Brevet FR2497726A1 — publié le 19820716

La présente invention a trait à un nouveau type d'arti- cle textile multicouches utilisable pour le renforcement de matériaux stratifiés; elle concerne également un procédé pour l'obtention d'un tel matériau. Les matériaux stratifiés sont connus depuis fort longtemps et sont constitués par une alternance de couches de matières textiles (tissus, non tissés...) que l'on imprègne de résine, l'ensemble étant ensuite traité thermiquement afin de provo- quer la polymérisation de ladite résine et le durcissement de l'ensemble. Ces matériaux ont trouvé de nombreuses applications, soit sous la forme d'éléments plans (plaques), soit sous la forme d'éléments conformés obtenus par moulage, notamment dans le bâtiment, l'automobile, la marine, l'aéronautique... A ce jour, la plupart des matériaux stratifiés seront obtenus par superposition d'une pluralité de couches textiles imprégnées de résine prépolymérisée. Comme matériau textile, on utilise soit des nappes formées de fils parallèles, soit des tissus tissés. De préférence, les nappes sont superposées en les entrecroisant de manière à obtenir de bonnes caracté- ristiques mécaniques dans toutes les directions. Comme matiè- res entrantdans la composition de telles nappes textiles, on utilise par exemple des fils de verre, de graphite, de bore aramide, seuls ou en mélange. La superposition des différentes couches est, à ce jour, réalisée manuellement ce qui est long et coûteux et surtout entraîne des risques d'erreurs, le manipulateur pouvant se tromper dans le nombre de couches superposées et/ou dans la mise en place des différentes couches les unes par rapport aux autres. Pour surmonter cet inconvénient, de nombreuses solutions ont été proposées pour obtenir des matériaux tissés ou non tissés ayant des formes diverses, ces matériaux étant imprég- nés par une résine. De tels matériaux de forme complexe sont surtout destinés en vue de présenter de bonnes caractéristi- ques acoustiques et non pas de hautes performances mécaniques (résistance par exemple). -2- Ainsi, par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 481 427 décrit un tissu tridimensionnel à base de fils de verre qui, après imprégnation avec une résine et polymérisa- tion, donne un panneau rigide poreux présentant de très bonnes propriétés acoustiques. Selon ce document, il est possible de tisser en une seule opération un matériau de type "sandwich" dont une face est poreuse, l'autre face étant continue, ces deux faces étant reliées entre elles par des cannelures. Un tel matériau tissé n'est pas destiné à présenter une grande résistance nais a sur.tout pour fonction d'obtenir une bonne absorption des sons. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 700 067 décrit éga- lement un tissu poreux tridimensionnel permettant également d'avoir une bonne atbsorption des sons et non pas d'obtenir des propriétés mécantques élevées. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la pré- sente invention, un nrouveau type d'article textile multicou- ches qui permet de réaliser des articles stratifies présentant de très grandes caractéristiq-ues mécaniques et qui, par ail- leurs, peut êLre obte - [ar un proc3de simple, sur, rapide, procédé qui fait égaliemnt partie de l'invention. D'une manière générale, linvenitionl concerne un nouveau matériau textile multicouches Dour le renforcement d'articles stratifiés du type selon lequel chaque couche textile est constituée par un tissu dont une direction est formée de fils présentant un module élevé, fils maintenus entre eux par des fils de liage tisses lJ.ches s'étendant dans une seconde direc- tion, ce matériau multicouches se caractérisant par le fait que les diffférentes couches élémentaires sont superposees de telle sorte {ie les fsils a hn-ut modu!e scient orientés diffé- remment d'ue couche par rapport 3 ilaut:re, la liaison des di fférentes couches entre elles tmn- t obtenue par couture dans le sens de l'épaisseur de leeiapiement Loque. Si dans le matériau conformm à l!inven-tion, la liaison des différentes cor, es éliment=-i s est obi.enue par couture, il est évident que cela n'est paes limitaif et que d'autres techniques d'assemblage éqiivalen-es pourraient être utilisées par exemple.oute technique faisant appel à l'aiguilletage, au tricotage... 