Brevet FR2591240A1 — publié le 19870612

1. 2 2591240 La présente invention a trait à un nouveau type d'articles textiles multicouches utilisables pour la réali- sation de matériaux stratifiés; elle concerne également un procédé ainsi qu'un dispositif permettant l'obtention d'un tel matériau. Les matériaux stratifiés sont connus depuis fort longtemps et sont constitués par une alternance de couches de matière textile (tissus, nappes non tissées..) que l'on imprègne de résine, l'ensemble étant ensuite traité thermi- quement afin de provoquer la polymérisation de ladite résine et le durcissement de l'ensemble. Ces matériaux ont trouvé de nombreuses applica- tions, soit sous la forme d'éléments plans (plaques), soit sous la forme d'éléments à surface de révolution, à généra- trice rectiligne ou non, tel que tube, cône.. A ce jour, divers types de structures textiles mul- ticouches ont été proposés pour réaliser de tels matériaux. Parmi ces structures, celle qui permet d'obtenir les meilleu- res caractéristiques mécaniques, une très bonne résistance aux chocs, à l'abrasion.. présente la caractéristique de com- porter des fils orientés selon trois directions différentes, généralement perpendiculaires entre elles. De tels articles textiles sont couramment désignés par l'expression "tissus tridimensionnels", expression qui sera utilisée dans la suite de la description. De tels tissus tridimensionnels peuvent être obte- nus de diverses manières, les procédés les plus répandus con- sistant à former d'abord une structure bidirectionnelle en em- pilant successivement soit des nappes formées de fils paral- lèles, soit des tissus tissés. Les nappes sont superposées en les entrecroisant de manière à obtenir de bonnes caractéristi- ques mécaniques dans toutes les directions, la troisième di- rection étant obtenue par la liaison par couture, selon une direction perpendiculaire ou oblique par rapport au plan des nappes superposées. Si un tel mode de liaison par couture qui permet de former la troisième direction du tissu tridimensionnel peut 2. 2591240 être facilement mis en oeuvre lorsque l'on souhaite réaliser des articles plans, il n'en n'est pas de même en ce qui con- cerne la fabrication de pièces en tissu tridimensionnelles, ayant la forme de volume de révolution, par exemple des piè- ces cylindriques, des pièces en forme de cône... Diverses techniques ont été proposées pour réali- ser de tels articles. Parmi ces techniques, on peut citer celle faisant l'objet du FR-A-2 315 562 et qui, d'une manière générale, consiste à réaliser autour d'un mandrin support de forme cor- respondant à celle de la pièce à obtenir, une superposition de nappes de fils dits longitudinaux s'étendant selon une première direction et de nappes de fils dits transversaux cir- conférentiels parallèles s'étendant selon une direction diffé- rente de celle des fils dans la premiere série de nappes, la superposition étant réalisée de préférence selon une succes- sion alternée de nappes de la première puis de la seconde sé- ries, cet empilement de nappes étant lié par une troisième série de fils, dits radiaux et qui sont constitués de coutures parallèles, régulièrement espacées les unes des autres, et disposées en général selon les génératrices de la pièce. Une telle technique exige pour sa mise en oeuvre un appareil com- plexe, notamment en ce qui concerne la réalisation des mandrins support qui doivent être conçus de manière à pouvoir ménager sur leur surface des lacunes suffisantes destinées au passage de l'aiguille lors de la couture par le fil de la troisième direction. Lors de la réalisation des coutures parallèles, il convient de faire tourner pas à pas le mandrin support et, à chaque fois, une lacune doit se trouver en dessous de la tête de tricotage. On conçoit donc aisément qu'il n'est pas possi- ble, grâce à un tel procédé, de faire varier facilement la densité des coutures, étant donné que leur espacement est en général constant. De plus, dans une telle technique, il n'est prati- quement pas envisageable de réaliser des couches élémentaires de l'empilement à partir de tissus bidirectionnels. Pour résoudre ce problème de la complexité du man- 3. 