Brevet FR2605929A1 — publié le 19880506

-1 - La présente invention concerne un matériau textile permettant la réalisation d'articles stratifiés par moulage par injection, et plus particulièrement par injection sous vide. D'une manière générale, les technologies de trans- formation permettant la réalisation d'articles stratifiés (ou composites), c'est-à-dire de matériaux à base d'une résine renforcée par une structure textile, tissus notam- ment, peuvent se Regrouper en deux grandes catégories, à savoir: - les technologies à fort investissement faisant ap- pel à des structures textiles (tissus) pré-imprégnées et- qui sont mises en oeuvre au moyen d'autoclaves, presses, lesdits investissements étant proportionnels à la taile de la pièce à réaliser et, - les technologies à faible investissement essentiel- lement de moulage par contact. Si, schématiquement, les propriétés mécaniques sont en relation directe avec le niveau d'investissement, il est à noter que ces deux familles nécessitent l'une et l'autre une main-d'oeuvre importante et ne permettent que de faibles cadences de production. De plus, les technologies à faible investissement sont souvent des technologies polluantes, de reproducti- bilité et fiabilité relativement limitées. - 2 - De très nombreux travaux ont été effectués pour ré- soudre ces différents problèmes, notamment au niveau de l'automatisation des procédés mais, à ce jour, aucune so- Jution entièrement satisfaisante n'a encore été proposée. Depuis quelques années, notamment dans le domaine des industries du sport et des loisirs, il a été proposé de réaliser des pièces moulées en grandes séries selon la technique dite "par injection" en utilisant notamment com - me structures textiles de renforcement des mats de ver- re et comme résines des résines polyester. Une telle tech- nologie présentant comme avantage de nécessiter des inves- tissements modérés, de permettre des cadences de produc- tion élevées, d'être facilement automatisable, non pol- luante et d'avoir une bonne reproductibilité et fiabili- té des résultats. Si cette technique donne satisfaction dans le cas o l'on souhaite réaliser des pièces présen- tant des propriétés mécaniques relativement peu élevées, en revanche, lorsque l'on souhaite réaliser des pièces à très grande résistance, c'està-dire comportant une forte teneur en structure textile de renforcement, il a -ta constaté qu'il était difficile, voire impossible de la mettre en oeuvre, les renforts textiles formant en quelque sor- te une barriè_re empêchant la circulation de la résine et ne permettant donc pas d'avoir une imprégnation homogène. Pour résoudre ces problèmes, diverses solutions ont été proposées consistant soit à injecter la résine sous forte pression soit à la rendre très fluide pour facili- ter sa pénétration. Il a également été proposé d'adapter les renforts textiles, par exemplé- en traitant chimique- ment les fibres, en réalisant une préimprégnation des dif- férentes couches de renfort4en-maintenant les filaments élémentaires des fils des tissus de renfort aussi plats et parallèles les uns aux autres que possible, voire même -3- en réalisant des structures perforées. Si les solutions proposées permettent d'obtenir des résultats satisfaisants, il convient cependant de noter que, généralement, cela est au détriment d'un ou de plu- sieurs paramètres intéressants de la technique de mou- lage par injection (renforts plus complexes, résine peu performante, investissement plus élevé... Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un matériau textile permettant la réalisation d'articles stratifiés par moulage par injec- tion, sous vide notamment, qui permet de surmonter ces inconvénients. Le matériau selon l'invention, permettant la réali- sation d'articles stratifiés par le procédé de moulage par injection, procédé qui consiste à réaliser dans un moule de forme appropriée, un empilement de nappes de renfort textile et, après fermeture du moule et mise sous vide, à injecter la résine se caractérise en que au moins la couche centrale de l'empilement de renforts textiles a uns structure telle qu'elle présente, au moins dans une de ses directions (sens long ou sens travers) un état de surface formant des canaux parallèles permet- tant l'écoulement de la résine lors de l'injection. Dans le cas de l'utilisation avec un procédé d'in- jection sous vide, l'injection de résine peut se faire, en fonction de la géomét..ie de la pièce à réaliser, soit par un canal périphérique continu. entourant la pièce, l'aspiration étant produite dans la partie centrale de telle sorte que l'imprégnation du renfort textile se fasse simultanément de tous les côtés, depuis la péri- phérie en allant vers le centre, soit par injection à une extrémité et le vide se faisant à l'autre extrémité. -2605929 -4= l'ensemble des couches si toutes en comporte), se présen- teront sous la forme d'hélices continues, juxtaposées ou séparées les unes des autres, parallèles, et qui donc forment non seulement un canal sur chacune des faces de la couche de renfort mais