3- Dans une forme de réalisation préférentielle, le matériau conforme à l'invention comporte au moins trois couches texti- les superposées du type précité, chacune de ces couches texti- les étant telles: - que dans la première les fils à haut module soient orientés dans le sens longitudinal du tissu (chaîne) orienta- tion qui sera désignée par l'expression "direction 0e" dans la suite de la description, - la deuxième comportant des fils haut module s'étendant sensiblement à 450 par rapport à la direction longitudinale du tissu (orientation désignéepar l'expression 45 " dans la suite de la description), - et la troisième présentant des fils haut module orien- tés transversalement par rapport à la longueur du tissu (orien- tation qui sera désignée par l'expression 90 dans la suite de la description). Dans les tissus-entrant dans la composition d'un matériau textile conforme à l'invention, le maintien des fils haut module est obtenu par des fils de liage tissés lâche avec les fils précités, ces fils de liage s'étendant soit longitudinale- ment soit transversalement par rapport à la longueur du tissu. Si dans le mode de réalisation précité, les fils à haut module présentent des orientations 0 , 45 , 90 , il est bien entendu que cela n'est pas limitatif et qu'une orientation différente, par exemple 30 , pourrait également être envisagée. Les couches élémentaires constituées pour partie majori- taire de fils à haut module orientés différemment d'une couche à l'autre sont superposées selon un ordre et un nombre fonc- tion de la structure finale désirée et ces différentes couches sont assemblées par couture de manière à obtenir un ensemble homogène. Le matériau textile multicouches ainsi réalisé peut être imprégné avec une résine epoxy prépolymérisée et stocké sur des rouleaux afin d'être utilisé ultérieurement pour réaliser tout type d'article stratifié de forme appropriée. Eventuellement, il pourrait être envisagé d'utiliser un tel matériau textile multicouches à l'état sec et de le dispo- ser dans un moule ou sur une forme avant imprégnation cette imprégnation étant alors réalisée, par exemple avec une résine - 4 - epoxy, dans le moule ou sur la forme elle-même. L'invention concerne également un procédé pour l'obten- tion d'un tel matériau textile multicouches, procédé qui con- siste essentiellement: - à réaliser unie pluralité de tissus élémentaires dont une direction est constituée de fils ayant un module élevé, liés entre eux par des fils de liage tissés lâche s'étendant dans une seconde direction, l'orientation des fils à haut.r-. dule étant différente d'un tissu à l'autre, - a superposer selonr un ordre préétabli un nombre déter- miné de tissus ainsi réalisés, - à assembler par coutures l*empilement de tissus élêmen- taires ainsi formés. L'invention et!as avantages qu'elle apporte seront ce- pendant mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui sont il- lustrés par les schemas annexes dans lesquels: - la figure i est une vue en perspective d'une machine permettant de réaliser un matériau textile multicouches confor- me à l'invention, - les figures 2, 3 et 4 illustrent différents types de tissus élémentaires pouvant entrer dans la réalisation d'un tel matériau multicouches tissus dans lesquels les fils à haut module sont orientés respectivement dans le sens de la chaîne (figure 23, à 450 par rapport au sens de la chaîne (figure 3), à 900 par rapport au sans de la chaîne (figure 4), - les figures 5 à 9 illustrent différentes formes de types de couture permettant de lier les différentes couches élémen- taires formant le matériau conforen à l'invention, ces coutu- res s'étendant dans le sens de la ionqgueur dudit matériau, - la figure 10 est une vue en coupe schématique d'un man tériau textile multicouches réalisé conúormément a l'invention vue selon la ligne 1C de la figure 1e 7têr iau qui peut 'être imprégné avec une résine, - les figures Ila, llb, lic et iLb illustrent les d;iff - rentes étapes de réalisation d'un matériau multicouches réali- sé conformément à l'invention ayant sensiblement, en coupe transversale, la forme d'un i, - la figure 12 est une vue schématique en perspective, partielle, d'une variante dans laquelle le matériau multicou- ches comporte des éléments de renforcement additionnels sur ses bords et, - la figure 13 montre un matériau ayant une forme de I réalisé à partir d'un matériau obtenu conformément au mode de réalisation illustré par la figure 12. Si l'on se reporte aux figures 1 à 4, la référence géné- rale 13 est utilisée pour désigner la machine permettant la réalisation d'un matériau selon l'invention, matériau désigné par la référence générale 17 et qui est constitué d'une plura- lité de couches de tissus élémentaires, l'empilement de ces tissus étant désigné, avant couture, par la référence géné- rale 15. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, l'empilement 15 est constitué de huit couches de tissus élé- mentaires. Ces huit couches de tissus sont formées de trois types de tissus différents, illustrés aux figures 3 et 4, désignés respectivement par les références 14, 16, 18 l'empi- lement de ces différentes couches étant réalisé dans l'ordre illustré schématiquement à la figurelO. Le tissu élémentaire 14 illustré par la figure 2 est constitué principalement de fils à haut module 20 s'étendant dans le sens de la chaîne (direction 0 ) et représentant appro- ximativement 95 % du poids total dudit tissu 14. Ces fils de chaîne sont de préférence des fils à haut module tels que ceux à base de graphite, de bore ou de carbure de silicium mais il est évident, qu'en fonction des résultats recherchés, d'autres types de matière pourraient être utilisés tels que par exem- p'e des fils de verre ou des fibres organiques notamment des fils aramide, polyester. Le maintien des fils est obtenu au moyen de fils de liage lâches 22 tissés dans le sens trame, ces fils étant à base de fils de verre ou de fils organiques, (aramide, polyester) et ayant essentiellement pour fonction de maintenir l'orientation des fils 20. Le tissu élémentaire 16 illustré par la figure 3 est constitué également pour partie majoritaire (environ 95 %) de fils à haut module 24, par exemple à base de graphite, ces fils formant un angle de 45e par rapport au sens longitudinal du tissu. Le maintien des fils 24 est cbtenu au moyen de fils de - 6 - chaîne 26, tissés lâche avec les fils précités, ces fils de liaga étant à base de fils de verre ou de fils organiques. Le tissu élémentaire 18 illustré par la figure 4 est, quant à lui, constitué pour partie majoritaire (environ 95 %) de fils à haut module (graphite par exemple) s'étendant à 90 par rapport à la direction longitudinale du tissu c'est-à-dire, dans le cas présent, dans le sens trame. Le maintien de ces fils 28oest obtenu au moyen de fils de chaîne tissés lâche 30, fils constitués de fils de verre ou de fils organiques. La figure 1 illustre schêmatiquement la rèalisaticn d'un matériau textile multicouches obtenu conformément à l'invention à partir de tels tissus élémentairas illustrés par les figures 2, 3, 4 le matériau ocbtenu éLant par ailleurs illustre schémas tiquement en coupe transversale à la figure 10. Si l'on se repoxte à la figure 1, pour obtenir un mate- riau textile multicouches comportant huit tissus élémentaires on utilise huit bobines formnes _ partir des tissus illustrés par les figures 2, 3 et 4 et supportées sur un bâti 48 disposé à l'arrière de l'insnallation 13. Les rouleaux seront position- nés de telle sorte que l'on obtienne un empilement 15 dans lequel les couches éléaentaires successives présentent des fils à haut module ayant des orientations différentes à savoir for- mant, par rapport à la J.ongueur du tissu, successivement des angles 0', C 45 , -45 , 90 , 90' - 45 , +45e, 0 . Pour ce faire, les rouleaux supérieur et inf-ieur 32 et 46 sont for- més d'un tissu éléentaire 14 illustre par la figure 2; les rouleaux 34 et 44 sont formes d'un tissu 16 illustré par la figure 3; les rouleaux 38 et 40 sont à base d'un tissu illus- tré à la figure 4. Les rouleaux 36 et 42 sont égalemrent cons- titués d'un tissu 16 illustre à la figure 3 mais dans ces rouleaux les fils à haut module 2 st orientés dans la di- rection -45 au lieu de l'erre dans la Direction +45 . Un tel tissu dont les fils à haut module sc.t o&ientés à -450est d- signé par la réfzLence 16'. Les tissus élémentaires 14, i6, 16e et 1i stockés sur les rouleaux 32 à 46 sont disposes s -l.n.'ordre indiqué ci- dessus et sont amenés par l'interiuédiaire dC cylindres 50 sur le tablier de la machine 13 afin de former un empilement 15. Cet empilement 15 est entraîné sur le tablier 54 de la -7- machine, par exemple au moyen de cylindres