
la
~o fabrication des plaques selon l'invention présente des avantages notamment
en
matière de coût et de facilité de mise en oeuvre. A partir des structures
simples
que sont les fils, le procédé selon l'invention permet de former directement
une
nappe unidirectionnelle ayant suffisamment de cohésion mais aussi de souplesse
pour pouvoir étre nappée, c'est-à-dire pour former des nappes transversales
disposées symétriquement par rapport à la direction d'entrainement. Dans le
contexte de la présente invention, le caractère souple s'apprécie de la
manière
suivante : en maintenant une nappe horizontalement par une extrémité et en la
faisant reposer sur la génératrice d'un cylindre de 10 cm de diamètre, on
mesure
l'angle que forme avec l'horizontale l'extrémité libre de la nappe, sur une
longueur
2o de 25 cm. La souplesse est suffisante lorsque la valeur de l'angle est
égale ou
supérieure à 70°.
En particulier, le procédé s'avère avantageux par le fait qu'il est possible
de
faire varier l'angle du nappage dans une très large mesure, par exemple de 30
à
85°, de préférence 40 à 70°, et de manière particulièrement
préférée égale à 45
2s ou 60°, et aussi que la valeur de l'angle peut être facilement
modifiée par simple
adaptation de la vitesse du convoyeur, et éventuellement en faisant varier la
largeur de la nappe déposée transversalement si l'on souhaite que la masse
surfacique de l'ensemble fils de renfort-matière organique reste constante.
Enfin,
le procédé selon l'invention est particulièrement rapide et économique du fait
so notamment qu'il permet d'obtenir en continu les plaques recherchées
directement
à partir de fils, en supprimant les transferts d'une installation à une autre
ainsi que
le stockage de structures intermédiaires (nappes, tissus, grilles).
Conformément à l'invention, les fils entrant dans la constitution de la nappe
unidirectionnelle sont constitués pour au moins 50 % d'entre eux de fils co-
mélés
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constitués de filaments de renforcement et de filaments d'une matière
organique
intimement mélangés (par exemple, comme décrits dans EP-A-0 599 695 et EP-A-
0 616 055). De préférence, la nappe comprend au moins 80 % en poids, et~'~de
manière particulièrement préférée 100 % en poids de fils co-mêlés.
s La matière de renforcement est généralement choisie parmi les matières
communément utilisées pour le renforcement des matières organiques, telles que
le verre, le carbone, l'aramide, les céramiques et les fibres végétales, par
exemple
le lin, le sisal ou le chanvre, ou pouvant s'entendre au sens large comme une
matière de point de fusion ou de dégradation plus élevé que celui de la
matière
~o organique précitée. De préférence, on choisit le verre.
La matière organique est par exemple du polyéthylène, du polypropylène,
du polyéthylène téréphtalate, du polybutylène téréphtalate, du polysulfure de
phénylène, un polymère choisi parmi les polyamides et les polyesters
thermoplastiques, ou tout autre matière organique à caractère thermoplastique.
15 De préférence, les fils de la nappe unidirectionnelle sont choisis de telle
sorte que la teneur en matière organique dans la plaque composite soit au
moins
égale à 10 % en poids et que la teneur en matière de renforcement soit
comprise
entre 20 et 90 % en poids, de préférence entre 30 et 85 % et de manière
particulièrement préférée entre 40 et 80 %.
2o La nappe unidirectionnelle peut comprendre en partie des fils constitués de
l'une des matières et en partie de fils constitués de l'autre matière, ces
fils étant
alors disposés en alternance dans la nappe.
Dans le procédé selon l'invention, les fils de la nappe unidirectionnelle sont
le plus souvent issus d'un ou plusieurs supports (par exemple des bobines
2s supportées par une ou plusieurs cantres) ou enroulements (par exemple des
ensouples) sur lesquels ils sont bobinés.
