Brevet FR2830790A1 — publié le 20030418

La présente invention est relative au domaine des matériaux composites et elle concerne, plus particulièrement, les matériaux composites destinés à être utilisés pour aboutir, par des procédés de transformation, à l'obtention de produits finis. En ce sens, de tels matériaux composites peuvent être qualifiés de produits intermédiaires. Dans de nombreux domaines, des produits composites intermédiaires sont mis en oeuvre pour obtenir par combinaison, transformation, association, des produits définitifs qui généralement présentent des caractéristiques globales améliorées, quant au rapport de certaines propriétés telles que la faible masse volumique alliée à une résistance mécanique déterminée. Parmi les domaines techniques concernés, il convient de citer les applications dans lesquelles il est utile de pouvoir disposer de matériaux en plaques ou analogues pour constituer des revêtements résistants ou encore de matériaux aptes à subir une transformation, notamment de forme, pour l'obtention de pièces techniques de conformation complexe devant être légères mais résistantes telles que des carters, nacelles, chambres, cavités, devant être délimités dans des structures d'accueil pour des sous-ensembles fonctionnels devant être protégés d'un environnement extérieur. Il convient de citer également tous les domaines dans lesquels il est nécessaire de pouvoir disposer de panneaux, de peaux de conformations creuses ou analogues, devant offrir une bonne résistance mécanique alliée à une légèreté relative, éventuellement combinée supplémentairement avec une fonction d'isolation phonique et/ou thermique. L'art antérieur connaît un grand nombre de propositions visant ces objectifs, mais il peut être considéré que toutes les propositions actuellement faites pêchent par un inconvénient de coût d'obtention du matériau ou produit composite intermédiaire qui s'oppose à une large diffusion et/ou utilisation. L'objet de l'invention est de proposer un nouveau produit composite intermédiaire qui surmonte au moins cet inconvénient et qui puisse être facilement stocké à plat pour être, le cas échéant, incorporé comme tel ou au contraire après thermotransformation dans une structure allégée et résistante. Pour atteindre un tel objectif, le nouveau produit composite pour la constitution de pièces ou structures allégées et résistantes, en forme ou non, est caractérisé en ce qu'il est composé d'au moins un film de matière thermoplastique allié à au moins un réseau de fils de renfort tendus, comêlés avec des fils de matière thermoplastique. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'invention. La fig. 1 est une perspective partielle montrant, à échelle volontairement agrandie, les caractéristiques du nouveau produit composite selon une première forme de réalisation. La fig. 2 est une vue transversale, à plus grande échelle, correspondant à la fig. 1. Les fig. 3,4, 5 et 6 sont des vues transversales analogues à la fig. 2, mais illustrant autant de variantes de réalisations. Selon les fig. 1 et 2, le nouveau produit composite, destiné à constituer un matériau intermédiaire pour la constitution de pièces ou de structures allégées ou résistantes, qu'elles soient en forme ou non, est caractérisé, dans une variante de réalisation simple, par une constitution faisant intervenir un film 1 de matière thermoplastique pouvant être choisi parmi les matières suivantes PP, PE, PET, PA sans que cette énumération soit limitative. Le film 1 peut présenter une épaisseur comprise entre 25 et 1 200 microns, sa masse surfacique peut être comprise entre 20 et 1 000 g/m2. Il doit être considéré que le film 1 peut être issu d'une production directement en feuille ou être constitué à la demande à partir d'une pellicule, couche ou amoncellement d'une masse poudreuse, granuleuse ou autrement constituée, à caractère sec, qui est soumise à une opération de fusioncompression pour donner lieu à la formation du film 1. Le nouveau produit composite selon l'invention se compose, en outre, d'un réseau 2 de fils de renfort tendus qui sont comêlés avec des fils de matière thermoplastique pouvant être choisis parmi les mêmes matières que celles ci-dessus énumérées. Le réseau 2 peut être constitué, comme illustré par les fig. 1 et 2, par des mèches 3 de fils de renfort tendus et de fils de matière thermoplastiques, de telles mèches s'étendant parallèlement entre elles avec un écartement variable ou constant entre les mèches. Le réseau 2 peut aussi être constitué par de telles mèches 3 associées à des mèches 4 telles que représentées en traits mixtes à la fig. 1 et qui s'étendent parallèlement entre elles selon une direction qui est non parallèle à celle des mèches 3. En d'autres termes, le réseau 2 peut comporter une seule nappe de mèches 3 ou deux nappes de mèches 3 et 4 et, dans un tel cas, les nappes sont superposées sans entrelacement, pour des raisons qui ressortent de ce qui suit. Il doit être considéré que le réseau 2 peut aussi être constitué par des fils de renforts tendus et des fils de matière thermoplastique qui sont établis sous une forme de nappe étalée dans laquelle lesdits fils peuvent être jointifs. Les fils 4 peuvent, le cas échéant, être texturés. Quelle que soit sa constitution propre, le réseau 2 comporte des fils de renfort qui sont choisis parmi les matières suivantes : verre, carbone, aramide, PEHD, PET, HT, PA. Selon une