Brevet FR2689897A1 — publié le 19931015

PROCEDES D'ELABORATION DE MATERIAUX COMPOSITES FORMES PAR UNE MATRICE ET UNE CHARGE CONSTITUEE DE PETITES PARTICULES. DESCRIPTION DE L'INVENTION. Acttellement sont connu diverses techniques permettant * l'élaboration de matériaux composites en coulant une matrice de polymères autour d'une structure préfabriquée de fibres; * le mélange de matières plastiques et de fibres courtes ou de plaquettes, pour obtenir par moulage des produits finis ou semi-finis; * la fabrication de matériaux composites formés par une matrice métallique et d'imprégnats sous forme e de fibres céramiques. Dans le premier cas, les fibres sont généralement alignées -selon la direction de traction. La fabrication de la structure s'avère cependant coûteuse en temps et prix de revient. Le second type de procédés est basé sur le mélange de fibres ou de plaquettes avec une matrice de polymères. Il conduit a une répartition statistique des particules de renforcement après moulage et'solidification. Par suite de cette répartition aléatoire, il est difficile d'obtenir des surfaces de haute qualité dans une opération de coupe En plus du critère d'usinabilité relatif aux matériaux élaborés par ces deux processus, il faut retenir une autre conséquence @égative quant à l'utilisation des produits obtenus. En effet, une partie importante de fibres ne se trouve pas o@ientée selon la direction de sollicitation etde ce fait n'apporte aucune amélioration sensible dans les comportements mécaniques. La présent invention concerne des dispositifs permettant d'orienter des fibres ou de petites particules de différentes géométries. Ces - différents éléments sont imprégnés dans une matrice déformable, intégralement ou partiellement à l'état liquide. Initialement les particules sont aléatoirement réparties dans la matrice. L'orientation des imprégnats se fait par l'action conjuguée d'un champ d'induction magnétique statique ou légèrement variable et d'un champ d'induction magnétique à haute fréquence. 1 '5Xs Les dispositifs selon l'invention permettent l'amélioration de certaines propriétés physiques ( lectrique, thermique, optique, ... ) et mécaniques commme la rigidité mécanique, la résistance aux chocs, la résistance à l'usure, une meilleure tenue en fatigue. Les différents procédés faisant l'objet du présent brevet sont appliqués à des matières plastiques, des céramiques et des composés métalliques. Les améliorations sont obtenues par l'introduction dans une matrice de fibres ou/et de plaquettes de matériaux assurant le critère-de renforcement souhaité. Les phénomènes physiques inhérant aux techniques de l'invention sont basés su-r : * des conductivités différentes entre les constituants de la matrice et les imprégnats; * le fait que soumettre le mélange à un champ magnétique à haute fréquence induit dans les particules des boucles de courants ( courants de Foucault ), Les imprégnats acquièrent ainsi un moment magnétique; * qu'en superposant au champ précédent l'action d'un champ d'induction magnétique statique ou légérement variable, os crée des couples de rotation qui vont orienter totalement ou partiellement les particules dans une direction bien définie par le dispositif, Les originalités des dispositifs sont décrites sur les figures suivantes ** DISPOSITIF 1 ( figure .1 ) Entre les pièces polaires d'un électroaimant [1;figl], produisant un champ d'induction magnétique d'intensité égale à environ 0f5 tesla, se trouve placée une bobine à induction [2;figl] connectée à un générateur haute fréquence [3fig.1] dont les caractéristiques. sont les suivantes Il = 10 A; f = 800 kHz; diamètre de la bobine à induction = 35 mrn; nombre de spires = 6. - Dans la bobine est placé un creuset [4;fig.l] qui contiendra le matériau composite [5;figl] qui dans sa composition initiale est le mélange d'une matrice en époxy durcis sable et de fibres de carbone et/ou d'autres particules de renforcement. Le champ magnétique est appliqué 5 mn pendant la phase de durcissement de la matrice. Un écran de protection formé par une tôle de cuivre de 2mm d'épaisseur est prévu pour éviter un échauffement parasite pouvant être occasionné par les lignes de fuite du champ magnétique haute fréquence. ** DISPOSITIF 2 ( figure 2 Un aimant supraconducteur [lpfig.2] est implanté à la sortie d'un dispositif d'extrusion [2;fig.2] de sorte que le champ d'induction créé soit-parallèle à la direction de traction. Un montage à deux bobines [3a,3b;fig.2] a été retenu afin de pouvoir plus facilement mettre en oeuvre la bobine [4;fig.2] connectée au générateur haute-fréquence [5:fig2]. La température de l'échantillon est controlée par un système de chauffage [6] afin de pouvoir etre introduit à l'état liquide dans la bobine, La solidification du mélange ne devra commencer qu'après la mise en action du champ magnétique à haute fréquence. Les paramètres du processus sont directement-liés aux propriétés des constituants du matériau composite élaboré. ** DISPOSITIF 3 ( figures 3a et 3b Dispositif pour l'application de peintures contenant des particules conductrices. La peinture, contenue dans le réservoir [7,fig.3a], est étalée sur le support [3,fig.3a] à l'aide du tambour [l,fig.3a] réglable de manière à pouvoir influer sur l'épaisseur de la couche de peinture [2,fig.3al déposée Sur la sllrface [3,fig.3a], La couche est ensuite soumise à l'action simutanée d'un champ haute fréquence ( crée par la bobine [4,fig.3a;fig.3b] et d'un champ magnétique statique. Cette bobine, dont -le détail est présenté sur la figure 3b, est branchée sur le générateur par les connecteurs [5,fig.3a]. Le champ statique prQvient d'un aimant permanent [6,fig.3a] en forme de U avec entrefer légèrement bisoté pour obtenir un champ parallèle à la surface [3,fig..3a]. REVENDICATIONS DU BREVET 1) Les procédés d'élaboration de matériaux composites formés par une matrice et une charge constituée de petites particules pour l'obtention de composites orientés sont caractérisés par * une conductivité électrique différente entre les constituants de la matrice et les imprégnats; * une matrice déformable se trouvant intégralement ou partiellement à l'état liquide; * l'action d'un champ magnétique à haute fréquence induisant 'des boucles de courant courants de Foucault ) dans les particules et conférant à ces dernières un moment magnétique; * l'action complémentaire d'un champ d'induction magnétique statique ou légèrement variable pour créer au niveau des particules des couples de rotation; * le fait que ces couples de rotation générés par l'action des deux champs magnétiques orientent tout- ou partie des particules dans une direction donnée. 2) Les procédés selon la revendication 1 sont appliqués-' à la fabrication de couches contenant des particules orientées. 3) Les procédés selon la revendication 1 sont utilisés dans tout processus de traitement en ce qu'ils permettent un meilleur écoulement du mélange.