L'étape qui consiste à conférer à la nappe unidirectionnelle une cohésion
suffisante pour la rendre apte à être nappée doit contribuer à préserver
l'intégrité
des filaments de renfort afin que ceux-ci remplissent la fonction de
renforcement
3o qui leur est dévolue. Cette étape peut être réalisée de plusieurs façons.
Selon une première variante, la cohésion de la nappe peut ëtre conférée
par un léger enchevétrement des filaments constituant les fils par un
aiguilletage
modéré ou par exposition à un jet d'eau sous pression. S'agissant de
l'aiguilletage,
on peut utiliser tout dispositif adapté, par exemple un support muni
d'aiguilles
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animé d'un mouvement alternatif vertical qui pénètre à travers toute
l'épaisseur de
la nappe en provoquant un entremêlement transversal des filaments.
L'enchevêtrement par exposition à un jet d'eau sous pression peut être mis~'en
oeuvre en projetant l'eau sur la nappe disposée sur un support perforé ou
passant
s au-dessus d'un tapis métallique et les jets d'eau rebondissant sur le tapis
réalisant
un entremêlement modéré des fils.
Selon une deuxième variante, on rend les filaments cohésifs par un
traitement thermique modéré, à une température proche de la température de
fusion de la matière organique. II est important que la fusion des fils se
fasse en
~o surface, c'est-à-dire sur une faible épaisseur, afin que la nappe conserve
une
souplesse compatible avec le nappage ultérieur. En général, on opère à une
température supérieure de quelques °C, et jusqu'à 15°C, à la
température de
fusion de ladite matière organique. Cette variante est particulièrement
adaptée
lorsque les fils sont proches les uns avec les autres, par exemple distants de
~s moins de 0,2 mm, la fusion permettant alors de lier les fils par contact.
Le traitement thermique peut être efFectué par tout moyen de chauffage
approprié, par exemple des cylindres chauffés, un dispositif d'irradiation tel
qu'un
dispositif à rayonnement infrarouge (four, lampe(s), panneau(x)) et/ou un ou
plusieurs dispositifs de soufflage d'air chaud (four à air chaud à convection
2o forcée).
Selon une troisième variante, la cohésion de la nappe peut être obtenue par
apport d'une matière chimique présentant des propriétés adhésives au regard
des
fils. Cette matière peut être liquide ou solide, par exemple une poudre, un
film ou
un voile d'une matière. On préfère les matières qui développent leurs
propriétés
zs collantes à chaud (ou thermocollantes). De manière avantageuse, la matière
thermocollante est compatible avec la matière organique des fils et
généralement
les deux matières sont identiques. On préfère les polyoléfines, et plus
particulièrement le polypropylène.
De préférence, la matière thermocollante est déposée sous la forme d'un
ao voile, ou d'un film, ce dernier comprenant avantageusement au moins une
couche
supplémentaire de matière organique de même nature que celle des fils, de
préférence également sous forme de fibres ou de filaments.
On peut déposer la matière collante par projection ou pulvérisation
lorsqu'elle est sous forme liquide ou de poudre, et par application du film ou
du
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voile suivie d'un chauffage, de préférence sous compression, par exemple entre
les rouleaux d'une calandre.
Cette variante permet de lier des fils qui sont relativement éloignés les uns
des autres, jusque environ 1 cm de distance.
s L'association des nappes unidirectionnelles au sein de la plaque composite
à renfort fibreux multiaxial peut se faire de plusieurs manières.
Selon un premier mode de réalisation, la nappe unidirectionnelle est
nappée transversalement sur un convoyeur. On forme une nappe à renfort fibreux
biaxial constituée de nappes transversales unidirectionnelles dont les
directions
~o font des angles -a et +a avec la direction du mouvement (0°).
Selon un deuxième mode de réalisation, la nappe unidirectionnelle est
nappée transversalement sur une nappe unidirectionnelle principale, elle-même
déposée sur un convoyeur, et composée de fils de renforcement et de fils de
matière organique. De cette manière, on forme une nappe à renfort fibreux
triaxial
~s constituée de nappes transversales unidirectionnelles dont les directions
font des
angles -a et +a avec la direction de la nappe unidirectionnelle principale
(0°).
