Brevet FR2602248A1 — publié le 19880205

STRUCTURE TEXTILE MULTIDIMENSIONNELLE POUR LE RENFORCEMENT DE MATERIAUX STRATIFIES ET PROCEDE ET METIER A TISSER PERMETTANT L'OBTENTION D'UNE TELLE STRUCTURE. La présente invention a trait à un nouveau type de structure ou tissu multidimensionnel utilisable pour le renforcement de matériaux stratifiés; elle concerne également un procédé ainsi qu'un métier à tisser spécialement adaptés pour la réalisation d'une telle structure. 10 Les matériaux stratifiés sont connus depuis fort longtemps et sont constitués par une alternance de couches de matières textiles (tissu, non tissés..) que l'on imprègne de résine, l'ensemble étant traité thermique15 ment afin de provoquer 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 20 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 sont 25 obtenus par superposition d'une pluralité de couches textiles imprégnées de résine prépolymérisée. Comme matériaux textiles, on utilise soit des nappes formées de fils parallèles, soit des fils tissés. Comme matières entrant dans la composition de telles nappes, on utilise 30 par exemple des fils de verre, graphite, bore, aramide, carbone, seuls ou en mélange. Il a également été proposé de réaliser des éléments textiles en forme permettant d'obtenir des stratifiés 35 ayant des sections en forme de I, J, TA,... L'obten- - 2 tion de tels matériaux est en général réalisée en superposant un nombre approprié de nappes textiles, de préférence en les entrecroisant sur un gabarit permettant d'obtenir la forme désirée. Une telle superposition des 5 différentes couches qui est, à ce jour, réalisée manuellement est longue et coûteuse et surtout entraîne des risques d'erreur,le manipulateur pouvant se tromper dans le nombre de couches superposées et/ou dans l'orientation des différentes couches les unes par rapport aux 10 autres. Par suite, ces matériaux présentent des risques de délaminage et leur tenue aux chocs est parfois insuffisante. Pour surmonter cet inconvénient, de nombreuses so15 lutions ont été proposées pour obtenir des matériaux tissés ou non tissés ayant des formes diverses, ces matériaux étant ensuite imprégnés par une résine. De tels matériaux de forme complexe sont surtout destinés en vue de présenter de bonnes caractéristiques acoustiques et 20 non pas de hautes performances mécaniques permettant de les utiliser comme pièces de structure. Ainsi, par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 481,427 décrit un tissu tridimensionnel à ba25 se de fils de verre, qui après imprégnation avec une résine et polymérisation, donne un panneau rigide porer présentant de très bonnes propriétés acoustiques. Selc ce document, il est possible de tisser en une seule opération un matériau de type "sandwich", dont une face est 30 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 mais a surtout pour fonction d'obtenir une bonne absorption des sons. -3 Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 700,067 décrit également un tissu poreux tridimensionnel permettant aussi d'avoir une bonne absorption des sons. Il a également été proposé, dans le brevet français n 2 319 727, de réaliser des tissus tridimensionnels permettant d'obtenir des stratifiés présentant une résistance mécanique élevée ainsi qu'une bonne résistance aux chocs et à l'abrasion. Cependant, la technique 10 décrite dans ce document permet essentiellement d'obtenir des blocs pouvant certes avoir des formes quelconques, mais ne conduit pas à des éléments textiles tridimensionnels pouvant être réalisés à la continue sur un métier à tisser conventionnel. 15 Comme indiqué dans le préambule du brevet français n 2 315 562, on a également proposé de réaliser des tissus épais, tridimensionnels, à partir d'une étoffe bidirectionnelle obtenue par un procédé de tissage clas20 sique et comportant des fils de chaîne et des fils de trame, et d'enchevêtrer à ce tissu ainsi formé, selon une direction différente des directions en chaîne et en trame, une troisième série de fils et ce, avec un appareil de tissage ou métier convenablement adapté. 