2591240 drin support, il a été proposé, dans le FR-A-2 355 936 de réaliser l'empilement des nappes (constituées de fils paral- lèles ou de tissus bidimensionnels) sur un support en maté- riau pyrolysable, et ensuite à effectuer la couture de l'em- pilement desdites nappes et du support par le fil s'étendant selon la troisième direction. Le support est ensuite éliminé par traitement thermique. Un tel processus permet de sur- monter les problèmes posés par l'utilisation d'un mandrin sup- port présentant des lacunes comme dans FR-A-2 315;562, mais en revanche, les coutures sont toujours également faites paral- lèlement aux génératrices. Par ailleurs, la réalisation de la couture s'en trouve compliquée étant donné qu'il est néces- saire de prendre certaines précautions pour que les fils de couture se nouent dans l'épaisseur des supports si l'on ne veut pas avoir une formation de boucles à l'intérieur de la pièce après élimination par pyrolyse desdits supports. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un nouveau type d'articles textiles mul- ticouches tridimensionnels qui permet de réaliser des articles en forme (cube, cône..) présentant de très grandes caractéris- tiques mécaniques et qui, par ailleurst peut/être obtenu par un procédé beaucoup plus simple et sur à mettre en oeuvre que les procédés antérieurs. Ledit procédé fait également partie de l'invention. D'une manière générale, l'invention concerne donc un nouveau matériau textile multicouches pour la réalisation d'un article stratifié du type selon lequel chaque couche est constituée par un tissu bidirectionnel, lesdites couches étant liées entre elles par un troisième fil s'étendant selon une direction faisant un angle donné par rapport au plan formé par la direction des fils dans les différentes couches et se caractérise par le fait que ledit troisième fil forme une cou- ture continue, ladite couture s'étendant d'une extrémité à l'autre de l'empilement sous la forme d'une hélice. Le matériau selon l'invention peut se présenter sous différentes formes, par exemple d'un cylindre, d'un cone, la combinaison d'un cylindre et d'un cône... Bien entendu, 4. 2591240 d'autres formes plus complexes pourraient être réalisées sans sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, la couture en forme d'hélice peut être réalisée soit de manière à avoir un pas constant sur toute la longueur de l'article, soit éventuellement en fai- sant varier ce pas. Il est donc possible, en fonction de la forme de la pièce à réaliser, de modifier à volonté la densi- té des fils de la troisième direction constituée par la cou- ture. L'invention concerne également un procédé permet- tant la réalisation d'un tel article tridimensionnel ainsi qu'une installation permettant la mise en oeuvre de ce procé- dé, procédé qui se caractérise essentiellement par le fait que l'on réalise un empilement de couches de tissus bidirec- tionnels autour d'un mandrin fixe ayant la forme de la sec- tion interne de l'article à réaliser, ledit empilement étant formé sur deux couronnes le maintenant tendu par chacune de ses extrémités de telle sorte qu'il puisse être entraîné en rotation autour du mandrin précité, la liaison par couture étant obtenue au moyen d'un ensemble fixe par rapport au man- drin. L'invention et les avantages qu'elle apporte se- ront illustrés grâce à l'exemple de réalisation donné ci- après à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux - dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en perspec- tive d'un tissu tridimensionnel réalisé conformément à l'in- vention; - la figure 2- est une vue schématique en perspec- tive, éclatée d'une installation permettant la réalisation d'un tel tissu; - la figure 3 est une coupe longitudinale d'une telle installation montrant la manière dont est réalisée la couture au travers de l'empilement de tissus bidirectionnels. Si l'on se reporte aux dessins annexes et plus particulièrement à la figure 1, le matériau tridimensionnel conforme à l'invention se présente sous la forme d'un corps 2 559 1 2 40 de révolution, par exemple d'un cylindre (1) constitué par la superposition d'une pluralité de nappes textiles compor- tant des fils (2) disposés circonférentiellement et des fils (3) disposés selon les génératrices de la pièce. Les couches élémentaires comportant ces fils selon deux directions seront avantageusement constitués par un tissu. La