L'association fils de renforcement-matière organique (se déplaçant avec
une vitesse comprise par exemple entre 0,5 et 10 m/min) passe sous au moins
une zone où elle est chauffée à une température comprise entre les points de
2o fusion ou de dégradation des matières constituant l'association, cette
température
étant également inférieure à la température de dégradation de la matière ayant
le
point de fusion le plus bas. Par extension, la température de dégradation
désigne
ici la température minimale à laquelle on observe une décomposition des
molécules constituant la matière (comme traditionnellement défini et compris
par
25 l'homme de l'art) ou une altération indésirable de la matière (par exemple
une
inflammation, une perte d'intégrité se traduisant par un écoulement de la
matière
hors de la nappe) ou une coloration indésirable (par exemple un jaunissement).
Dans la présente invention, l'association fils de renforcement-matière
organique est chauffée suffisamment pour permettre la liaison d'une partie au
so moins des fils entre eux par l'intermédiaire de la matière organique après
chauffage et/ou compression, et dans la plupart des cas pour permettre
l'obtention
d'une structure substantiellement pleine.
A titre d'exemples, la température de chauffage peut être de l'ordre de 190
à 230°C lorsque la nappe de fils est constituée de verre et de
polypropylène, de
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l'ordre de 280 à 310°C lorsque la nappe est constituée de verre et de
polyéthylène
téréphtalate et de l'ordre de 270 à 280-290°C lorsque la nappe de fils
est
constituée de verre et de polybutylène téréphtalate.
Le chauffage de l'association fils de renforcement-matière organique peut
s être réalisé de différentes façons, par exemple à l'aide d'une machine de
contre
collage à double-bandes, ou à l'aide de cylindres chauffés ou d'un dispositif
d'irradiation tel qu'un dispositif à rayonnement infrarouge (par exemple au
moyen
d'un tour, de lampe(s), de panneau(x)) et/ou au moins un dispositif de
soufflage
d'air chaud (par exemple un four à air chaud à convection forcée).
~o Le chauffage peut être suffisant pour permettre la fixation de
l'association
fils de renforcement-matière organique par l'intermédiaire de la matiére
organique
fondue (thermofixation). Dans de nombreux cas cependant, l'association
chauffée
subit en outre une compression qui peut être réalisée au moyen d'une ou
plusieurs
calandres à deux cylindres, la force exercée sur l'association étant
généralement
15 de plusieurs daN/cm, voire de plusieurs dizaines de daN/cm. La pression
exercée
dans le dispositif de compression compacte la nappe de füs et permet d'obtenir
une répartition homogène de la matière thermoplastique fondue, la structure
obtenue étant figée par refroidissement et le refroidissement pouvant
s'effectuer,
au moins en partie, simultanément à la compression ou pouvant également
2o s'efFectuer après une étape de compression à chaud.
Le dispositif de compression peut comprendre ou cbnsiste en une presse à
bandes, par exemple munie de bandes en acier, en toile de verre ou d'aramide
enduite de PTFE, qui comprend une zone chaude suivie d'une zone froide.
Le refroidissement peut se faire dans le dispositif de compression, par
2s exemple dans une calandre froide, ou peut se faire en dehors du dispositif
de
compression, par exemple par convection naturelle ou forcée.
Au sortir du dispositif de compression, il est possible d'accélérer le
refroidissement de la bande composite en la faisant passer sur une table de
refroidissement dans laquelle circule par exemple de l'eau froide. On peut
3o adjoindre à la table des moyens supplémentaires (rouleaux presseurs,
plaques,
buses refroidis ou non) permettant d'améliorer encore le refroidissement. Au
sortir
de la fiable, il est également possible de placer des rouleaux d'appel qui
permettent de tirer la bande composite. .
La bande composite, après compression et refroidissement, peut âtre
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enroulée sur un mandrin de diamètre adapté aux caractéristiques de la bande ou
peut être coupée en plaques par exemple à l'aide d'un massicot ou d'une scie
circulaire.