25 Dans un tel mode de réalisation, compte-tenu du fait que les fils de chaîne et de trame sont entrecroisés, il est pratiquement impossible d'utiliser des fibres fragiles telles que des fibres de carbone ou de 30 graphite. Récemment, dans le FR-A-2 497 839, il a été proposé une solution permettant de réaliser directement sur un métier à tisser des éléments en forme, de grande lon35 gueur, présentant par exemple une section transversale - 4 en I, T,- J,... Un tel tissu a une structure du type illustré par la figure 1 annexée et se compose, lorsque l'on souhaite par exemple réaliser un matériau en forme de I, d'une zone centrale (1) subdivisée, sur chacun de 5 ses côtés, en deux nappes élémentaires (2,3,4, 5). Le liage des nappes de fils de chaîne et de trames constituant la partie centrale (1) est obtenu par des fils de chaîne de liage s'étendant sur toute l'épaisseur du matériau, alors que le liage des nappes élémentaires 10 (2,3,4 et 5) est obtenu, de la même manière, par des chaînes de liage additionnelles. Lors de sa réalisation sur le métier, ce matériau -se présente de la manière illustrée à la figure 1 et, lors de sa mise en forme de I, on rabat les parties élémentaires (2,3,4,5) 15 latéralement, la partie centrale (1) formant donc la branche du I. On conçoit, que dans un tel type de réalisation, la partie centrale (1) est au moins deux fois plus épaisse 20 que les parties latérales (2,3,4,5) et que, par ailleurs, pour une larqeur (L) de tissage, les largeurs relatives de la partie centrale (1) et des parties latérales (2,3,4,5) sont certes ajustables les unes par rapport aux autres selon le besoin mais la somme dé ces largeurs 25 correspondra toujours à la largeur de tissage. Dans le cadre de leur utilisation finale, ces éléments doivent par ailleurs être renforcés, essentiellement dans la partie centrale, par des tissus du type 30 biais afin de leur conférer des propriétés de tenue en torsion. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'il était possible d'obtenir, -5 sans inconvénients, un tissu directement en forme de H, de I, de T.., voire tout autre type de structure comparable comportant deux nappes tissées espacées l'une de l'autre et reliées entre elles par au moins une nappe 5 de liaison s'étendant entre les deux nappes précitées et faisant corps avec elles, ladite structure se caractérisant, conformément à l'invention, par le fait que la nappe de liaison est constituée d'au moins une nappe de fils de chaîne de liage emprisonnés entre les 10 fils de trame des deux nappes tissées. Les fils de la nappe de chaîne de liage peuvent être disposés soit orthogonalement par rapport aux deux tissus externes, soit être de préférence inclinés par 15 rapport à ces tissus, soit être disposés à la fois orthogonalement et de manière inclinée. De préférence, conformément à l'invention, les fils de chaîne et les fils de trame constituant les deux tissus ainsi que les fils de nappe de chaîne de liage, 20 sont à base de la même matière, par exemple à base de fils de graphite, de carbone.. Un tel tissu multidimensionnel peut comporter une ou plusieurs nappes de fils de chaîne de liage, et, dans 25 le cas o il y a plusieurs nappes, elles peuvent être espacées les unes des autres de manière à former des canaux longitudinaux ou si elles sont accolées, former une partie centrale plus épaisse. Selon une variante, il est possible d'avoir une nappe de fils de chaîne de liage se présentant sous la forme de bandes espacées les unes des autres dans la longueur du tissage. Bien entendu, les tissus externes peuvent être -6 soit de même largeur, soit avoir des largeurs différentes. Une telle structure ou tissu multidimensionnel présente comme avantage non seulement de pouvoir être fabriqué directement sur le métier, dans toute la largeur (L) de celui-ci, mais également de pouvoir faire varier à volonté l'inclinaison des fils de chaîne de liage. Après tissage, un tel matériau est coupé à la longueur désirée, éventuellement associé à d'autres éléments de renfort et imprégné avec une résine conventionnelle, par exemple une résine epoxy. 