troisième direc- tion est obtenue par une couture (C) qui traverse l'empile- ment préalablement formé, ladite couture se caractérisant se- lon l'invention par le fait qu'elle est continue et se pré- sente sous la forme d'une spirale s'étendant d'une extrémité à l'autre de la pièce. Le pas P de la couture sera réglé en fonction de la pièce à réaliser et peut varier sur la longueur de la pièce. Si dans la description, l'invention est décrite pour la réalisation d'un tissu tridimensionnel cylindrique, il est évident que cela n'est pas limitatif. Pour réaliser un tel cylindre, on utilise une ins- tallation du type faisant l'objet des figures 2 et 3, et qui est constituée essentiellement par un chariot (4) sur lequel est réalisé l'empilement (5) de tissus bidirectionnels et qui est déplacé en regard d'une tête de couture (6) destinée à assurer la liaison des différentes couches et la formation de la troisième direction de fils. La tête de couture (6) peut avoir la structure et fonctionner d'une manière similaire à celle faisant l'objet du FR-A-2 315 562 et ne sera donc pas décrite en détail par mesure de simplification. Concernant le chariot (4), il est constitué essentiellement d'un bâti comportant deux montants (7, 8) montés déplaçables sur des glissières (9, 10) (ou système équivalent). Le déplacement du bâti (4) peut être obtenu au moyen d'un système à vis sans fin (11) commandé par un moteur (12). Ce déplacement sera effectué pas à pas en dessous de la tête de couture proprement dite et ce, en fonction du pas P de la couture C que l'on sou- haite réaliser en hélice. Afin de réaliser une telle couture en hélice, en- tre les deux montants (7, 8) du bâti, est monté fixe un man- 6. 2g91240 drin (12) dont la forme correspond à celle de la section interne de la pièce à réaliser et qui, dans le cas présent, est donc cylindrique. Un tel mandrin (12) est fixe et com- porte une fente ou lacune (13) dans sa partie supérieure destinée à permettre le passage de l'aiguille (14) de couture. Conformément à l'invention, l'empilement de tissus (5) n'est pas réalisé autour du mandrin fixe (12) mais autour de deux couronnes d'extrémité (15, 16) entre lesquelles il est main- tenu tendu. La fixation de l'enroulement sur les portées (17, 18) desdites couronnes (15, 16) est réalisée par tout moyen approprié, tel que par exemple au moyen de feuillards. Ces couronnes (15, 16) sont montées sur le bâti (4), et plus particulièrement sur les montants (7, 8), de manière à pou- voir être entraînées en rotation, pas à pas, et ce d'une lon- gueur correspondant à la longueur des mailles à réaliser. Conformément à l'invention, il est impératif que l'empilement formé puisse glisser pratiquement sans frottement autour du mandrin (12) qui, à la limite, pourrait même être supprimé et a cependant pour fonction de faciliter la réalisation de la couture. En général, les portées (17, 18),des couronnes (15, 16) sont conçues de telle sorte qu'un léger vide subsiste entre le mandrin (12) et la couche inférieure de l'empile- ment (5), vide en général de l'ordre de 0,5 millimètre. Grâce à un tel procédé et dispositif, il est donc possible, en synchronisant la rotation de l'empilement de tissus bidirectionnels et l'avance du chariot (4) portant le- dit enroulement, de faire varier non seulement la longueur des mailles de la couture C mais également le pas P de la spirale formée par ladite couture. Exemple: Sur une installation du type précité, on réalise, par bobinage, un empilement (5) de tissus bidirectionnels, constitué de cinquante couches d'un tuban tissé ayant les ca- ractéristiques suivantes: - contexture chaîne et trame: fils de verre EC 13/300 tex/1383/Z20; 7^. 