Le présent procédé, bien que décrit au regard du nappage d'une seule
s nappe unidirectionnelle, peut bien évidemment être appliqué au nappage de
plusieurs nappes de Ia même manière que précédemment décrit. Il est également
possible d'intercaler entre les nappes au moins une nappe unidirectionnelle
comprenant des füs de renforcement associés ou non à de la matière organique,
en chaîne, afin de former des plaques d'épaisseur plus importante. La limite
en
~o matière d'épaisseur dépend essentiellement de la capacité du dispositif de
chauffage de l'ensemble fils de renforcement-matière organique à compacter la
nappe pour obtenir une plaque conforme à l'invention.
La présente invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre
du procédé.
Ce dispositif comprend un convoyeur, au moins un dispositif d'alimentation
de fils, des moyens permettant de rendre cohésive une nappe de fils comprenant
des fils co-mëlés, au moins un dispositif permettant de napper
transversalement
une nappe de fils sur ledit convoyeur, au moins un dispositif de chauffage de
l'ensemble fils de renfort-matière organique et au moins un dispositif de
2o refroidissement dudit ensemble.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre, en outre, au moins un
dispositif de compression dudit ensemble et/ou au moins un dispositif de coupe
et/ou au moins un dispositif de collecte des plaques composites. Le dispositif
de
refroidissement peut être un dispositif de compression distinct du dispositif
de
refroidissement ou consister en un seul dispositif assurant à la fois ¿es
fonctions
de compression et de refroidissement.
Les plaques composites obtenues grâce à la combinaison d'étapes du
procédé selon l'invention sont, du fait de leur structure multiaxiale,
parFaitement
adaptées à la production de pièces en matériaux composites par les procédés de
so moulage et de thermoformage. En particulier, les plaques selon l'invention
ont ceci
de remarquable que les différentes nappes ne sont pas liées entre elles et que
les
fils sont donc libres de se déplacer les unes par rapport aux autres. !I est
de ce
fait possible d'obtenir des pièces qui présentent des déformations etlou des
reliefs
importants dans le sens transversal par rapport à la direction de mouvement
(0°)
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lorsque les plaques renforcées sont du type triaxial (empilement 0°l-
al+a ou 0°/-
al+al0°) et aussi dans d'autres directions lorsque les plaques sont du
type biaxial
(-al+a). Les plaques composites obtenues présentent une épaisséur
généralement comprise entre quelques dixièmes de mm et~ environ 2 mm, sont
s rigides, faciles à couper et présentent de bonnes propriétés mécaniques. En
outre,
elles possèdent un bon état de surface dû notamment à l'absence
d'entrecroisement des fils qui se traduit par un faible embuvage. II est
possible
d'améliorer l'aspect de la plaque en déposant un voire plusieurs films d'une
matière remplissant la fonction requise sur au moins une des faces externes de
~o l'ensemble fils de renforcement-matière organique avant l'étape de
chauffage
ultime visant à former la plaque.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la
lumière des dessins illustrant l'invention dans lesquels
~ la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif permettant
~s une première mise en oeuvre de l'invention,
~ la figure 2 représente une vue schématique de dessus d'un dispositif
permettant une deuxième mise en oeuvre de l'invention,
la figure 3 représente une vue schématique d'un dispositif permettant
une troisième mise en aeuvre de l'invention.
2o Dans les figures, les éléments en commun portent les mémes références.