15 Comme dit précédemment, l'invention concerne également un procédé permettant la réalisation d'une telle structure textile ainsi qu'un métier à tisser mettant en oeuvre ce procédé. Selon le procédé conforme à l'invention, on tisse de manière con.nue en soi les deux nappes et on les dispose en relation espacée l'une de l'autre en correspondance avec la forme de l'article désiré, les deux nappes 25 espacées étant liées par au moins une nappe additionnelle qu'on réalise en faisant passer un ensemble de fils de chaîne entre les fils de trame desdites nappes espacées. Pour la mise en oeuvre de ce procédé et la réalisation d'un tel matériau, on peut utiliser un métier-qui fait également partie de l'invention, métier qui se caractérise par le fait: - que le peigne qu'il comporte est animé d'un mou35 vement parallèle au plan normal des fils de chaîne; -7 qu'en aval du peigne, est disposé un gabarit, dont la forme correspond à la forme du tissu à réaliser (T, H..), ce gabarit comportant des moyens d'avance des nappes de tissus espacés. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif mais non limitatif, et qui sont illustrés par les schémas annexés dans 10 lesquels: - la figure 1 illustre comme vu précédemment, un tissu tridimensionnel réalisé conformément aux enseignements du FR-A-2 497 839; - la figure 2 est une vue schématique en perspecti15 ve montrant la structure d'un article textile multidimensionnel tissé conforme à l'invention; - les figures 3, 4, 5, 6 et 7 sont également des vues schématiques en perspective montrant différentes variantes de structures d'un article textile multidimen20 sionnel tissé- conforme à l'invention; la figure 8 est une vue de détail, schématique, illustrant la structure d'un tissu multidimensionnel en forme de I réalisé conforme à l'invention, - la figure 9 est une vue schématique d'un métier à tisser permettant de réaliser des tissus selon l'invention. Dans la suite de la description, les mêmes références seront utilisées pour désigner les mêmes éléments 30 éventuellement en les affectant d'un indice. Si l'on se reporte à la figure 2, le matériau textile tissé multidimensionnel conforme à l'invention est constitué essentiellement de deux tissus A, B, bidirec35 tionnels, de préférence multicouches, espacés l'un de - 8 l'autre et-d'une partie de liaison C. Les tissus A, B sont de préférence réalisés d'une manière similaire aux enseignements du FR-A-2 497 839 et 5 sont formés, ainsi que cela ressort de la vue de détail illustrée par la figure 8,'à partir de nappes de fils de chaîne (la, 12a, 13a, 14a), (llb, 12b, 13b, 14b, et des nappes de fils de trame (15a, 16a, 17a, 18a), (15b, 16b, 17b, 18b) superposées dans des plans parallèles, ces 10 fils n'étant pas entrecroisés entre eux et la nappe supérieure ainsi que la nappe inférieure de cet empilement étant constituées de nappes de trame, la troisièmedirection étant formée par des fils de chaîne de liage (Cl, C2) qui traversent l'empilement des nappes 15 précitées, ces fils de liage contournant par ailleurs les fils de trame de manière à former avec ceux-ci un tissu conventionnel emprisonnant les nappes de chaîne et de trame internes. Conformément à l'invention, la liaison entre les deux tissus A, B est obtenue au moyen d'une série de fils de chaîne de liage additionnels C qui viennent alternativement lier avec les tissus A, B, l'armure de la chaîne de liage étant déterminée en fonction de 25 l'inclinaison que l'on souhaite donner aux fils dans la paroi C ainsi formée. Un tel matériau est réalisé sur un métier à tisser conventionnel adapté, d'une part pour permettre de 30 réaliser les deux nappes tissées A, B d'une manière bien séparée l'une de l'autre et, d'autre part pour assurer un maintien du tissu formé après réalisation. La réalisation des deux tissus externes A, B est réalisée d'une manière similaire au FR-A-2 497 839 (page 6, 35 lignes 5 à 18), et ne sera donc pas décrite en détail - 9 par mesure de simplification. En revanche, afin d'obtenir une paroi de liaison C de grande hauteur, on utilise une chaine de liage C alimentée à partir d'une cantre à bobines individuelles, la commande de ces fils 5 de chaîne étant obtenue de préférence par la même mécanique commandant les fils de chaîne des