2591240 - armure de point satin de 8 comportant dix fils de chaîne et dix fils de trame du type précité; - largeur du ruban: 150 millimètres; - largeur des lisières: dix millimètres; - épaisseur du tissu: 40/100èOme de millimètre. On enroule cinquante couches d'un tel ruban autour des portées (17, 18) des deux couronnes (15, 16) en prenant soin de bien le maintenir en tension. L'empilement formé a une épaisseur de vingt millimètres, le diamètre interne de l'enroulement étant de 120 millimètres. Le blocage des extrémités du ruban est réalisé au niveau des portées (17, 18) des couronnes (15, 16), par exem- ple au moyen d'un feuillard. Cet enroulement étant réalisé, conformément à l'in- vention, on lie les différentes couches entre elles au moyen d'une couture continue s'étendant d'une extrémité à l'autre dudit enroulement. Pour ce faire, le chariot (4) est amené en position reculée de telle sorte que la tête de tricotage réa- lise le premier point de couture au niveau de l'extrémité de la fente (13) proche de la première couronne (16). La liaison est réalisée au moyen d'un fil de verre EC9/130 tex (68/2) / F 150/1583. Les déplacements du chariot (4) qui permettent de déterminer le pas P de l'hélice ainsi que la valeur de la ro- tation des couronnes (15, 16) seront réglés de manière à avoir un pas P de six millimètres et une longueur de mailles de 6,28 millimètres. Par rapport aux articles similaires réalisés anté- rieurement au moyen de coutures continues mais parallèles aux génératrices de la pièce à réaliser, un tel procédé permet de travailler en continu. De plus, une telle liaison des couches par une couture en hélice permet d'obtenir un article beaucoup plus homogène car il n'y a aucun compactage de l'empilement lors de la réalisation de la couture. Enfin, il est possible, notamment lorsque l'on souhaite réaliser d'une manière similaire des pièces de forme conique ou à génératrices complexes, de faire varier le pas de la couture, donc d'adapter la densité des fils radiaux formés par les coutures aux caractéristiques du produit. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation donné précédemment mais elle en cou- vre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ain- si, par exemple, il pourrait être envisagé de réaliser l'empi- lement de matériaux bidirectionnels non pas à partir de tis- sus plats mais à partir de manchons cylindriques o coniques. 9 2 5 92591240 REVENDICATIONS 1. Article textile multicouches pour la réalisation de matériaux stratifiés du type selon lequel chaque couche est constituée par un tissu bidirectionnel, lesdites couches étant liées entre elles par un troisième fil s'étendant selon une direction formant un angle donné par rapport au plan formé par la direction des fils dans les différentes couches, carac- térisé par le fait que ledit troisième fil forme une couture (C) continue, ladite couture s'étendant d'une extrémité à l'autre de l'empilement selon la forme d'une hélice. 2. Article textile selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que la couture (C) en forme d'hélice est réalisée soit de manière à avoir un pas constant sur toute la longueur de l'article, soit éventuellement en faisant varier ce pas. 3. Procédé pour la réalisation d'un article textile multicouches selon l'une des revendications 1 ou 2, caracté- risé par le fait que l'on réalise un empilement (5) de couches de tissus bidirectionnels autour d'un mandrin fixe (12) ayant la forme de la section interne de l'article à réaliser, ledit empilement (5) étant formé sur deux couronnes (15, 16) le maintenant tendu par chacune de ses extrémités de telle sorte qu'ii puisse être entraîné en rotation autour du mandrin pré- cité, la liaison par couture étant obtenue au moyen d'un en- semble fixe par rapport audit mandrin, l'aiguille passant dans une ouverture (12) prévue dans ce mandrin, qui est déplacé pas à pas en dessous de la tête de couture (6). 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé se- lon la revendication 3, pour l'obtention d'un article textile multicouches selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risé par le fait qu'il est constitué essentiellement par un chariot (4) sur lequel est réalisé l'empilement (5) des tissus bidirectionnels et qui est déplacé en regard d'une tête de-cou- ture (6) destinée à assurer la liaison des différentes couches et la formation de la troisième direction de fil, ledit cha- riot (4) étant déplaçable pas à pas en dessous de la tête de couture (6) et l'empilement (5) de tissus bidirectionnels étant maintenu sur deux couronnes (15, 16) montées rotatives 10. 2591240 sur les deux montants (7, 8) du bâti du chariot (4), ledit enroulement (5) de matière entourant un mandrin fixe (12) comportant une lumière (13) disposée en regard de la tête de couture (6) de sorte qu'il puisse être déplacé autour de ce mandrin sans aucun frottement avec celui-ci.