Brevet FR2848227A1 — publié le 20040611

ETOFFE TEXTILE APTE A ETRE INTEGREE DANS UNE ARMATURE DE RENFORCEMENT ET MACHINE POUR LA REALISATION DE TELLES ETOFFES Domaine Technique L'invention se rattache au domaine des textiles techniques, et plus précisément aux armatures textiles utilisées en tant qu'éléments de renforcement. Elle vise plus spécifiquement une nouvelle structure d'étoffe permettant de réaliser des rubans de renforcement qui sont utilisés pour être enroulés sur des structures de forme particulière, en vue de les renforcer. L'invention vise également une machine permettant de fabriquer ce type 1 5 d'étoffe. Techniques antérieures De façon générale, de très nombreuses structures ont besoin d'être renforcées, car elles sont le siège de contraintes mécaniques particulièrement 20 importantes. C'est pourquoi, il est d'ores et déjà connu d'enrubanner certaines pièces mécaniques avec des rubans à base de fils de haute ténacité. Ces rubans sont ensuite noyés dans une résine assurant la solidification de l'armature. 25 D'un point de vue mécanique, il est Généralement préférable que les fils de l'armature conférant la plus forte résistance, soient orientés selon la grande direction de l'élément à renforcer. C'est pourquoi, pour ce type d'application, on utilisera des rubans, dont des fils de plus fort titre et présentant la plus forte 30 résistance, se trouvent dans le sens trame. Avec un ruban traditionnel, dans lequel les fils de trame sont perpendiculaires aux fils de chaîne, on constate que lorsque l'on enrubanne avec un certain pas, les fils de trame ne sont pas orientés par rapport à la grande direction de la pièce enrubannée, mais présentent avec cette direction un léger angle. Un objectif de l'invention est de réduire cet angle, voire même de l'annuler, de manière à ce que le renfort augmente de façon optimale la résistance de l'élément à renforcer. Ce léger angle des fils de trame engendre une orientation privilégiée de la résistance conférée à l'objet à renforcer, au détriment donc d'une fragilisation sur une autre direction. Dans le domaine textile, il existe déjà des étoffes qui présentent des fils de 15 trame qui ne sont pas strictement perpendiculaires aux fils de chaîne. On peut ainsi citer les rubans tissés, dont les fils de trame sont légèrement décalés par rapport à la perpendiculaire des fils de chaîne. Toutefois, ce type de textile n'est pas utilisable en tant qu'armature de renforcement, puisque le tissage se traduit par un certain embuvage des fils de chaîne et de trame, qui se révèle être un inconvénient. 20 En effet, dans le cas de traction importante exercée sur des rubans tissés, les fils de chaîne exercent des efforts transversaux sur les fils de trame, ce qui peut provoquer des ruptures de ces fils de trame, et donc de leur effet de renforcement. On connaît également des textiles multi-axiaux, réalisés sur des machines à 25 trameurs, et comportant des ensembles de fils disposés avec des orientations non perpendiculaires les uns par rapport aux autres. Ces ensembles de fils sont ensuite solidarisés les uns aux autres par couture. Ces textiles présentent des inconvénients notamment pour des applications de renforcement. En effet, en cousant les nappes de fils, on assemble des sous ensembles de fils selon le pas de couture, ce qui nuit 30 à l'homogénéité du textile. En outre, la couture regroupe les fils en les tassant par sous-ensembles, ce qui réduit la mouillabilité du textile, dont on sait qu'il s'agit d'un facteur particulièrement important pour réaliser des renforts enduits. Exposé de l'invention L'invention concerne donc une étoffe textile, qui est apte à être intégrée dans une armature de renforcement. Cette étoffe est formée de l'association par 5 thermocollage ou analogue d'au moins deux nappes de fils superposés, pour former une structure assimilable à une grille. Conformément à l'invention, cette étoffe se caractérise en ce qu'elle comporte en trame des fils de très fort titre en comparaison avec les fils de chaîne. 10 Par très fort titre, on entend que l'essentiel de la masse surfacique de l'étoffe, c'est-à-dire au moins 80 %, est constitué par la nappe de fils de trame. Conformément à l'invention, ces fils de trame présentent donc une 15 inclinaison non perpendiculaire par rapport aux fils de chaîne. Autrement dit, les fils de trame ne sont pas strictement perpendiculaires à la direction principale de l'étoffe, de sorte que lors de l'enroulement de l'étoffe sur une pièce à renforcer, ces fils de trame se retrouvent parallèles à la direction principale de la pièce à renforcer, compensant ainsi l'effet du pas d'enroulage. 20 En pratique, les fils de trame sont choisis parmi les familles de fils de haute ténacité, tels que les fils de verre, les fibres d'aramide et les fibres de carbone. En pratique, on observe que les fils de trame sont aplatis et jointifs, pour 25 former une surface continue, tandis que les fils de chaîne sont au contraire espacés et régulièrement répartis, de manière à perturber au minimum la disposition des fils de trame. Dans certains cas, on peut prévoir d'omettre un ou plusieurs fils de trame pour générer un espace vide améliorant le fluage de matrices associées au renfort. Avantageusement, en pratique, les fils de chaîne peuvent être enduits d'un matériau thermofusible, permettant leur solidarisation aux fils de trame, et donc le blocage de la structure. Dans certaines variantes, on peut intégrer dans les fils de trame des fils voluminisés, par exemple par texturation, ou bien encore des fils pn-Limprégnés à base de matrice thermoplastique. En pratique, l'angle que forment les fils de trame et les fils de chaîne, peut 5 être variable en fonction de l'application et du pas d'enroulage. En pratique, il est généralement compris entre 60 et 890, et préférentiellement voisin de 80 . En pratique, l'étoffe peut se présenter