deux tissus A, B. Les adaptations permettant de réaliser un tissu conforme à l'invention portent, d'une part, sur le peigne P qui est animé d'un déplacement parallèle au 10 plan de formation des tissus A,B et, d'autre part, en prévoyant en aval du peigne un dispositif M de maintien du-tissu qui assure le guidage et l'avance des nappes supérieure A et inférieure B. Par ailleurs, grâce au procédé selon l'invention, il est également possible, ainsi que cela ressort des figures 6 et 7, d'obtenir une structure textile qui non seulement présente une section en forme de I, T, J... mais également n'est pas rectiligne et présente un rayon 20 de courbure obtenu en jouant sur les débits de fils de chaîne. Par rapport aux solutions antérieures et notamment au regard du FR-A-2 497 839, l'invention apporte de très 25 nombreux avantages parmi lesquels on peut citer: - la possibilité d'obtenir un matériau en forme de H, de I, de T, de grandes dimensions, puisque l'on peut réaliser la forme souhaitée directement sur toute la largeur du métier, ce matériau pouvant également avoir 30 une tr.s grande épaisseur - le fait qu'il est possible d'avoir de très bonnes caractéristiques mécaniques tout en ayant une masse de fils dans la partie centrale réduite, étant donné que 35 dans cette zone, les fils de liaison peuvent être incli- - 10 nés à volonté - par ailleurs, les articles finis ne présentent aucun risque de délaminage compte-tenu de la liaison entre les différentes couches et offrent une très grande résistance aux chocs; - enfin, de par sa conception, il est possible de réaliser des structures comportant des mélanges de fibres, choisies en fonction des caractéristiques que l'on souhaite donner à telle ou telle partie du matériau, 10 ainsi comme dit précédemment, d'avoir une grande souplesse concernant les épaisseurs, largeurs... dans les différentes parties de la structure. - il REVENDICATIONS 1/ Structure textile multidimensionnelle obtenue par tissage, permettant la réalisation de matériaux 5 stratifiés, du type comportant deux nappes A, B tissées, espacées l'une de l'autre, et une nappe de liaison s'étendant entre ces deux nappes A, B, caractérisée en ce que ladite nappe de liaison C est constituée d'au moins une nappe de fils de chaîne de liage emprisonnés 10 entre les fils de trame des deux nappes tissées A et B. 2/ Structure textile selon la revendication 1, ca- ractérisée par le fait que les fils de la nappe de chaîne de liage C sont disposés orthogonalement par 15 rapport aux deux tissus externes A, B. 3/ Structure textile selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les fils de la nappe de chaîne de liage C sont inclinés par rapport aux deux 20 tissus externes A,B. 4/ Structure textile selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les fils de la nappe de chaîne de liage C sont disposés, pour partie, orthogonale25 ment par rapport aux deux tissus externes A,B et, pour le restant inclinés par rapport à ces tissus externes A, B. / Structure textile selon l'une des revendications 30 1 à 4, caractérisée par le fait que les fils de chaîne et les fils de trame constituant les deux tissus A,B ainsi que les fils de la nappe de chaîne de liage C sont à base de la même matière. - 12 6/ Procédé pour l'obtention d'un article multidimensionnel tissé du type comportant deux nappes tissées A, B espacées et une nappe de liaison C entre ces deux nappes A,B, caractérisé en ce qu'on tisse de manière connue en soi les deux nappes A,B, qu'on les dispose en relation espacée l'une de l'autre en correspondance avec la forme de l'article désiré et en ce qu'on lie les deux nappes espacées A,B par au moins une nappe additionnelle C qu'on réalise en faisant passer un ensemble de fils de chaîne entre les fils de trame des nappes espacées. 7/ Métier à tisser pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que: - le peigne P qu'il comporte est animé d'un mouvement parallèle au plan normal des fils de chaîne, - en aval du peigne P, est disposé un gabarit M dont la forme correspond à la forme du tissu à réaliser, ce gabarit comportant des moyens d'avance des nappes de 20 tissus espacés.