autre caractéristique du nouveau produit composite, le film 1 et le réseau 2 sont intimement liés, comme illustré par la fig. 2 de manière que les fils ou mèches tels que 3 et le cas échéant 4, soient imprimés au moins pour partie dans l'épaisseur du film 1 sans qu'il en résulte un état de surface déformé. C'est la raison pour laquelle, dans le cas de présence de mèches 3 et 4, il est prévu de simplement les superposer sans entrelacement. Un tel résultat peut avantageusement être obtenu en soumettant les deux éléments constitutifs du produit composite selon les fig. 1 et 2 à une étape de montée en fusion et de calandrage de manière à provoquer la fusion au moins partielle des fils de matière thermoplastique comêlés aux fils de renfort tendus et celle de la matière constitutive du film 1, de façon à réaliser l'établissement d'une sorte de matrice de surface qui, après refroidissement, réalise une liaison intime entre le film 1 et le réseau 2. Des conditions opératoires convenables pour atteindre un tel résultat font, par exemple, intervenir une montée en température dans une enceinte de l'ordre de 160 à 230 C selon les matériaux matrice utilisés, puis l'établissement d'une pression par calandrage comprise entre 0,5 à 5 bars avant d'imposer un refroidissement à température ambiante. Les fils de renfort du réseau 2 peuvent répondre aux caractéristiques suivantes : - titre : 50 tex à 5 000 tex, - diamètre : 10 microns à 4 mm, et être constitués chacun, sous la forme monobrin ou multibrins. La fig. 2 montre, en traits continus, que le réseau 2 est imprimé dans la face la du film 1. Il doit être compris qu'il serait indifférent de faire porter le réseau 2 par la face lb. Au sens de l'invention, il pourrait être prévu également que les mèches 3 soient imprimées, par exemple dans la face la, alors que les mèches 4 se trouvent imprimées dans la face lb ou inversement. Une même possibilité est bien entendu offerte lorsque le réseau 2 est constitué de fils établis en nappes avec écartement ou non. La fig. 2 montre une variante de réalisation schématisée en traits mixtes et selon laquelle l'une des faces du film 1, indifféremment la ou lb, associée ou non à un réseau 2 ou à un élément constitutif d'un tel réseau, peut être associée en plus à une couche 5 de mousse de matière thermoplastique répondant aux caractéristiques suivantes : - densité : 20 à 300 kg/m3, - nature des cellules : fermées ou ouvertes ou les deux dans le cas de couches séparées, - état : réticulé ou non. La mousse peut être constituée à partir d'une matière première telle que PP, PE, PET, PA, PU. Comparativement à l'épaisseur du film 1, l'épaisseur de la couche de mousse 5 peut être comprise entre 0,5 mm et 50 mm. Comme cela ressort de ce qui précède, les éléments constitutifs du nouveau produit composite permettent l'obtention d'un produit plan, ayant une cohésion propre, le rendant aisément manipulable et/ou stockable, à température ambiante. Un tel produit se caractérise néanmoins par une faculté de déformation élastique, le rendant éventuellement enroulable, tout en possédant, par la nature de ses matériaux constitutifs, une aptitude à la conformation notamment par thermoformage, lorsqu'il est souhaité produire des pièces ou structures définitives en forme ouverte, voire même fermée. La fig. 3 montre une autre variante de réalisation selon laquelle le produit composite constitué par le film 1 et le réseau 2, peut être associé à une couche 6 d'un mat ou d'un non tissé de fibres de renfort comprimées, constituées par des segments de fibres de verre, de carbone, d'aramide associées ou non à des fibres de matière thermoplastique liées entre elles. Une telle couche, par exemple de mat de verre, peut présenter une masse surfacique comprise entre 50 et 2 500 g/m2 et être constituée à base de segments de fibres ayant une longueur individuelle comprise entre 20 et 500 mm. Dans un tel exemple, la couche 6 contribue à assurer une fonction de renfort. Une telle couche 6, par exemple de non tissé à base de fibres de verre, peut présenter une masse surfacique comprise entre 300 et 3 000 g/m2. Les fibres de verre présentent alors, avantageusement, une longueur comprise entre 5 et 100 mm. Dans le cas de non tissé, les fibres de verre peuvent être associées à des fibres de matière thermoplastique. Dans un tel exemple, la couche 6 assure une fonction de renfort et d'isolation phonique et/ou thermique. De manière classique, la couche 6 de non tissé est constituée par l'amoncellement aléatoire des fibres élémentaires et peut être soumis à compression préalable, de manière que son épaisseur soit comprise entre 0,5 mm et 50 mm. Dans un tel cas, la liaison intime, prévue au sens de l'invention entre la couche 6 et le film 1, peut être obtenue par la même opération que celle établissant la liaison intime entre le film 1 et le réseau 2. Dans une variante, la compression ou compaction, devant être conférée à la couche 6, peut intervenir après dépôt des fibres élémentaires sur l'une des faces du film 1, lors du passage du complexe dans l'unité de chauffage et de calandrage. La fig. 3 montre que la couche 6 est associée à la face lb. Il est certain qu'une telle couche peut aussi être mise en place sur la face la et que dans tous les cas de réalisation possible, le réseau 2 peut être disposé entre le film 1 et la couche 6. Il doit être considéré également, comme illustré par la fig. 4, qu'un réseau supplémentaire 2 peut aussi être prévu sur la surface libre de la couche 6 qui peut aussi être recouverte, comme illustrée par la fig. 3, d'une couche de mousse 5. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en considérant, sur la base de la fig. 4, que la couche de mousse 5 soit placée sur la surface la du film 1 associée ou non à un réseau 2, de même qu'il pourrait être prévu de disposer le réseau 2 ou un réseau équivalent supplémentaire en liaison intime avec la couche de mousse 5. La fig. 5 montre une variante de réalisation dans laquelle le produit composite comprend un film 1 pourvu sur sa face la d'un réseau 2 et sur sa face 1b d'une couche 6, laquelle est recouverte par un second film Il identique ou différent du film 1, en répondant toutefois aux mêmes caractéristiques de matière constitutive. Il est illustré en traits mixtes l'éventuelle présence d'un réseau 21 sur la face 11b du film li qui peut aussi être recouvert, au même titre que la face la du film 1, d'une couche de mousse 5. Toute variante de réalisation sur la base d'un mode sandwich, tel que présenté par la fig. 5, peut être prévue pour conférer au nouveau produit composite les caractéristiques souhaitées en fonction de l'application future envisagée. A titre d'exemple, la fig. 6 montre une composition sandwich à base de trois films 1 séparés par deux couches 6 et complétés par deux réseaux 2, éventuellement combinés avec un réseau interne, tel que 2'. Dans une telle réalisation, il n'est pas à exclure l'existence d'au moins une couche de matière thermoplastique en mousse sur l'une des faces extrêmes du produit composite. Dans tous les cas, il doit être tenu que le produit complexe conforme à l'invention se caractérise par l'existence d'éléments constitutifs qui sont intimement liés en contact de surface, par effet de fusion au moins, et calandrage, de manière à être exempt de tout risque de délaminage. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1-Nouveau produit composite pour la constitution de pièces ou structures allégées et résistantes, en forme ou non, caractérisé en ce qu'il est composé d'au moins un film (1) de matière thermoplastique allié à au moins un réseau (2) de fils de renfort tendus, comêlés avec des fils de matière thermoplastique. 2-Nouveau produit composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film présente une masse surfacique comprise entre 20 et 1 000 glm2. 3-Nouveau produit composite selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins une couche (6) de fibres de renfort comprimées. 4-Nouveau produit selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche (6) est constituée par un mât de fibres de verre. 5-Nouveau produit selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche (6) est constituée par un non tissé de fibres de verre associées à des fibres thermofusibles. 6-Nouveau produit selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche (6) est constituée par l'association d'un mât ou d'un non tissé en fibres de verre. 7-Nouveau produit selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la couche (6) est associée à des fibres de matière thermoplastique. 8-Nouveau produit composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins une couche (5) de mousse de matière thermoplastique intimement liée au film et/ou à la couche (6) et/ou au réseau (2). 9-Nouveau produit composite selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche de mousse présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 50 mm. 10-Nouveau produit composite selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la couche de mousse présente une densité comprise entre 20 et 300 kg/m3. 11-Nouveau produit composite selon la revendication 1, 3 ou 8, caractérisé en ce que le réseau (2) de fils tendus est intimement lié avec le film et/ou le NT et/ou la couche de mousse. 12-Nouveau produit composite selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un sandwich composé d'au moins un film (1) et d'au moins un réseau (2) ainsi que d'au moins une couche (6) et/ou d'au moins une couche (5) de mousse. 13-Nouveau produit composite selon l'une des revendications 1, 11 ou 12, caractérisé en ce que le réseau (2) de fils de renforts comprend des fils (3 et/ou 4) établis selon deux orientations non parallèles. 14-Nouveau produit selon l'une des revendications 1, l l, 12 et 13, caractérisé en ce que le réseau est constitué par des mèches renforcées espacées de fils jointifs. 15-Nouveau produit composite selon l'une des revendications 1, 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que le réseau est constitué par au moins une nappe de fils de renfort et de fil de matière thermoplastique jointifs. 16-Nouveau produit composite selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le film, le réseau et/ou la couche (6) et/ou la couche (5) de mousse sont intimement liés pour ceux en contact par effets de compression et fusion au moins partielle. 17-Nouveau produit composite selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les fils de renfort du réseau (2) et les fibres de la couche (6) sont choisis parmi les matières suivantes : verre, carbone, aramide. 18-Nouveau produit composite selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le film et les fils de matière plastique comêlés aux fils de renfort sont choisis parmi les matières suivantes : polypropylène, polyéthylène, PET, PA.