La figure 1 décrit un procédé de fabrication d'une plaque composite à
renfort fibreux biaxial (-al-a) dans sa réalisation plus simple. Les fils 1
provenant
d'une ensouple 2 passent entre les dents d'un peigne 3 qui les maintiennent
parallèles jusqu'à leur entrée dans un dispositif d'aiguilletage 4 où ils sont
liés
25 entre eux pour former une nappe 5 unidirectionnelle. La nappe 5 est déposée
sur
un convoyeur 6 en mouvement au moyen d'un dispositif de nappage (étaleur-
nappeur) 7 se déplaçant transversalement au sens de déplacement du convoyeur
suivant un mouvement alternatif afin de former une nappe à renfort fibreux
biaxial
8 dont les directions forment avec celle du déplacement des angles opposés.
so La nappe biaxiale 8 passe ensuite entre les bandes continues 9 (en tissu de
verre imprégné de polytétrafluoroéthylène - PTFE -) d'une presse de contre-
collage à plat 10. Cette presse comporte une zone 11 de chauffage, des
cylindres
presseurs 12 qui compriment la matière thermoplastique fondue (pression de
l'ordre de 10-20 N/cm2 et une zone 13 refroidie par une circulation d'eau.
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La bande composite à renfort fibreux biaxial obtenue à la sortie de la presse
est ensuite découpée en continu au moyen des lames 14 et d'une cisaille
automatique (non représentée) en plusieurs plaques 15.
Le procédé de la figure 2 décrit un procédé de fabrication d'une plaque à
s renfort fibreux triaxiai mettant en oeuvre une nappe à renfort fibreux
biaxial (-al-a)
et une nappe unidirectionnelle disposée en chaîne (0°).
Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, on forme une nappe 5 à
partir des fils 1 de l'ensouple 2 qui sont guidés par le peigne 3 vers le
dispositif
d'aiguilletage 4. La nappe 5 est déposée au moyen du dispositif de nappage 7
sur
~o une nappe unidirectionnelle 16 supportée par le convoyeur 6, la nappe 16
étant
constituée ici par les fils déroulés à partir de l'ensouple 17 maintenus
parallèles à
l'aide du peigne 18.
L'association des nappes 19 passe, comme dans le procédé de la figure 1,
dans la presse 10 où elle est chauffée dans la zone 11, comprimée entre les
~s rouleaux 12 et refroidie dans la zone 13. La bande composite obtenue est
ensuite
bobinée sur le support 20 en rotation.
La figure 3 décrit schématiquement un procédé de fabrication de plaque
composite à renfort fibreux triaxial dans lequel les fils nappés (-al-a) sont
maintenus entre deux nappes unidirectionnelles disposées en chaîne
(0°).
2o Dans ce procédé, on utilise deux nappes unidirectionnelles 16 et 21
obtenues à partir des ensouples 17 et 22, ces fils passant dans des peignes 18
et
23 les maintenant parallèles, puis dans des cylindres d'appel 24 et 25 qui
permettent de réduire les tensions des fils avant leur entrée dans la presse
de
contre-collage 10.
25 Comme dans les procédés précédents, la nappe destinée à être nappée est
formée à partir des fils 1 provenant d'une ensouple 2, ces fils passant sur un
peigne 3 afin de les maintenir parallèles. Les fils sont ensuite introduits
dans un
dispositif 26 chauffé qui les fixe en une nappe 27 qui est nappée à l'aide du
dispositif 7 entre les nappes 16 et 21.
ao L'association de ces nappes est ensuite dirigée vers la presse 10 où, tout
comme précédemment, elle est chauffée dans la zone 11, comprimée entre les
rouleaux 12, refroidie dans la zone 13 et enfin enroulée sur le support 20.
La bande composite obtenue présente un aspect homogène qui peut être
amélioré en déposant un film polymère compatible avec la matière organique des
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fils sur l'une ou l'autre de ses faces ou sur les deux à la fois. Dans la
figure 3, deux
films 28 et 29 de polypropylène sont déposés de part et d'autre de
l'association
des nappes entre les bandes 9 de la presse 10.
Les exemples qui suivent permettent d'illustrer l'invention, sans toutefois la
s limiter.
EXEMPLE 1
On réalise une plaque composite dans les conditions du procédé de la
figure 1 modifié en ce qu'une nappe unidirectionnelle supplémentaire est
déposée
sur la nappe à renfort en verre biaxial (comme indiqué dans la figure 3, nappe
~0 21 ).