également dans son épaisseur. L'obtention d'une telle structure dans l'empilement des renforts textiles est obtenue, conformément à l'in- vention, en réalisant au moins l'une des couches dudit empilement à partir d'un tissu chaîne et trame dans lequel au moins une partie des fils de chaîne et/ou detrarne au- ront soit reçu une torsion suffisante permettant, lorsque le tissu est réalisé, d'obtenirun canal en forme d'hé- lice entre deux fils consécutifs, soit été guipé au moyen d'un fil additionnel, c'est-à-dire d'un fil enroulé à la périphérie des brins élémentaires sous-la forme d'une hé- lice, le guipage étant bien entendu réalisé de préférence de manière non jointive pour obtenir également le canal en forme d'hélice. De préférence, l'ensemble des fils de chaîne et de trame auront la configuration précitée (fils tordus ou fils guipés) mais il peut être envisagé de réaliser des tissus présentant, en chaîne et/ou en trame, une alter- nance de fi-ls ainsi tordus avec des fils non tordus (ou quiD4s). L'invention et les avantages qu'elle apporte serqnt cependant mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif. Exemple 1: On réalise un tissu permettant la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention ayant les caractéristiques suivantes: -5- - LARGEUR: 120 cm ARMURE DE TISSAGE:Satin de 4 - NATURE DU fIL Chaîne:Fil aramide 1267 Dtex- non tordus Trame:Fil aramide 1267 Dtex- tordus-à 80 t/m - MASSE SURFACIQUE: 175 18 g/m2 - CONTEXTURE Chaîne: 67 + 3,5 fils/10 cm Trame:65 + 3,5 coups/lOcm - EPAISSEUR:0,25 + 0,03 mm Un tel tissu présente donc dans le sens de sa trame des canaux continus, en forme d'hélices, obtenus grâ- ce à la torsion communiquée aux fils. A partir d'un tel matériau, on réalise un renfort textile comportant dix nappes identiques ayant donc une épaisseur d'environ 2,5 mm, 2 m de longueur et 0,5m de largeur. Le moulage par injection sous vide d'un tel matériau s'effectue de manière aisée, l'imprégnation étant régu- lière et constante en allant de la périphérie au centre et ce, sur toute l'épaisseur de l'empilement. Exemple 2: - LARGEUR: 120 cm - ARMURE DU TISSAGE: Sergé 2 lie 2 - NATURE DU FIL Chaîne:fils de verre 68 x 4 - tordus à 150 t sens Z Trame:fils de verre 272 Tex tordus à 20 t sens Z MASSE SURFACIQUE:300 + 15 g/m -6- - CONTEXTURE Chaîne: 56 + 3,0 fils/10 cm Trame: 52 + 3,0 coups/10 cm - EPAISSEUR: 0,36 + 0,04 mm Un tel tissu présente donc, dans le sens de sa chaî- ne, des canaux continus, en forme d'hélice,obtenus grâce à la torsion communiquée aux fils de chaîne. Comme dans l'exemple 1, à partir d'un tel matériau, on réalise un renfort textile comportant dix nappes iden- tiques, ce renfort ayant donc une épaisseur d'environ 3,6 mm, sa longueur et sa largeur étant la même que dans l'exemple précédent. Le moulage par injection sous vide d'un tel matériau s'effectue également de manière aisée, l'imprégnation étant régulière et constante en allant de la périphérie au centre et ce, sur toute l'épaisseur de l'empilement. Exemple 3: - LARGEUR: 100 cm - ARMURE DU TISSAGE: Taffetas - NATURE DU FIL Chaîne: fils de carbone 3K non tordus Trame: alternance de un fil de carbone non tordu avec un fil de carbone 3K guipé avec uwn fil de polyester à rai- son de 260 tours par mètre. - POIDS MOYEN: 195 + ag/cm2 - CONTEXTURE Chaîne:4,9 + 2 fils/cm Trame: 1) 2,4 + 2 fils/cm de fil de carbone non guipe 2) 2,4 + 2 fils/cm de fil de carbone guipé -7- Un tel tissu présente donc, dans le sens de sa tra- me (sens travers) des canaux continus, à la fois à la forme d'hélice, constitués par des fils guipés et recti- lignes par l'espace compris entre les fils de trame non guipés et les fils guipés. Comme dans les exemples précédents, il est possible à partir d'un tel matériau, de réaliser un renfort texti- le comportant un grand nombre de nappes superposées, le moulage par injection sous vide étant également effectué de manière aisée avec une imprégnation régulière et cons- tante. Exemple 4 - LARGEUR: 100 cm - ARMURE DU TISSAGE: Taffetas - NATURE DU FIL Chaîne: Crbone 3I n6ii--tordus Trame: 1) Carbone 3K non tordu 2) Carbone 3K guipe avec un fil polyester à raison de - POIDS MOYEN:195 + 8g/m2 260 tours/m. - CONTEXTURE Chaîne (fils/cm):4,9 + 2 fils/cm Trame (fils/cm):1) 16 + 2fils/cm de fils de carbone non guipés 2) 32 + 2fils/cm de car- bonre guipé. Un tel tissu présente donc dans son sens trame des canaux parallèles ayant à la fois:la forme d'une spirale formée par les fils de guipage, séparées entre elles par des canaux rectilignes obtenus par les fils de carbone non guipDs. - 8 - Les renforts textiles de forte épaisseur constitués d'une pluralité de nappes d'un tel matériau sont égale- ment facilement moulables par injection sous vide. Les exemples qui précèdent montrent bien les avanta- ges apportés par le procédé conforme à l'invention, no- tamment le fait qu'il est possible de réaliser une impré- gnation parfaite selon la technique d'injection sous vide et ce, même avec une forte teneur en matériau textile de renforcement. Par ailleurs, si dans les exemples