Brevet FR2826672A1 — publié le 20030103

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne la réalisation de nappes fibreuses homogènes par étalement de câbles, de telles nappes étant notamment utilisées pour la fabrication de renforts de pièces en matériau composite. Pour réaliser des nappes fibreuses unidirectionnelles de relativement grande largeur, il est bien connu d'étaler plusieurs fils ou câbles et de juxtaposer les fils ou câbles étalés. L'étalement peut être réalisé par passage sur des barreaux courbes (ou barreaux"bananes") ou par passage devant élargisseur à air. Des nappes unidirectionnelles ainsi réalisées peuvent être superposées avec des directions différentes et liées entre elles, par exemple par aiguilletage, pour former des nappes multidirectionnelles. Elles peuvent aussi être liées, par exemple également par aiguilletage avec d'autres types de textures fibreuses, notamment des tissus, pour constituer des textures fibreuses complexes essentiellement bidirectionnelles. Afin de réduire les coûts de réalisation de nappes fibreuses, il est souhaitable, en particulier lorsqu'elles sont en fibres de carbone, d'utiliser comme produits de départ des gros fils ou câbles disponibles dans le commerce dont le prix par unité de masse est sensiblement inférieur à celui de fils plus petits. Toutefois, la demanderesse a observé que la réalisation de nappes homogènes par étalement de gros fils ou câbles et juxtaposition des fils ou câbles étalés est plus délicate qu'avec des fils plus petits. En effet, des discontinuités (recouvrements ou espaces) sont difficiles à éviter aux jonctions entre fils ou câbles étalés. Objets et résumé de l'invention L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et propose à cet effet un procédé de réalisation d'une nappe fibreuse homogène par étalement et juxtaposition de fils ou câbles, procédé selon lequel, après au moins un pré-étalement des fils ou câbles et l'amenée de ceux-ci côte à côte sensiblement dans un même plan, on balaie leur surface par au moins un jet d'air déplacé transversalement par rapport à la direction longitudinale des fils ou câbles, de manière à obtenir une nappe sensiblement unidirectionnelle homogène. Avantageusement, le jet d'air est déplacé alternativement d'un bord à l'autre de l'ensemble des fils ou câbles disposés côte à côte, tandis que ceux-ci sont déplacés en direction longitudinale. De préférence, le jet d'air est dirigé sensiblement perpendiculairement au plan des fils ou câbles. Le procédé conforme à l'invention confère une homogénéité à la nappe unidirectionnelle en provoquant une vibration des filaments constitutifs des fils ou câbles par le balayage par jet d'air. Un étalement supplémentaire des fils ou câbles peut être réalisé lors de ce balayage. De préférence, un maintien au moins temporaire de la nappe dans l'état où elle se trouve après balayage par jet d'air est réalisé. Ce maintien est avantageusement obtenu par passage sur un rouleau qui, au moins dans sa partie en contact avec la nappe, est en matériau présentant un coefficient de frottement tel qu'il s'oppose à un glissement des filaments susceptible de se traduire par un resserrement de la nappe ou par des discontinuités. Un tel matériau est par exemple un caoutchouc ou une mousse. L'invention vise aussi une installation permettant la mise en oeuvre du procédé, installation du type comportant au moins un dispositif de pré-étalement des fils ou câbles, et des moyens d'entraînement côte à côte des fils ou câbles en aval du dispositif de pré-étalement. Selon l'invention, l'installation comporte en outre au moins un dispositif de balayage par jet d'air disposé d'un côté du trajet des fils ou câbles en aval du dispositif de pré-étalement, une conduite d'alimentation de la buse en air sous pression, et un organe d'entraînement de la buse en direction transversale par rapport audit trajet. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est une vue très schématique d'un mode de réalisation d'une installation conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en élévation latérale à échelle agrandie du dispositif de balayage par jet d'air de l'installation de la figure 1 ; -la figure 3 est une vue en élévation selon le plan lil-lil de la figure 2 ; -la figure 4 est une vue partielle montrant une variante de réalisation de l'installation de la figure 1 ; et - la figure 5 est une vue partielle montrant une autre variante de réalisation de l'installation de la figure 1. Description détaillée de modes de réalisation Dans l'installation des figures 1 à 3, plusieurs câbles 10 tirés de bobines 12 sont ouverts et pré-étalés par passage sur des barreaux courbes 14. Dans l'exemple illustré, chaque câble 10 passe sur une succession de barreaux 