A partir de 48 fils de stratifils (rovings) disposés sur une cantre, on forme
une nappe unidirectionnelle de 20 cm de large (2,2 fils/cm). Les fils sont des
stratifils (rovings), de titre linéique égal à 1870 tex, obtenus par co-mélage
de
filaments de verre (60 % en poids; diamètre : 18,5 pm) et de filaments de
15 polypropylène (40 % en poids; diamètre : 20 pm).
La nappe est entraînée à la vitesse de 0,48 m/min dans l'aiguilleteuse 4 de
1 m de large équipée de 4000 aiguilles (référence : 15x18x32 3.5RB30A 06/15)
et
réglée pour une pénétration de 20 mm et 200 coups/min, soit 140 coups/cm2. A
la
sortie de l'aiguilleteuse, la nappe a une largeur de 30 cm et une masse
surfacique
2o de 275 g/m2.
La nappe aiguilletée est ensuite déposée sur le convoyeur entraîné par des
rouleaux moteurs, au moyen du nappeur 7, la nappe étant déposée
alternativement dans des directions opposées (+76° et -76°
respectivement) par
rapport à la direction de la dépose (0°) et chaque partie de nappe
déposée dans
2s une direction ne recouvrant pas les parties voisines orientées suivant la
même
direction. Sur la nappe biaxiale ainsi formée, en aval du nappeur, on dépose
la
nappe unidirectionnelle 21, en chaîne, de 60 cm de large composée de fils co-
mêlés de même nature que ceux constituant la nappe aiguilletée. L'assemblage
formé passe ensuite dans la presse ~ 0 au sein de laquelle il est chauffé
(220°C)
so puis refroidi (60°C) tout en étant comprimé (2 bars). La plaque
composite a une
masse surFacique égale à 825 g/m2 et présente, dans la direction 0°,
une
contrainte de rupture en flexion égale à 180 MPa, un module de flexion égal à
12
GPa et une énergie d'absorption de choc (Charpy) égale à 85 kJ/m2.
EXEMPLE 2
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On réalise une plaque composite en utilisant un procédé conforme à la
figure 3 modifié en ce que le dispositif chauffant 26 est remplacé par un
dispositif
d'aiguilletage 4.
Sur une première cantre située dans le prolongement du convoyeur, en
s amont de ce dernier, on dispose 330 bobines de stratifils de même nature que
ceux décrits à l'exemple 1. On répartit également les stratifils sur deux
peignes
(0,75 dent/cm), pour former deux nappes unidirectionnelles identiques de 2,15
m
de large et 140 g/mz de masse surfacique. La première nappe 16 est dëposée
directement sur le convoyeur (vitesse : 1,5 m/min) et la deuxième nappe 21 est
~o déposée en aval du nappeur.
On place sur une deuxième cantre 370 stratifils (rovings) de même nature
que ceux décrits à l'exemple 1. Les stratifils sont disposés entre les dents
d'un
peigne (2,2 dents/cm) pour former une nappe unidirectionnelle (largeur : 1,68
m;
masse surfacique : 410 g/m2) qui est dirigée vers l'aiguilleteuse 4 (largeur :
3 m ;
~5 vitesse : 2,5 m/min ; 1000 coups/min). La nappe aiguilletée 5 (largeur :
2,5 m) est
conduite vers le nappeur 7 qui la dépose alternativement suivant des angles
+60°
et -60°, sur une largeur de 2,15 m, sur la première nappe
unidirectionnelle portée
par le convoyeur. En aval du nappeur, on dépose la deuxième nappe
unidirectionnelle 21 issue de la première cantre. L'association de la nappe
biaxiale
2o et des deux nappes unidirectionnelles est ensuite dirigée vers la presse 10
dans
une première zone chauffée (220°C ; longueur : 2,2 m), une calandre de
300 mm
de diamètre (pression : 2 bars) et une deuxième zone de refroidissement
(10°C ;
longueur : 2,3 m).