précédents, tou- tes les couches de l'empilement étaient réalisées à par- tir d'un matériau comportant des canaux, il a été éga- lement constaté qu'il suffisait qu'une seule de ces cou- ches, disposée dans la zone centrale de l'empilement, soit réalisée à partir d'un matériau conforme à l'inven- tion, toutes les autres couches disposées de part et d'autre de cette couche intermédiaire pouvant être à base de la structure textile ne comportant pas une telle ca- ractéristique, pour que l'on obtienne également une très bonne répartition de la résine sur toute la largeur et épais- seur dudit empilement. A titre comparatif, des essais similaires réalisés à partir de tissus ayant les mêmes contextures et les mêmes armures que ceux des exemples 1 à 4 précédents, mais dans lesquels aucun des fils n'avait reçu de torsion ou n'avait été guipé, ont montré qu'en procédant de la même manière par injection sous vide pour un empilement formé d'un même nombre de couches;, et ce sur un panneau ayant les mêmes dimensions, que la pénétration de la ré- sine à l'intérieur du panneau était bloquée très rapidement et n'arrivait pas jusqu'au centre. - 9 - Grâce au procédé selon l'invention, il est donc possible d'obtenir au moyen d'une technique d'injection très simple, très fiable, des matériaux présentant des taux de renfort textile très importants, impossibles à obtenir à ce jour par une technique d'injection similaire et qui ne pouvaient être réalisés que par l'intermédiai- re de technologies chères, complexes telles que celles faisant appel à des autoclaves. Grâce à l'invention, il est donc possible par la combinaison du procédé d'injection sous vide et l'utili- sation de structures de renforcement dont au moins une des couches est à base d'un matériau présentant un état t5 de surface formant des canaux parallèles à moins d'une de ses directions,. d'obtenir des pièces stratifiées (composites) présentant des caracté- ristiques techniques importantes et ce, avec: - un niveau d'investissement très faible, - une vitesse de production élevée et très modula- ble, - la possibilité de réaliser des pièces de grandes tailles sans augmenter le niveau d'investissement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples donnés précédemment mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Par exemple, la structure textile de renforcement pourrait être à base de tout autre matériau que ceux utilisés dans les exemples donnés et les armures des tissus également être adaptées. Eventuellement, au lieu de tissus, on pourrait utiliser une structure tricotée, une structure non-tissée à condition qu'elle présente des canaux conformément à l'invention., De même, si les renforts peuvent être cons- titués de couches élémentaires empilées, l'invention peut - 10 - être appliquée aux structures épaisses constituées de nappes parallèles, liées entre elles, par exemple par tissage, par tricotage, couture... De plus, dans le cas de pièces de forme complexe, il peut être envisagé de répartir des canaux (densité, largeur) pour que l'in- jection se fasse de manière homogène au travers de tout le renfort. Enfin, l'invention peut être appliquée à d'autres procédés que l'injection sous vide et, d'une manière générale dans tous les cas o l'on souhaite avoir un très bon écoulement de résines à l'intérieur d'une struc- ture textile de renforcement. - il - REVENDICATIONS 1/ Matériau textile permettant la réalisation d'ar- ticles stratifiés par le procédé de moulage par injec- tion, qui consiste à réaliser dans un moule de forme ap- propriée un empilement de nappes de renforts textiles et, après fermeture du moule, à injecter la résine, caracté- risé par le fait qu'au moins une couche de l'empilement de renforts textiles a une structure telle qu'elle pré- sente, au moins dans une de ses directions (sens long ou sens travers) un état de surface formant des canaux pa- rallèles permettant l'écoulement de la résine lors de l'injection. 2/ Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les canaux parallèles d'au moins la couche centrale de l'empilement de renforts textiles se présentent sous la forme d'hélices continues, qui for- ment donc non seuLement un canal sur chacune des faces de la couche de renfort, mais également dans son épais- seur. 3/ Matériau selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les canaux parallèles sont juxtaposés les uns aux autres sur toute la largeur de l'article. 4/ Matériau selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les canaux parallèles sont séparés les uns des autres. / Matériau textile de renforcement selon l'une des revendications 1 à 4, constitué par l'empilement d'une pluralité de couches de renforts textiles, caractérisé en ce que au moins l'une des couches dudit empilement - 12 - est réalisée à partir d'un tissu chaîne et trame dans lequel au moins une partie des fils de chaîne etlou de trame ont, soit reçu une torsion suffisante, soit été guipés, le taux de torsion étant tel, o le guipage réa- lisé de manière à former dans le tissu des canaux paral- lèles en forme d'hélices.