14a succession de barreaux 14a, 14b, 14c en étant en contact avec des , 14b génératrices des barreaux, côté convexe. Les câbles 10 pré-étalés sont ramenés côte à côte sur un rouleau 16 à partir duquel ils suivent un trajet descendant sensiblement vertical. Sur ce trajet, l'ensemble 18 des câbles 10 disposés côte à côte est exposé à un balayage par jet d'air en direction transversale par rapport à la direction de déplacement D des câbles. La direction de balayage est avantageusement perpendiculaire à la direction D, c'est- à-dire, ici, sensiblement horizontale. En outre, la direction de balayage est sensiblement parallèle au plan P formé par l'ensemble des câbles 10. Le balayage est produit au moyen d'une buse d'éjection d'air 22 portée par un support 24. Celui-ci est fixé à l'extrémité de la tige 25 d'un vérin 26 et est guidée dans son déplacement horizontal au moyen de tiges horizontales fixes 28 (montrées uniquement sur les figures 2 et 3) parallèles au plan 8 et sur lesquelles le support 24 est engagé. Un conduit souple 30 amène de l'air sous pression à la buse 22. Le vérin 26 est par exemple un vérin pneumatique.'1 est commandé de manière à conférer à la buse 22 un mouvement de translation linéaire alternatif, d'un bord à l'autre de l'ensemble 18 des câbles 10. D'autres modes de réalisation de l'entraînement de la buse dans son mouvement horizontal alternatif pourront être utilisés. Par exemple, le support 22 pourra être solidaire d'une courroie sans fin passant sur un rouleau d'entraînement et un rouleau de renvoi aux extrémités de la course de la buse 22, le rouleau d'entraînement étant couplé à un moteur commandé alternativement dans un sens et dans l'autre. Après balayage par le jet d'air, une nappe homogène 20 est obtenue. Celle-ci passe sur au moins un rouleau 32 qui, au moins dans sa partie en contact avec la nappe, est réalisé en un matériau présentant une caractéristique de frottement telle qu'il s'oppose à un glissement latéral des filaments, afin de conserver à la nappe sa largeur et son homogénéité au moins de façon temporaire, jusqu'à une fixation ultérieure. Ce matériau est par exemple un caoutchouc ou une mousse de matière plastique. L'adhérence entre le rouleau 32 et les filaments de la nappe doit toutefois rester limitée pour éviter un entraînement de filaments par le rouleau 32 hors de la nappe. Sur son trajet entre le rouleau 16 et le rouleau 32, la nappe 20 est libre. La tension de la nappe peut être définie simplement par l'appel de celle-ci, en aval du rouleau 32, à l'encontre du poids des bobines individuelles 12. Comme le montre schématiquement la figure 2, le jet d'air produit par la buse 22 déforme légèrement la nappe 20 hors du plan P. Cette déformation s'accompagne d'une vibration des filaments constitutifs des câbles sur le trajet libre de la nappe entre les rouleaux 16 et 32, ce qui favorise une répartition sensiblement homogène de ces filaments sur la largeur de la nappe en combinaison avec le déplacement latéral de la buse 22. Une nappe homogène 20 sensiblement unidirectionnelle est obtenue même lorsque les câbles 10 pré-étalés ne sont pas initialement disposés exactement adjacents dans l'ensemble 18. La figure 1 montre des câbles 10 pré-étalés avec des intervalles 11 entre câbles sur le rouleau 16. Le balayage par le jet d'air complète l'étalement des câbles. Il peut également réaliser un élargissement de la nappe 20 par rapport à la largeur totale de l'ensemble 18. Bien entendu, l'homogénéisation de la nappe 20 par balayage par jet d'air conserve son efficacité même lorsque l'on s'efforce de disposer les câbles 10 sans intervalles entre eux sur le rouleau 16. Le passage sur le rouleau 32 contribue au maintien des filaments de la nappe dans leurs positions relatives, donc au maintien de la nappe dans sa distribution homogène. Après passage sur le rouleau 32, la nappe 20 peut être amenée à un poste de nappage 36 alimenté par une nappe unidirectionnelle 40 qui est nappée régulièrement sur la nappe 20 en défilement continu de sorte qu'une nappe tridirectionnelle 42 est obtenue. Les différentes couches constitutives de la nappe 42 peuvent être liées entre elles par aiguilletage léger dans un poste d'aiguilletage 44 et la nappe obtenue peut être stockée sur un rouleau récepteur 46. Une telle réalisation de nappe multidirectionnelle par nappage et aiguilletage de nappes unidirectionnelles superposées dans des directions différentes est bien connue. Un pré-étalement ou pré-ouverture des câbles 10, avant homogénéisation et étalement par balayage par jet d'air, peut ne pas être nécessaire, mais est le plus souvent préférable pour séparer les filaments des câbles les uns des autres, ceux-ci pouvant être plus ou moins mutuellement collés par la présence