Brevet FR2138297A1 — publié le 19730105

La présente invention a pour objet une étoffe à base de fibres de carbone destinée au renfort de résines dans des complexes stratifiés ainsi qu'un procédé pour la fabrication d'une telle étoffe. Parmi les applicatioiis des fibres de carbone, l'une des plus impor tant est leur utilisation corne renfort de matières plastiques. Pour des applications très particulières, notamment dans l'aviation et l'astronautique, les fibres de carbone doivent entre disposées bien parallèles avant leur imprégnation par la résine. Cette opération est délicate car elle nécessite de nombreuses manipulations qui les détériorent, ces fibres étant très cassantes. On a bien essayé de les présenter dans un tissu dont elles constituent la trame, la chaine étant constituée de fils résistant mécaniquement, notamment chimiques, mais l'orientation n'est pas satisfaisante et on observe de nombreuses ruptures de brins. On a également proposé de mettre en contact les fibres de carbone disposées parallèles avec un film fusible ou une couche collante de résine pour fixer définitivement la position de ces fibres et éviter ainsi qu'elles soient altérées lors de la fabrication du complexe stratifié fibres de car bonelrésine. Cette technique permet de réduire les risques de casse mais implique une manipulation très délicate des fibres entre leur production et leur mise en place. L'invention se propose de pallier ces inconvénients. Elle concerne une étoffe destinée au renfort de résines dans des complexes fibres de carbone/résine, cette étoffe comprenant des fibres de carbone associées à des fibres naturelles ou chimiques, caractérisée en ce que les fibres de carbone sont au moins en partie guipées à l'aide d'au moins une partie des fibres naturel les ou chimiques présentes. L'invention concerne également un procédé pour la fabrication d'une étoffe à base de fibres de carbone et destinée au renfort de matières plastiques, caractérisé en ce qu'on utilise des fibres de carbone guipées à l'aide de fils naturels ou chimiques. De préférence, mais pas nécessairement, les fibres de carbone sont disposées selon une direction. L'étoffe peut store tissée, tricotée ou non tissée. De bons résultats ont été obtenus avec une étoffe tissée obtenue sur métier avec navette, ou sur métier à aiguille, ou encore sur métier hyorau- lique, ainsi qu'svec une étoffe non tissée par un procédé de couture-tricotage. Dans tous ces cas, les fibres du carbone guipées forment de préférence la trame de l'étoffe. Par"fibresde carbone", on entend les filaments ou fibres, sous forme de fils, filés de fibres, rubans, cSbles,meches,obtenus par traitements thermiques d'une matière organique sous forme filamentaire, dans des conditions déterminées de température, de durée, d'atmosphère, éventuellement de tension. Comme matière de départ, on peut citer les fibres cellulosiques, y compris acétate secondaire et triacétate, les polyamides, les polyimides,les polyesters, les polymères vinyliques, les fibres obtenues à partir de brai ou de goudron. Les fibres utilisables pour le guipage des fibres de carbone peuvent être naturelles, artificielles ou synthétiques, la préférence étant donnée aux fibres résistantes mécaniquement. On a obtenu de bons résultats avec des fibres et filaments en polyamide ou polyester. Le guipage des fibres de carbone peut être effectué de manière en soi connue. La torsion de guipage, c'est-à-dire le nombre de tours de fil de guipage par mètre de fil guipé, dépend en général du titre de la matière guipée et du fil de guipage. Plus le titre du fil de guipage est grand, moins il est nécessaire d'avoir une torsion élevée. Cette torsion ne doit pas être trop grande car elle ne doit pas nuire à la facilité d'imprégnation ultérieure des nappes. Par contre, un guipage trop lâche peut ne pas permettre une manipulation aisée des fibres de carbone. Des torsions de guipage comprises entre 100 et 300 t/m conviennent bien. Les fibres de carbone, une fois guipées, sont ensuite transformées en étoffe par tout moyen convenable, puis imprégnées pour servir de renforcement dans la fabrication de stratifiés. Les résines d'imprégnation peuvent être de nature diverse, notamment thermodurcissable, avec une préférence pour les résines de stabilité thermique élevée lorsque les stratifiés sont destinés à des applications aérospatiales. Par rapport aux techniques antérieures faisant appel à des fibres .de carbone non guipées, l'invention permet d'obtenir des complexes stratifiés de propriétés mécaniques supérieures et ce avec une reproductibilité nettement améliorée, ce qui rend cette technique particulièrement fiable. Les exemples suivants sont donnés à titre indicatif mais non limitatif pour illustrer l'invention. Exemple 1 On guipe sur moulin, avec une torsion de guipage de 180 t/m, une mèche (5000 filaments) d'environ 4.400 dtex, à base de carbone, obtenue à sur monofilanent partir de filaments en polyacrylonitrile et présentant/un module dTêlasticité de 19.000 hb et une résistance à la rupture de 134 hb Le guipage est effec- tué avec un fil monobrin de titre 17 dtex, en polyhexaméthylèie adipamide. Le fil guipé est tissé sur un métier classique à navette, selon une armure taffetas, avec en charnue un fil monobrin de titre 17 dtex en polyhexaméthylène adipamide, le fil guipé constituant la trame. On obtient un tissu ayant en channe 45 fils au centimètre et en trame 8 fils au centimètre. A l'aide de ce tissu, on fabrique un stratifié dont l'étoffe de renfort représente 67 % en volume, le reste étant constitué par une résine époxy vendue par SHELL sous la dénomination EPON 828 MNA/DMP 30. Le complexe en flexion obtenu représente un module d'élasticité/de 13.400 hb, une contrainte à la rupture en flexion de 160 hb et une contrainte de cisaillement de 6 hb. On obtient des résultats analogues lorsqu'on remplace le tissu taffetas par un tissu 3 lie 1, de même compte de fils en chaîne et en trame. Exemple 2 On répète l'exemple 1, à la différence que l'on choisit respectivement une torsion de guipage de 60 t/m et 100 t/m. Dans le premier cas, le fil guipé comprend des brins cassés et les propriétés mécaniques du complexe stratifié sont mauvaises. Par contre, avec 100 t/m, il n'y a pas de brins cassés dans le fil de carbone et le stratifié présente des propriétés mécaniques convenables bien qu'un peu inférieures à celles du stratifié de l'e Exemple I. Exemple 3 On répète l'exemple 1, à la différence que le fil guipé est utilisé en chaîne et le fil polyamide en trame, sur un métier à tisser. On obtient une bande de tissu de 30 cm de large, dans laquelle les fils de carbone sont disposés longitudinalement. Les propriétés mécaniques du stratifié obtenu à partir de ce tissu sont voisines de celles obtenues à l'exemple 1. Exemple 4 On répète l'exemple 1, à la différence que le tissage est effectué sur un métier à tisser sans navette et à aiguilles, à raison de 180 coups à la minute et un compte en trame de 28 fils au centimètre. R E V E N D I C A T I O N S 1. Etoffo destinée au renfort dc résines dans des complexes fibres de carbone/résine et comprenant der rires de carbone et des fibres naturelles ou chimiques, caractérisée en ce que les fibres de carbone sont au moins en partie guipées à l'aide d'au moins une partie des fibres naturelles ou chimiques présentes. 2. Etoffe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres de carbone sont guipées avec une torsion de guipage comprise entre 100 et 300 t/m. 3. Etoffe selon l'une des revendications I et 2, caractérisée en ce que l'étoffe est un tissu. 4. Procédé de fabrication d'une étoffe selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise des fibres de carbone guipées à l'aide de fils naturels ou chimiques.