On obtient une plaque composite à renfort de verre triaxial (empilement
25 0°/-60°/+60°/0°) d'environ 0,6 mm d'épaisseur,
de masse surfacique égale à 830
glm2 qui est soit bobinée, soit coupée en plaques rectangulaires au moyen
d'une
cisaille pilotée automatiquement.
GY~nnp~ ~ ~
On procède dans les conditions de l'exemple 2 modifié en ce que la
so premiére cantre comprend 660 bobines de stratifils séparés en nappes
identiques
(peigne : 1,5 dent/cm ; masse surfacique : 280 g/m2)
La plaque composite obtenue présente une épaisseur d'environ 0,75 mm et
une masse surfacique égale à 1110 g/m2.
EXEMPLE 4
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On réalise une plaque composite dans les conditions de l'exemple 2.
On place sur une cantre 370 stratifils (rovings) de méme nature que ceux
décrits à l'exemple 1. Les stratifils sont disposés entre les dents d'un
peigne (~,2
dents/cm) pour former une nappe unidirectionnelle (largeur : 1,68 m; masse
s surfacique : 410 g/m2) qui est dirigée vers l'aiguilleteuse 4 (largeur : 3 m
; vitesse
2,5 m/min ; 1000 coups/min). La nappe aiguilletée 5 (largeur : 2,5 m) est
conduite
vers le nappeur 7 qui la dépose alternativement suivant des angles de
+45° et -
45°, sur une largeur de 1,25 m sur le convoyeur (vitesse : 2,5 m/min).
L'association des nappes est dirigée vers la presse 10 dans une première
~o zone chauffée (220°C ; longueur : 2,2 m), une calandre de 300 mm de
diamètre
(pression : 2 bars) et une deuxième zone de refroidissement (10°C ;
longueur : 2,3
m).
La plaque composite formée présente une masse surfacique égale à 650
g/m2.
~s EXEMPLE 5
On réalise une plaque composite en mettant en oeuvré le procédé décrit
dans la figure 3.
Sur une première cancre située dans le prolongement convoyeur, en amont
de ce dernier, on dispose 330 bobines de stratifils de titre linéique égale à
1870
2o tex, obtenus par co-mêiage de filaments de verre (57 % en poids; diamètre :
18,5
pm) et de filaments de polypropylène (43 % en poids; diamètre : 20 pm).
On répartit les stratifils sur deux peignes (0,75 dent/cm) de manière à
former deux nappes unidirectionnelles identiques 16 et 21 de 2,15 m de large
et
140 glm2 de masse surfacique. La première nappe 16 est déposée directement
sur le convoyeur (vitesse : 1,5 m/min) et la deuxième nappe 21 est déposée en
aval du nappeur.
On place sur une deuxième cancre 370 bobines de stratifils de même nature
que ceux de la première cantre et on répartit les stratifils entre les dents
d'un
peigne (1,5 dent/cm) pour former une nappe unidirectionnelle (largeur : 2,5 m;
so masse surfacique : 280 g/mz). On associe à cette nappe un voile fibreux
comprenant une couche de polypropylène sous forme de fibres (masse surfacique
g/m2) et une couche thermocollante à base d'une polyoléfine sous forme de
fibres (masse surfacique : 30 g/m2), cette dernière couche étant dirigée vers
la
nappe. L'association nappe-voile passe dans l'entrefer d'une paire de rouleaux
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presseurs chauffés à 140°C puis vers le nappeur 7 qui la dépose suivant
des
angles de +60° et -60°, sur une largeur de 2,15 m sur la
première nappe
unidirectionnelle portée par le convoyeur. Sur cette association est déposée'
la
deuxième nappe 21 unidirectionnelle issue de la première cantre et l'ensemble
est
dirigé vers la presse 10 constituée successivement d'une zone chauffée
(220°C ;
longueur : 2,2 m), d'une calandre de 300 mm de diamètre (pression : 2 bars) et
d'une zone de refroidissement (10°C ; longueur : 2,3 m).
On obtient une plaque composite d'environ 0,6 mm d'épaisseur et de masse
surfacique égale à 900 g/m2.
