Brevet FR2229547A1 — publié le 19741213

la présente invention concerne la fabrication de stratifiés composites filamenteux et,plus spécialement,un procédé consistant à précontraindre les couches individuelles du stratifie pour provoquer la cassure des filaments les plus faibles avant de mouler le stratifié composite. Des stratifiés filamenteux composites utilisant des filaments de matière telle que le bore, le quartz, des fibres de verre, de. graphite, etc., moulés dans un liant résineux approprié sont beau-oup utilisés pour former des éléments composites présentant un rapport élevé de la résistance mécanique au poids,qui ont d'excellentes caractéristiques pour la construc tien. Afin d'améliorer ces caractéristiques, il a été proposé de précontraindre les filaments avant de les lier à la gangue pour conférer à la matière une plus grande résistance mécanique eu une plus grande rigidité. les tentatives antérieures effectuées dans ce sens consistaient à appliquer cette contrainte pour sou- mettre les filaments à une charge préalable de traction afin de compenser la compression de la gangue formée par le liant. Le procédé de l'invention suit une voie légèrement différente, en appliquant la cortrainte nécessaire pour casser les zones les plus faibles des filaments avant la formation du stratifié. On a constat qu'au lieu dtaffaiblir l'élément composite, comme on pou rait tout d'abord sty attendre, on obtient au contraire,d'une~ manière inattendue,un produit beaucoup plus résistant.On présume que ce résultat est du au fait que les filaments cassés sont -répartis d'une manière aléatoire dans le stratifié et supportes par le liant d'une façon telle qu'ils ne contribuent pas à l"af- faiblissement de la Structure globale. Par ailleurs, ces filaments plus faibles, lorsqu'ils ne sont pas cassés selon la technique de l'invention,. établissent des "liaisons faibles" dans le stratifié composite qui tendent à se briser avant les filaments plus robustes. Une telle cassure dans l'élément compo site est une cause principale de sa défaillance globale en ce ses qu'elle tend à produire une fracture par suite-d'un choc des fibres robustes adjacentes ainsi qutune rupture du liant-. De telles faiblesses de l'élément composite sont réduites dans une large mesure par la " cassure préalable" des filanents Par conséquent, la présente invention a pour objet d'améliorer les caractéristiques de résistance mécanique de stratifiés composites comprenant des filaments imprégnés dtun liant et d'améliorer la résistance mécanique d'un stratifié filamentaut composite en cassant les filaments plus faibles de l'élément composite avant la formation des stratifiés. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel : la figure 1 représente schématiquement ane teChns- que pour soumettre les filaments à une contrainte en mettant en oeuvre le procédé de l'invention ; et la figure 2 représente le moulage de couches précontraintes pour former le stratifié composite par le procédé de l'invention. Brièvement, le procédé de ltinventîon consiste à soumettre à une contrainte des bandes ou feuilles d'une matière comprenant des filaments imprégnés d'un liant formant une gangue. Par exemple, la matière filamenteuse peut titre constituée par des fibres de bore, de quartz, de verre ou de graphite, tandis que l'agent d'imprégnation peut être une résine plastique telle qu'une résine époxy convenable. Les bandes ou feuilles de matière sont soumises à une contrainte jusqu'à ce qu'un certain nombre de leurs filaments se cassent. Ensuite, plusieurs bandes sont superposées et les couches sont moulées entre les plateaux d'une presse par application de chaleur.Il en résulte un stratifié composite ayant de meilleures caractéristiques de résistance mécanique, En se référant maintenant au dessin, le stratifié composite est réalisé de la manière suivante : premièrement, un ruban 11 qui doit être utilisé pour former les couches d stratifié est placé autour de rouleaux de contrainte 13 et 14, le ruban étant déroulé d'une bobine débitrice 16 à une bobine enrouleuse 17 en passant par une bobine de guidage 18, comme représenté sur la figure 1. Un poids 15 est placé sur la bobine 8 pour tendre le ruban sur les rouleaux et soumettre ainsi la matière à une contrainte pendant qu'effile passe autour du rouleau. La contrainte appliquée peut etre réglée en faisant varier le rayon du rouleau et en modifiant le poids.Par exemple, la matière Il peut comprendre des filaments de bore qui ont été imprégnés d'un liant tel qu'une résine époxy convenable. Un exemple d'un ruban disponible dans le commerce qui peut être utilisé est le ruban comprenant une résine époxy et des fibres de bore "SP-272" qui est vendu par la Minnesota Mining & Manufacturing Co. D'autres rubans convenables qui peuvent être utilisés comprennent des rabans comportant des filaments de quartz, de verre ou de graphite imprégnés dtun liant résineux approprié. On utilise un poids 15 suffisamment lourd pour soumettre le ruban à une contrainte susceptible de casser un certain nombre des filaments. Le nombre des filaments qui sont réellement cassés varie suivant les cas et,dans certaines conditions, il pourrait être de 10 % du nombre total et,dans d'autres cas, de plus de 50 %0. après avoir soumis le ruban à utiliser pour fabriquer un stratifié à une contrainte comme décrit plus haut, il est découpé en bandes qui sont superposées comme représenté sur la figure 2 dans un moule 19 et comprimées à des pressions comprlses entre 1,05 et 5,25 bars. Pendant que la pression est appliquée, on chauffe le stratifié à une température comprise entre 1380 et 1770C. les couches sont ensuite taurines sous pression pendant 1 à 2 heures à une température d'environ 1770e pour produire le stratifié composite 20 représenté sur la figure 2. es exemples suivants sont formés à titre illustratif,mais non limitatif de l'invention. Exemple