d'appel (non repré- sentés) l'ensemble étant ensuite renvidé, par exemple sur un rouleau, de manière conventionnelle (non représenté). Pendant son déplacement, l'empilement 15 passe sous une pluralité de têtes de couture 56 dontdeux seulement sont représentées par mesure de simplification à la figure 2, et qui permettent d'assembler les différentes couches entre elles. Ces têtes de couture 56, dont le nombre sera fonction de la liaison désirée, permettent de réaliser des coutures longitudinales désignées par la référence 60, coutures ayant de préférence des mailles lâches et qui s'étendent sur toute l'épaisseur du matériau 15. De préférence, le fil utilisé pour réaliser des coutures est un fil fin (verre, aramide, polyester...) qui est alimenté à partir de bobines 64 montées sur un support 58 constituant l'ensemble de couture. Le matériau textile multicouches cousu 17,conforme à l'invention présente une structure schématisée à la figure 10. Comme dit précédemment, le nombre de fils de couture 60 peut varier. Il est également possible de faire varier la for- me des coutures par exemple en leur donnant des configurations telles que celles qui sont illustrées aux figures 5 à 9. Ainsi, dans l'exemple illustré par la figure 5, l'empile- ment 15 est cousu au moyen de coutures 66 ayant une forme si- nusoïdale alors que dans la figure 6 les coutures 70 ont sen- siblement la forme de V les coutures 74 de la figure 7 étant strictement parallèles les unes aux autres. Des coutures doubles 80-82 ou 88-90 peuvent également être réalisées ainsi que cela est représenté aux figures 8 et 9. Un tel matériau multicouches peut être utilisé soit tel quel pour réaliser un matériau stratifié par exemple à partir de résine epoxy, soit, éventuellement, être préimpr4gné d'une résine prépolymérisée pour être stocké dans cet état avant utilisation. Les conditions permettant de réaliser de tels stratifiés seront celles habituellement utilisées et ne seront donc pas décrites en détail. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et le matériau textile multi- couches selon l'invention peut comporter un nombre plus ou moins important de couches élémentaires. Par ailleurs, si l'invention permet d'obtenir des maté- riaux multicouches plans, elle présente également l'avantage de permettre la réalisation de matériaux multicouches ayant d'autres configurations par exemple une section en forme de I, T, Y... Les figures lla à llb illustrent l'obtention d'un tel matériau ayant la forme d'un I et les figures 12 et 12a une variante d'un tel matériau. Le processus opératoire pour réaliser un matériau textile multicouches permettant d'obtenir un article stratifié ayant la forme d'une poutre en I à partir d'un empilement constitué de huit tissus élémentaires (par exemple) est le suivant. Tout d'abord, après avoir réalisé l'empilement des huit tissus élémentaires selon la séquence désirée,on réalise deux coutures 62 dans la partie centrale permettant de lier- ces huit couches. Cela étant fait, on replie les bords 94 des qua- tre couches supérieures 93 et, dans les quatre couches infé- rieures 95 on réalise -deux coutures 96 permettant de lier les extrémités 97 des quatre couches inférieures 95. L'empilement est ensuite retourné de manière à réaliser d'une façon simi- laire deux coutures 98 sur les bords 94 des quatre couches 93 (figure llb). On obtient donc un ensemble (figure llb) comportant une partie centrale et deux extrémités en forme de V. Ces extrémités 94-97 peuvent être repliées à 90 (figure 11b) pour obtenir une poutre ayant la forme d'un I. Il est également possible d'obtenir grâce à une telle technique des matériaux textiles multicouches en forme présen- tant des parties renforcées tel que cela est représenté aux figures 12, 12a. Ainsi, dans l'exemple illustré par ces figu- res, des bandes de renforcement provenant de rouleaux 110 cons- tituées par exemple d'un matériau tissé unidirectionnel du ty- pe illustré par la figure 2 seront disposées au dessus du rou- leau 32 et des bandes provenant de rouleaux 112, à base d'un matériau similaire, séront disposées en dessous du rouleau 46. Les bandes 114, 116 précitées Font liées par coutures 115,126 ainsi que cela est illustré à la figure 12a dans les zones de l'em- pilement destinées à être repliées. - 9 - La description qui précède montre bien les avantages ap- portés par l'invention et notamment le fait qu'elle permet d'obtenir de manière simple, rapide et sûre des matériaux tex- tiles multicouches pouvant avoir des formes diverses et qui peuvent être facilement imprégnés de résine en vue de réaliser des articles stratifiés. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits précédemment mais elle en couvre égale- ment toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, si la liaison des différentes couches entre elles a été plus particulièrement décrite en faisant appel à une technique de couture, il est évident que d'autres techniques équivalentes pourraient être utilisées par exemple des techniques d'aiguil- letage, de tricotage. De plus, les tissus élémentaires entrant dans la composi- tion d'un tel matériau pourraient avoir des orientations dif- férentes de celles décrites par exemple être orientés à 30 par rapport à la longueur du tissu. - 10 - REVENDICATIONS 1/ Article textile multicouches pour le renforcement de matériaux stratifiés du type selon lequel chaque couche tex- tile est constituée par un tissu dont une direction est formée de fils (20, 24, 28) présentant un module élevé, fils main- tenus entre eux par des fils de liage (22, 26, 30) tissés lâche s'étendant dans une seconde direction caractérisé parle fait que les différentes couches élémentaires (14, 16, 16', 18) sont superposées de telle sorte que les fils à haut modu- O10 le (20, 24, 28) soient orientés différemmernt d'une couche par rapport à l'autre, la liaison des différentes couches entre elles étant obtenue par ouitures (60) dans le sens de l'épais- seur de l'empilement formé. 2/ Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins trois couches superposées (14, 16, 18), chacune de ces couches textiles étant telles: - que dans la première (14) les fils à haut module (20) soient orientés dans le sens longitudinal du tissu (chaîne), la deuxième (16) comportant des fils à haut module (24) s'étendant sensiblement à 45 par rapport à la direction lon- gitudinale du tissu, - et la troisième (18) présentant des fils haut module (28) orientés transversalement par rapport à la longueur du tissu. 3/ Matériau selon l'une des revendications 1 et 2,carac- térisé par le fait que les coutures (60) permettant de relier entre elles les différentes couches textiles sont réalisées dans le sens longitudinal des tissus et sont soient rectilig- nes, sinusoïdales, en forme de V. 4/ Matériau selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé par le fait qu'il présente une section en forme de I, de T,... / Matériau selon l'une des revendications 1 à 4, carac- térisé par le fait qu'il est imprégcn avec une résine prépoly- mérisée et stocké avant utilisation définitive. 6/ Procédé pour l'obtention d'un matériau textile multi- couches selon l'une des revendicaticns i à 5, caractérisé par le fait qu'il consiste essentiellemennt: - à réaliser une pluralité de tissus élémentaires (]4, 16, 18) dont une direction est constitué de fils ayant un module 249??t6 - il - élevé (20, 24, 28), liés entre eux par des fils de liage (22, 26, 30) tissés lâche s'étendant dans une seconde direction, l'orientation des fils à haut module étant différente d'un tissu à l'autre, - à superposer selon un ordre préétabli un nombre déter- miné de tissus (14, 16, 18) ainsi réalisés, - à assembler par coutures (60) l'empilement de tissus élémentaires ainsi formés. 7/ Procédé selon la revendication 6 pour l'obtention d'un matériau textile multicouches ayant la forme d'une poutre en I qui consiste, après avoir constitué un empilement d'une plu- ralité de tissus élémentaires (14, 16, 18) à réaliser deux coutures (62) dans la partie centrale permettant de lier l'em- pilement sur toute son épaisseur puis, à replier les bords (94) des couches supérieures (93) et, dans les couches infé- rieures(95) à réaliser deux coutures (96) permettant de lier l'extrémité (97) des couches inférieures (95), l'empilement étant ensuite retourné de manière à réaliser d'une façon simi- laire deux coutures (98) sur les bords (94) des couches (93). 8/ Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, carac- térisé par le fait que l'on incorpore des bandes de renforce- ment (114, 116), de part et d'autre de l'empilement et ce dans certaines zones, ces bandes étant liées par coutures audit em- pilement.