Brevet FR2706913A1 — publié le 19941230

TISSU TECHNIQUE A FORT TAUX DE COUVERTURE La présente invention concerne les tissus techniques, c'est-à-dire les tissus ayant des applications industrielles. Plus particulièrement, mais de manière non exclusive, l'invention s'intéresse aux tissus techniques obtenus à partir de fibres de carbone, verre, silice ou aramide, et susceptibles d'être imprégnées avec des résines thermodurcissables ou thermoplastiques, organiques (par exemple époxy, phénoliques, polyester, polyimides, acryliques, etc...) ou minérales, assurant la cohésion des fibres du tissu, et transférant les charges de la matrice de résine aux fibres dudit tissu. Les pièces stratifiées ou composites, ainsi obtenues sont maintenant largement utilisées, par exemple pour la réalisation ou fabrication de pièces de structure d'aéronefs, notamment avions. Dans ce dernier domaine, la masse surfacique des pièces obtenues constitue un paramètre de qualification essentiel, et bien évidemment tous les efforts techniques et industriels tendent vers des pièces aussi légères que possible, tout en préservant la tenue mécanique de ces dernières lorsqu'elles sont soumises à des efforts, charges ou contraintes. Différentes directions ont été explorées pour alléger les pièces précitées. La principale a consisté à rechercher ou trouver des tissus de masse surfacique aussi faible que possible, par exemple de l'ordre de 25 à 100 grammes/m2, par différents moyens, à savoir - en diminuant l'épaisseur : des tissus de verre relativement peu épais peuvent effectivement être imprégnés pour obtenir des "peaux" très fines, mais leur manipulation ou traitement est particulièrement délicat, en tout cas pour un stratifié à une seule couche - en diminuant le titre des fils constitutifs du tissu, mais de tels fils sont en général coûteux, ce qui les exclut pour des fabrications en série - en utilisant des fils relativement fins et tissés selon une contexture serrée : la déformabilité des tissus ainsi obtenus est médiocre, ce qui gène leur emploi pour des opérations de moulage, notamment sous pression et en température ; et leur tissage coûte relativement plus cher - et enfin, en utilisant des fils relativement gros, ou ayant une masse linéique relativement élevée, mais tissés selon une contexture ouverte : de tels tissus présentent une porosité importante du fait de l'écartement des fils constitutifs, ce qui conduit après imprégnation à des pièces poreuses, avec de nombreux cratères par unité de surface ; pour limiter ou supprimer ces derniers, il faut soit surcharger le tissu de résine d'imprégnation, soit disposer dans le moule un tissu fin de finition, soit encore procéder à des opérations de finition telles que masticage et/ou ponçage. La présente invention s'intéresse néanmoins à cette dernière voie d'allégement des tissus techniques. Ces derniers comprennent à cet effet et de manière générale, un entrecroisement de structure constitué de fils de renforcement, ayant individuellement à la fois une masse linéique ou titre relativement élevé et au moins une propriété dynamométrique de valeur relativement importante ; et ces fils délimitent entre eux des interstices relativement larges, dits primaires pour les besoins de l'exposé ci-après. Et l'invention a pour objet de remédier aux inconvénients de tels tissus allégés. Plus précisément, l'invention a pour objet un tissu technique tel que précédemment défini, présentant un taux de vide relativement faible ou un taux de couverture relativement important, dont l'entrecroisement de structure est préservé, et pouvant être obtenu par un tissage traditionnel. Selon l'invention, à partir de l'entrecroisement de structure défini précédemment, des fils de remplissage sont ajoutés en chaîne et/ou en trame dudit entrecroisement, de manière à combler substantiellement les interstices primaires existant entre les fils de renforcement, et délimiter avec ces derniers des interstices secondaires relativement étroits. Les fils de remplissage ont individuellement une tenue mécanique inférieure à celle d'au moins une partie, sinon la totalité des fils de renforcement ; ils sont composés de fibres ordonnées, notamment alignées dans la direction des fils de remplissage ; et ils ont une masse volumique apparente inférieure à celle d'au moins une partie des fils de renforcement. Au sens de l'invention, les fils de remplissage au moins, peuvent être des filés, rubans, mèches, ou tous autres assemblages de grande longueur, obtenus par filature, à partir de fibres continues, à savoir des filaments, ou discontinues. Grâce à l'invention, on obtient un tissu technique présentant un taux maximum de couverture, ou un taux minimum de vide, tout en demeurant dans des masses surfaciques