I On soumet un ruban d'une largeur de 2,5 cm du type "SP-272" (filaments de bore et résine époxr) comme susmentionné, dans la machine représentée sur la figure 1. Les rouleaux 13 et 14 ont un diamètre de 9,96 mm et le poids 15 pèse 5,22 kg.On découpe ne bandes dans le ruban qui 2 été soumis à la contrainte et les superpose comme reprcsenté sur la figure 2 entre deux feuilles poreuses de "Atmalon'l, un "Teflon', armé de fibres fabriqué par du Pontde Nemours & Co., le moule étant formé par le "Armalon" et un ruban placé le long des extrémités des bandes. On dispose ensuite les couches superposées dans une presse chaude maintenue à une température de 138 C et les comprime pendant 10 minutes à une pression de 1,05 bar.Au bout de 10 minutes, on porte la pression à 5,25 bars et la température à 177 C, l'ensemble étant mûri à cette température et comprimé pendant une heure un quart. Il convient de noter qu'on a examiné le ruban avant de superposer les couches et quton a remarqué que la moitié des filaments avaient été cassés par l'application de la contrainte. Exemple 2 On soumet à une contrainte un ruban du type "SP 272 (filaments de bore et résine époxy) dans une machine comme celle représentée sur la figure 1 comportant des rouleaux 13 et 14 ayant un diamètre de 7,6 mm et avec un poids 15 de 6,8 kg jusqu'à ce que 45 % environ des filaments soient cassés. On fabrique ensuite un stratifié composite à neuf couches en plaçant neuf bandes du ruban les unes sur les autres comme représenté sur la figure 2 entre des feuilles poreuses de "Armalon. On place cet ensemble dans une presse en appliquant entre les plateaux une pression de 1,4 bar pendant 5 minutes à une température de 1490e. Ensuite, on fait mûrir l'ensemble en appliquant une pression de 5,25 bars à une température de 1770C pendant deux heures. Exemple 3 On soumet à une contrainte un ruban d'une largeur de 7,6 cm de filaments de graphite et de résine époxy du type A "4617/D2DA", vendu par Fatheringel & Harvey, Angleterre, dans la machine représentée sur la figure 1. les rouleaux 13 et 14 ont un diamètre de 6,35 mm et le poids 15 pèse 18,16 kg. On découpe neuf bandes dans le ruban ayant subi la contrainte et les superpose comme représenté sur la figure 2 entre deux feuilles poreuses de "Armalon". On fait mtrtr ensuite les cou ches superposées dans un autoclave pendant deux heures à 17700 et sous une pression de 7 bars. Exemple 4 On soumet longitudinalement un ruban d'une largeur de 2,54 cm du type "Monsanto 704" (filaments de bore et polyimide) vendu par la Monsanto Co. à une traction suffisante pour briser 12 % des filaments. On découpe huit bandes dans le ruban ayant subi la contrainte et les fait mûrir à 18200 pendant 10 minutes sous une pression de contact de 0,35 bar. Au bout de 10 minutes, on porte la température à 2880C en appliquant une pression de 7 bars. On maintient ces conditions pendant une heure. On refroidit ensuite la presse à 660e, on relâche la pression et on enlève le moule de la presse. On nta donné que quatre exemples de la mise en oeuvre du procédé de l'invention et il est évident qu'il peut s'appliquer à de nombreux types différents de matières filamenteuses et de très nombreuses manières différentes pour obtenir le résultat final désiré. Le procédé de la présente invention permet ainsi de fabriquer des stratifiés composites armés de filaments ou de fibres ayant des caractéristiques très améliorées par rapport à ceux de la technique antérieure. les résultats d'essai indiquent que l'on obtient une très grande amélioration de la résistance à la traction dans des éléments composites traités selon le procédé de l'invention en comparaison d'éléments composites analogues n'ayant pas subi le même traitement. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de stratifiés composites armés de fibres comprenant plusieurs éléments formés de filaments imprégnés dtune matière constituant une gangue, procéda caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre à une contrainte chacun desdits éléments jusqu'a' ce qutun certain nombre de ses filaments soient cassés, à superposer les éléments et à mouler les éléments superposés en un stratifié composite. 2. Procédé due fabrication des éléments utilisés dans le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en partant d'éléments formés de filaments capable de supporter une charge et imprégnés d'une matière constituant une gangue, le procédé consiste à soumettre uniformément les filaments de chaque elé ment à une contrainte prédéterminée de manière à provoquer la cas sure d'un certain nombre des filaments les plus faibles sans en dommager les autres. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2; caractérisé en ce que les éléments sont moulés en un stratifié composite par application simultanée de chaleur et de pression aux éléments superposés. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2'. caractérisé en ce que les éléments superposés comprennent des filaments de bore imprégnés d'une résine époxy. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments superposés comprennent des filaments de bore imprégnés d'une résine du type polyimide. 6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments sont soumis à une contrainte jusqu'à ce que la moitié environ de leurs filaments soient cassés. 7. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments superposés comprennent des filaments de graphite imprégnés d'une résine époxy. 8. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments sont découpés à partir d'un ruban qui est soumis à une contrainte dans une machine appropriée en pas sant sur des rouleaux ayant un rayon prédéterminé par application d'une charge prédéterminée au ruban. 9. Procédé selon la revendicabicn 1 cu 2, caractérisé en ce que les éléments sont soumis à une contraite jusqu'à ce qu'environ 12 % des filaments soient cassés.