Brevet FR2689811A1 — publié le 19931015

L'invention se rapporte à un procédé de fabrication de profilés qui, constitués de matériau thermoplastique et de fibres longues de renfort sont de type thermoformable, c'est à dire destinés à être thermoformés ultérieurement à leur fabrication notamment par cintrage en vue de constituer des articles au moins localement courbes. L'invention se rapporte également aux moyens en vue de la mise en oeuvre du procédé ainsi qu'aux produits obtenus selon ce procédé. Les procédés de fabrication de produits thermoformables qui sont connus à ce jour (FR-2.504.449), lorsqu'ils mettent en oeuvre des fibres de renfort longues, sont réservés à la fabrication de produits dont les fibres qui seront orientées parallèlement à un plan de cintrage donné, lors de la mise en oeuvre du dit produit pour la fabrication d'un article, ne seront que trés peu éloignées de la ligne neutre du cintrage. Par fibres de renfort longues, on comprendra des fibres dont la longueur est supérieure à la longueur de l'arc angulaire auquel on souhaite adapter le profilé par courbure. Dans le cas de la présente invention, la longueur des fibres de renfort n'est pas spécialement limitée, on peut même noter que les fibres utilisées peuvent être considérées comme étant continues. En ce qui concerne la notion de ligne neutre, elle est bien connue notamment des mécaniciens et on trouvera de nombreuses références à cette ligne dite neutre dans les ouvrages consacrés à l'étude de la résistance des matériaux. On notera simplement que la théorie générale de la résistance des matériaux repose sur l'étude du comportement d'un modèle de matériau constitué de lignes sensiblement parallèles et précisément sur l'étude de la manière dont les dites lignes se comportent lorsqu'on les soumet à des forces qui les tendent, les compriment, les flèchissent ou les tordent. Dans le cas de la flexion plane c'est à dire, lorsque les points de chaque ligne sont déplacés dans un plan sous l'action d'une force quelconque, les lignes s'allongent ou se raccourcissent proportionnellement à leurs distances à un axe d'équilibre dit ligne neutre qui n'est, elle, ni tendue ni comprimée. Dans le cas d'utilisation de fibres longues voire continues, pour la réalisation de profilés en matériau thermoplastique armé de fibres (EP-0167303), on veille particulièrement à l'enduction avec le matériau thermoplastique de toutes les faces longitudinales des fibres utilisées de manière à pouvoir constituer une liaison optimale entre les fibres adjacentes notamment lors d'une opération au cours de laquelle on conforme un faisceau de fibres enduites à une section transversale déterminée sensiblement équivalente celle du profilé que l'on souhaite obtenir. Le procédé décrit dans ce document (EP-0167303) permet d'obtenir des profilés constitués de matériau thermoplastique et de fibres continues ayant d'excellentes propriétés mécaniques lorsqu'il reste à l'état sensiblement rectiligne. En revanche, on peut estimer que, lors du cintrage à chaud de ce profilé, on obtient néanmoins un décollement des fibres voire un éclatement des sections transversales comprises dans la zone de cintrage. Un résultat que l'invention vise à obtenir est justement un procédé de fabrication de profilés en matériau thermoplastique renforcé de fibres longues qui, bien que présentant une section transversale d'étendue telle que de nombreuses fibres longues de renfort sont éloignées de sa ligne neutre, se prêtent parfaitement à des opérations de thermoformage sans que cela n'induise d'éclatement de sa structure lors du cintrage. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de profilés de type précité, lequel procédé est caractérisé en ce que, dans au moins certaines des zones dites de cintrage et qui sont d'étendue et de position prédéterminées notamment par rapport à une extrémité libre du profilé que l'on souhaite fabriquer, on torsade les fibres regroupées selon un pas de torsadage compris entre A. - r est la demi-dimension transversale moyenne du profilé, - R est le rayon de courbure minimum de cintrage dans la zone de cintrage considérée du profilé à l'état cintré, - A est un paramètre compris entre O et 2, - B est un paramètre compris entre 2 et 10. L'invention a également pour objet les moyens pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus indiqué ainsi que les profilés obtenus selon ce procédé. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-aprés faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement - figure 1 : la trace de la projection d'une des fibres d'un profilé sur un plan de projection, - figure 2 : un segment de profilé selon l'invention dans un exemple d'utilisation, - figure 3 : une vue latérale partiellement arrachée d'une extrémité de profilé, - figure 4 : un graphique représentant l'évolution de deux caractéristiques de résistance mécanique du matériau obtenu selon l'invention. En se reportant au dessin, on voit (figure 1) sur un plan P1 la trace 1 de la projection d'une 2a des fibres 2a, 2b de renfort d'un profilé 3 en matériau thermoplastique 4, renforcé d'une pluralité de fibres longues 2a, 2b, qui considéré à l'état sensiblement rectiligne, présente un axe 5 longitudinal approximativement parallèle au plan considéré P1. Le profilé représenté apparaît comme sensiblement cylindrique de révolution mais cela n'est pas limitatif pour l'invention. Tel que cela apparaît également au dessin, le profilé (figure 2) est destiné à être au moins localement cintré dans au moins une zone 6, dite de cintrage, sensiblement selon un rayon de courbure R minimun déterminé. Sur cette figure 2, on a représenté en traits mixtes forts une fibre 2a torsadée d'un profilé observé par transparence. Par rayon de courbure minimum, on comprendra le plus faible rayon de courbure mesurable dans la zone 6 considérée du profilé 1 et sur l'axe 5 longitudinal du dit profilé. Comme cela apparaît au dessin, le profilé réalisé selon le procédé de l'invention comprend un faisceau de fibres 2a longues voire continues dont certaines au moins sont torsadées autour de l'axe longitudinal 5 du profilé. Classiquement, le procédé de fabrication de profilés comprend une étape pendant laquelle on regroupe des fibres 2a enduites, par tout moyen connu, de matériau thermoplastique à l'étant fondu pour constituer un profilé de section transversale souhaitée. Pour la fabrication d'un profilé, selon l'invention, dans au moins certaines zones 6 dites de cintrage et qui sont d'étendue et de position prédéterminées notamment par rapport à une extrémité libre du profilé que l'on souhaite fabriquer, on torsade les fibres 2 regroupées selon un pas P de tors adage compris entre A.tr et BR où - r est la demi-dimension transversale moyenne du profilé, - R est le rayon de courbure minimum de cintrage dans la zone 6 de cintrage considérée du profilé à l'état cintré, - A est un paramètre compris entre O et 2, - B est un paramètre compris entre 2 et 10. En ce qui concerne le symbole De préférence, d'une part, le paramètre A est compris entre 1,5 et 2 et, d'autre part, le paramètre B est compris entre 2 et 2,5. Tel que cela apparaît au dessin (figure 3) le profilé comporte un gainage 7 réalisé avec au moins une fibre 2b longue qui, au moins à elle seule, réalise en quelque sorte un enroulement filamentaire qui s'étend selon la dimension longitudinale du profilé. Suivant l'invention, on dispose chaque fibre 2 du gainage selon un enroulement dont l'angle H d'hélice d'enroulement est compris entre 40 degrés et 90 degrés. De préférence, l'angle H d'hélice d'enroulement est compris entre 55 degrés et 75 degrés. Lorsqu'on réalise un gainage 7 par tressage de fibres, selon l'invention, on dispose chaque fibre selon un angle d'hélice d'enroulement supérieur à 45 degrés. Par angle d'hélice H, on comprendra la valeur angulaire mesurable entre l'axe longitudinal du profilé et la projection d'une droite tangente à la fibre enroulée considérée dans un plan passant par le dit axe longitudinal. Lorsqu'on réalise un gainage par guipage ou enroulement hélicoïdal, on dispose chaque fibre selon un angle d'hélice d'enroulement hélicoïdal supérieur à 55 degrés. De préférence, chaque fibre de gainage est enduite d'un matériau thermoplastique de même nature que celui qui constitue en quelque sorte le coeur du profilé. L'invention permet donc d'optimiser la résistance mécanique des sections transversales d'un profilé en fonction du type de contraintes mécaniques qu'elles doivent subir. Par exemple, dans les zones où le profilé doit rester sensiblement linéaire et doit être sollicité en flexion ou en traction, on fera tendre le pas de torsadage vers une valeur infinie tandis que dans les zones dans lesquelles le profilé doit être cintré, on adoptera un pas de torsadage conformément à l'invention. Lorsque le produit qui doit être fabriqué avec le profilé objet de l'invention est destiné à être sollicité essentiellement en flexion, on établit le pas P à partir de la formule B..R tandis que, lorsque le produit est destiné à être sollicité essentiellement en torsion, on établit le pas P à partir de la formule A..r. On comprend donc que l'invention propose d'exploiter les caractéristiques mécaniques d'un ensemble de fibres torsadées pour optimiser le cintrage d'un profilé dans la zone de torsadage lorsque le matériau thermoplastique est à l'état plastique et que momentanément la liaison fibre matériau est vaincue. Par cela, aucun éclatement ne se produit lors du cintrage à chaud puisque le profilé présente un module de flexion nul dans la zone de cintrage préparée selon le procédé de l'invention. Les moyens pour la mise en oeuvre de l'invention comprennent au moins un moyen (non représenté) de regroupement de fibres enduites de matériau thermoplastique et de torsadage de ses fibres selon un pas prédéterminé et dans des zones de position et d'étendue également prédéterminées notamment par rapport à une extrémité du profilé à constituer Les