relativement faibles, par exemple de l'ordre de 150 à 400 g/m2. La déformabilité d'un tissu selon l'invention peut être maintenue, nonobstant la plus grande concentration de fils, en adoptant une armure appropriée, par exemple dite "Serge 2/2", ou un satin de 4. La présente invention présente encore les caractéristiques suivantes - la masse volumique apparente d'au moins une partie des fils de remplissage est inférieure à 1,45 g/cm3, et notamment inférieur à 1,27 g/cm3 - au moins une partie des fils de remplissage présente une résistance à la flamme relativement importante, c'est-à-dire en préservant pour l'essentiel son intégrité, et/ou un caractère substantiellement ininflammable ; préférentiellement, ces fils de remplissage ont une résistance au feu, classée Mo ou M1 selon les normes françaises - au moins une partie des fibres constitutives des fils de remplissage est de nature organique, et consiste notamment en une résine de synthèse, par exemple un polymère phénolique tel que novolaque ou résole, ou végétale, ou animale, notamment de la laine - au moins une partie des fils de remplissage est susceptible d'adhérer avec une résine d'imprégnation thermodurcissable ou thermoplastique, en vue d'obtenir des articles tels que définis précédemment, stratifiés et/ou composites, ou de manière intermédiaire des préimprégnés avec une résine thermodurcissable ou thermoplastique - au moins une partie des fils de remplissage a un titre au plus égal à 200 tex - au moins une partie des fils de remplissage a une largeur au moins égale à 0,4 mm - les fils de renforcement sont composés de fibres dont au moins un matériau constitutif est choisi parmi les matériaux suivants, à savoir carbone, verre, silice et aramide - les fils de renforcement et les fils de remplissage ainsi que le mode de tissage sont choisis pour ménager des interstices secondaires, dont la dimension transversale est au plus égale à 0,9 mm, et est comprise entre 0,1 et 0,9 mm - pour un article stratifié obtenu selon l'invention, le pourcentage pondéral de la résine est au moins égal à 30 %, par rapport au poids total dudit article. La présente invention est maintenant décrite par rapport au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 représente un tissu technique conforme à l'art antérieur - et la figure 2 représente, de manière comparative, un tissu technique selon l'invention. Conformément à la figure 1, on est en présence d'un tissu technique hybride verre-carbone, de masse surfacique voisine de 175 g/m2, destiné à être imprégné ou préimprégné avec une résine phénolique. Selon une armure de type taffetas, ce tissu technique consiste en un entrecroisement de fils de renforcement 21 et 22, ayant individuellement à la fois une masse linéique relativement forte et au moins une propriété dynamométrique, telle que résistance à la traction, de valeur relativement importante. Ces fils de renforcement sont - des fils de carbone 21, disposés en chaîne et en trame, ayant un titre de 200 tex et une densité de 145 fils/m - des fils de verre 22, plus nombreux que les fils 21 de carbone, disposés en chaîne et en trame, ayant un titre de 136 tex, et présents selon une densité de 430 fils/m. Pour des fils 21 de carbone, ayant une largeur de l'ordre de 1,1 mm et des fils de verre 22 ayant une largeur de 0,7 mm, et pour chaque séquence de quatre fils, soit sur une surface d'environ 50 mm2 (comme représenté à la figure 1), on peut dénombrer seize trous ou interstices primaires 4, rectangulaires, de 0,4 à 0,8 mm de côté. Dans ces conditions, le tissu technique selon figure 1, et conforme à l'art antérieur, présente un taux de couverture d'environ 75 %. Au cours du durcissement de la résine imprégnant le tissu selon figure 1, la viscosité de ladite résine diminue fortement et la tension superficielle conduit celle-ci à se regrouper préférentiellement autour des fils 21 et 22, en laissant apparaître à la surface de la pièce de nombreuses porosités. A titre d'exemple, après durcissement, on peut observer de 25 à 40 cratères/cm2, ayant chacun un diamètre compris entre 0,08 mm et 0,5 mm. Conformément à la figure 2, c'est-à-dire selon l'invention, en partant du même entrecroisement que celui décrit à la figure 1, des fils 3 de remplissage sont ajoutés à la fois en chaîne et en trame de l'entrecroisement de structure, de manière à combler substantiellement les interstices primaires, et délimiter avec les fils de renforcement 21 et 22 des interstices secondaires 5 relativement étroits. Ces fils de remplissage 3 répondent aux caractéristiques suivantes - ils sont constitués par des fibres d'un polymère phénolique, par exemple novolaque, ayant intrinsèquement une tenue mécanique inférieure à celle des fils 21 et 22 de carbone et de verre respectivement - ces fils 3 sont composés de fibres ordonnées, continues ou discontinues, et notamment alignées selon la direction des fils 3 - la masse volumique apparente de ces fils, par exemple de l'ordre de 1,27 g/cm3, est inférieure à celle des fils 21 et 22, et plus précisément représente la moitié de celle des fils de verre 21 et les deux tiers de celle des fils de carbone 22 - le titre de ces fils de remplissage est par exemple de l'ordre de 50 tex, avec une largeur apparente de ces même fils de 0,7 à 0,75 mm. Dans ces conditions, et comme représenté à la figure 2, on obtient des interstices secondaires 5, rectangulaires, de 0,2 à 0,3 mm de côté, ce qui permet d'obtenir un taux de couverture proche de 90 t. L'augmentation de masse surfacique du tissu selon l'invention, représentée à la figure 2, est de l'ordre de 55 g/m2, par rapport au tissu technique selon figure 1. Dans les mêmes conditions d'imprégnation que celles utilisées pour un tissu selon figure 1, le nombre de cratères de la pièce finie se trouve réduit de 3 à 5 par cm2, et chaque cratère a un diamètre moyen ne dépassant pas 0,3 mm. Dans ces conditions, le travail de finition, tel que peinture, se trouve considérablement simplifié, ce qui représente un gain de temps appréciable. Et, toujours pour cette finition, il n'est point besoin d'ajouter un tissu de finition ou des enduits. REVENDICATIONS 1) Tissu technique comprenant un entrecroisement de structure (1) de fils de renforcement (21,22) ayant individuellement à la fois une masse linéique relativement élevée et au moins une propriété dynamométrique de valeur relativement importante, délimitant entre eux des interstices primaires (4) relativement larges, caractérisé en ce que des fils (3) de remplissage sont ajoutés en chaîne et/ou en trame de l'entrecroisement de structure, de manière à combler substantiellement les interstices primaires et délimiter avec les fils (21,22) de renforcement des interstices secondaires (5) relativement étroits, lesdits fils de remplissage (3) ayant individuellement une tenue mécanique inférieure à celle d'au moins une partie des fils (21,22) de renforcement, étant composés de fibres ordonnées, et notamment alignées dans la direction desdits fils de remplissage, et ayant une masse volumique apparente inférieure à celle d'au moins une partie des fils de renforcement. 2) Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse volumique apparente d'au moins une partie des fils de remplissage (3) est inférieure à 1,45 g/cm3 et notamment inférieure ou égale à 1,27 g/cm3. 3) Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie des fils de remplissage (3) présente une résistance à la flamme relativement importante, en préservant pour l'essentiel son intégrité, et/ou un caractère substantiellement ininflammable. 4) Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie des fibres constitutives des fils de remplissage (3) est de nature organique, notamment une résine de synthèse, par exemple un polymère phénolique tel que novolaque ou résole, ou végétale, ou animale, notamment de la laine. 5) Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie des fils de remplissage (3) est susceptible d'adhérer avec une résine d'imprégnation thermodurcissable ou thermoplastique. 6) Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie des fils de remplissage (3) a un titre au plus égal à 200 tex. 7) Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie des fils de remplissage (3) a une largeur au moins égale à 0,4 mm. 8) Tissu selon la revendication 1, caractérisé en que les fils de renforcement (21,22) sont composés de fibres dont le matériau constitutif est choisi parmi les matériaux suivants, à savoir carbone, verre, silice, aramide. 9) Tissu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils de renforcement et les fils de remplissage, ainsi que le mode de tissage sont choisis pour ménager des interstices secondaires, dont la dimension transversale est au plus égale à 0,9 mm, et comprise entre 0,1 et 0,9 mm. 10) Prépeg comprenant un tissu selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, préimprégné avec une résine thermodurcissable ou thermoplastique. 11) Article stratifié, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couche d'un tissu selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, et une résine d' imprégnation thermoplastique ou thermodurcissable. 12) Article stratifié selon la revendication 11, caractérisé en ce que le pourcentage pondéral de la résine est au moins égal à 30 t. 13) Article composite selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat, par exemple en nid d'abeille, sur lequel adhère au moins une couche d'un tissu selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, imprégné d'une résine.