d'un ensimage. La figure 4 illustre une variante de réalisation selon laquelle le pré-étalement des câbles 10 est réalisé par passage sur un tube fendu. Dans l'exemple illustré, les câbles 10 sont séparés initialement en deux groupes. Un câble sur deux passe au-dessus d'un premier tube 50, en amont du rouleau 16, tandis que les autres câbles passent au-dessus d'un deuxième tube 52 également en amont du rouleau 16. Chaque tube 50,52 est muni de fentes 50a, 52a formées à travers leur paroi et s'étendant sur une longueur limitée parallèlement à l'axe du tube. Les fentes peuvent être réalisées par découpe laser. Les tubes 50,52 sont obturés à une extrémité et alimentés à leur autre extrémité en air sous pression au moyen de conduites 54, 56. Chaque câble 10 passe au regard d'une fente 50a, 52a, les tubes 50,52 étant orientés perpendiculairement aux trajets des câbles 10. Le jet d'air émis à travers chaque fente provoque un élargissement du câble situé en regard. Il est possible de faire passer les câbles sur un tube fendu commun mais les fentes, et, par conséquent, les câbles pré-étalés, doivent être suffisamment espacés pour que le jet d'air d'élargissement d'un câble ne perturbe pas l'élargissement d'un câble voisin. La figure 5 illustre une autre variante de réalisation selon laquelle la nappe 20, après passages entre les rouleaux 32,34, est superposée à une texture fibreuse 60 alimentée séparément, par exemple une bande de tissu. Le complexe 62 formé par la nappe 20 et le tissu 60 est bobine sur un mandrin 64 afin de former une préforme fibreuse cylindrique annulaire. Les couches fibreuses superposées sur le mandrin 64 peuvent être liées entre elles par aiguilletage au moyen d'une planche à aiguilles 66 qui s'étend le long d'une génératrice du mandrin et qui est animée dans mouvement alternatif en direction radiale. L'invention est remarquable en ce qu'elle permet, par des moyens simples et peu coûteux, d'obtenir une nappe homogène à partir de plusieurs câbles étalés. Le procédé est de préférence mis en oeuvre avec des câbles de titre élevé. Par exemple, des nappes homogènes unidirectionnelles en fibres de carbone de largeur variant de 30 à 50 cm ont été réalisées avec succès à partir de câbles de carbone de 48 K (48000 filaments) commercialisés sous la référence "Panex 35-48K"par la société des Etats-Unis d'Amérique"ZOLTEK". REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une nappe fibreuse par étalement et juxtaposition de fils ou câbles, caractérisé en ce que, après au moins un pré-étalement des fils ou câbles et l'amenée de ceux-ci côte à côte sensiblement dans un même plan, on balaie leur surface par au moins un jet d'air déplacé transversalement par rapport à la direction longitudinale des fils ou câbles, de manière à obtenir une nappe sensiblement unidirectionnelle homogène. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jet d'air est déplacé alternativement d'un bord à l'autre de l'ensemble des fils ou câbles disposés côte à côte, tandis que ceux-ci sont déplacés en direction longitudinale. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le jet d'air est dirigé sensiblement perpendiculairement au plan des fils ou câbles. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un étalement supplémentaire des fils ou câbles est réalisé par le balayage par jet d'air. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, après balayage par jet d'air, la nappe obtenue passe sur un rouleau qui, au moins dans sa partie en contact avec la nappe, est en matériau présentant un coefficient de frottement tel qu'il s'oppose à un glissement des filaments constitutifs de la nappe afin de maintenir celle-ci sous forme étalée. 6. Installation pour la réalisation d'une nappe fibreuse comportant au moins un dispositif de pré-étalement des fils ou câbles, et des moyens d'entraînement côte à côte des fils ou câbles en aval du dispositif de pré-étalement, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins un dispositif de balayage par jet d'air disposé d'un côté du trajet des fils ou câbles en aval du dispositif de pré-étalement, une conduite d'alimentation de la buse en air sous pression, et un organe d'entraînement de la buse en direction transversale par rapport audit trajet. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de pré-étalement comprend au moins un tube avec au moins une fente formée en direction sensiblement longitudinale dans la paroi du tube, et des moyens d'alimentation du tube en air sous pression. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, en aval du dispositif de balayage, au moins un rouleau disposé sur le trajet de la nappe et constitué, au moins dans sa partie en contact avec la nappe, d'un matériau choisi parmi une mousse et un caoutchouc.