moyens pour la mise en oeuvre de l'invention comprennent également au moins un moyen (non représenté) de formation d'un gainage 7 autour de l'ensemble formé par les fibres 2a torsadées et le matériau thermoplastique et ce avec au moins une fibre longue 2b disposée selon un angle H d'hélice d'enroulement prédéterminé. Une application particulièrement avantageuse des profilés obtenus selon le procédé de l'invention est la réalisation de ressorts notamment spiralés. En se reportant à la figure 4 proposée à titre d'illustration, on voit un graphique représentant pour un matériau constitué en volume pour moitié de résine polyamide et pour autre moitié de fibres de verre, l'évolution du module d'élasticité en traction compression (E) et du module d'élasticité au cisaillement (G) en fonction du pas de torsadage des fibres. L'échelle commune aux deux modules d'élasticité est indiquée en GIGAPASCALS (en abrégé GPa) tandis que l'échelle du pas est indiquée en millimètres (mm en abrégé). L'interprétation du graphique permet de mieux comprendre l'influence du pas de torsadage sur les caractéristiques mécaniques d'un profilé obtenu selon le procédé de l'invention. L'expérimentation a montré que, pour la mise en oeuvre du procédé, lorsqu'on utilise indifféremment des fibres de verre ou de carbone, différents types de résine conviennent et notamment des résines polypropylène, polyamides, polyphénylène sulfide, poly-éther-éther-cétone. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de profilés qui, constitués de matériau thermoplastique (4) et de fibres (3) longues de renfort et sont dits de type thermoformable parce que destinés à être thermoformés ultérieurement à leur fabrication notamment par cintrage en vue de constituer des articles au moins localement courbes et précisément des articles présentant au moins dans une zone (6) dite de cintrage, qui est d'étendue et de position déterminée notamment par rapport à une extrémité libre du profilé, un rayon de courbure (R) minimum déterminé mesurable sur l'axe longitudinal (5) du dit profilé, les fibres (2a, 2b) longues de ce profilé étant au moins pour certaines torsadées autour de son axe longitudinal (5), ce procédé étant CARACTERISE en ce que, pour la fabrication d'un profilé, dans au moins certaines des zones (6) dites de cintrage et qui sont d'étendue et de position prédéterminées notamment par rapport à une extrémité libre du profilé que l'on souhaite fabriquer, on torsade les fibres (2a) regroupées selon un pas (P) de torsadage compris entre A..r et B.T.R où - r est la demi-dimension transversale moyenne du profilé, - R est le rayon de courbure minimum de cintrage dans la zone (6) de cintrage considérée du profilé à l'état cintré, - A est un paramètre compris entre O et 2, - B est un paramètre compris entre 2 et 10. 2. Procédé pour la réalisation d'un profilé selon la revendication 1 et qui comporte un gainage (7) réalisé avec au moins une fibre longue (2b) qui, au moins à elle seule, réalise un enroulement hélicoïdal qui s'étend selon la dimension longitudinale du dit profilé, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on dispose chaque fibre (2b) du gainage selon un enroulement dont l'angle (H) d'hélice d'enroulement est compris en 40 degrés et 90 degrés. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, d'une part, le paramètre A est compris entre 1,5 et 2 et, d'autre part, le paramètre B est compris entre 2 et 2,5. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, lorsque le produit est destiné à être sollicité essentiellement en flexion, on établit le pas (P) à partir de la formule B .r. 5. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'angle (H) d'hélice d'enroulement est compris entre 55 degrés et 75 degrés. 6. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que, lorsqu'on réalise un gainage (7) par tressage de fibres (2b), on dispose chaque fibre (2b) selon un angle (H) d'hélice d'enroulement supérieur à 45 degrés. 7. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que lorsqu'on réalise un gainage (7) par guipage ou enroulement hélicoïdal, on dispose chaque fibre (2b) selon un angle (H) d'hélice d'enroulement hélicoïdal supérieur à 55 degrés. 8. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisés en ce qu'ils comprennent au moins un moyen de regroupement de fibres enduites de matériau thermoplastique et de torsadage de ses fibres selon un pas prédéterminé et dans des zones (6) dite de cintrage de position et d'étendue également prédéterminées notamment par rapport à une extrémité du profilé à constituer. 9. Moyens selon la revendication 8 caractérisés en ce qu'ils comprennent au moins un moyen de formation d'un gainage (7) autour de l'ensemble fibres (2a) torsadées et du matériau thermoplastique (4) et ce avec au moins une fibre longue (2b) disposée selon un angle (H) d'hélice d'enroulement prédéterminé. 10. Profilés caractérisés en ce qu'ils sont obtenus selon le procédé objet de l'une quelconque des revendications 1 à 7.