sous différentes formes. Ainsi, elle peut se présenter sous la forme d'une structure tubulaire, dans laquelle les fils de 10 trame forment des hélices, lorsque la structure tubulaire est mise sous forme d'un cylindre. Ce cylindre peut être aplati pour posséder donc des couches dont les fiis de trame sont orientés de part et d'autre de la perpendiculaire aux fils de chaîme. C'e cylindre peut être également découpé selon une de ses génératrices, de sorte que l'étoffe se présente alors sous la forme d'un ruban plat. 15 L'invention concerne également une machine pour la réalisation de ce tape d'étoffe. Cette machine comporte: des moyens d'alimentation en plusieurs fils de chaîne, * un cylindre recevant sur les génératrices de sa face externe les fils de 20 chaîne issus de ces moyens d'alimentation, ò des moyens pour entraîner ces fils de chaîne le long des génératrices, des moyens pour déposer, autour de ce cylindre, un ou plusieurs fils de trame sur les fils de chaîne, pendant l'entraînement de ces derniers, des moyens de chauffage permettant d'assurer le thermocollage ou 25 analogue des fils de trame sur les fils de chaîne. Autrement dit, cette machine permet de déposer continment les fils de trame, et de générer l'inclinaison des fils de trame par rapport aux fils de chaîne par l'avancée continue de ces fils de chaîne le long du cylindre. 30 Avantageusement, en pratique, les moyens de chauffage permettant de thermocoller les fils de trame et les fils de chaîne, peuvent être fonrés par une portion du cylindre, sur lequel défilent et viennent en contact les fils de chaîne et de trame. Dans une forme particulière de réalisation, la machine peut également 5 comporter des moyens pour régler la vitesse d'entraînement des fils de chaîne, ainsi que la vitesse de dépôt des fils de trame, de manière à régler l'angulation des fils de trame par rapport à la perpendiculaire des fils de chaine. L'étoffe ainsi fabriquée à la tombée de cette machine peut être soit 10 conservée sous forme tubulaire, pour être intégrée dans un renforcement, ou bien encore être ouverte sur une génératrice, pour former alors des rubans dont tous les fils de trame présentent une orientation unique. Ce ruban peut ensuite être utilisé pour enrubanner différents types de pièces 15 mécaniques, possédant une section soit cylindrique, ou bien encore une section variable, telle que conique ou tronconique. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent. 20 ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: La figure 1 est une vue de dessus d'une étoffe conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe dans le sens trame de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus d'une pièce cylindrique renforcée par un 25 ruban à base de l'étoffe illustrée à la figure 1. La figure 4 est une vue générale en perspective sommaire d'une machine permettant de réaliser l'étoffe conforme à l'invention. Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne une étoffe textile qui peut être utilisée à l'intérieur d'une armature de renforcement. Un exemple d'une telle étoffe est illustré à la figure 1. Une telle étoffe (1) s'assimile, d'un point de vue de la structure, à une grille, et elle comporte dans le sens chaîne (C) deux nappes de tiIs (2,3) , situées de part et d'autre d'une nappe de fils de trame (4). Plus précis-i sent. la nappe de fils de chaîne (2) est réalisée à partir de fils de faible titre, en comparaison avec celui des fils de trame (4). Cornme illustré à la figure 1, l'étoffe comporte deux nappes de fils de chaîne, situées l'une en dessus (2) et l'autre en dessous (3) de la nappe de fils de trame (4), mais l'invention couvre également les variantes dans lesquelles uoe seule nappe est utilisée en chaîne. Ces deux nappes sont associées par des phénomènes de thermocollage, cr utilisant par exemple des fils de chaîne qui sont préalablement enduits par extrusion annulaire, et qui, lorsqu'ils sont soumis à une source de chaleur, voiett leur enduction passer dans un état de fusion. Il peut également s'agir de fils réalis 15 uniquement à base de matériaux thermofusibles. L'association des deux nappes peut également mettre en oeuvre, de manière supplémentaire ou unique, des phénomènes de collage par l'emploi de poudre thermofusible appliquée sur les fils de chaîne e+ t/ou de trame par phénomènes électrostatiques. Conformément à l'invention, les fils de trame (4) présentent une orientation qui n'est pas exactement perpendiculaire à la direction des fils de chaîne (2), mais qui forme un angle ce, comme illustré à la figure 1. Cet angle ca, qui diffère donc de 90, est déterminé en fonction de la géométrie de la pièce à enrubanner, du pas d'enrubannage sur cette pièce, ainsi que la largeur du ruban. 25 Selon une autre caractéristique de l'invention, il peut se révéler utile que les nappes de fils de chaîne (2,3) présentent des densités variables, avec un maximum situé au niveau médian du ruban. On forme donc une zone plus dense en fils de chaîne au niveau central du ruban, pour faciliter la traction du ruban lors de sa 30 mise en place sur la pièce à renforcer. Cet effet peut également être augmenté en utilisant en chaîne des fils différents entre la zone centrale et la zone périphérique. A titre d'exemple, on a réalisé une étoffe selon la figure 1 comportant unre nappe de fils de trame, d'une masse surfacique de 400 g/m2, réalisée à panir de tis de trame (4), d'un titre de 1200 tex, et comportant 3,33 fils/cm. En chaine, les fils (2') de la zone centrale peuvent être des fils de verre d'un titre de l'ordre de 70 tex, 5 enduits d'un matériau à base de copolyamide. La densité de ces fils de chaîne est de l'ordre d'un fil par centimètre. En bordure, les fils de chaîne (2) peuvent être des fils de polyester enduit, d'un titre voisin de 40 tex, avec une densité de l'ordre de 2 fils/cm. Dans l'exemple illustré, les fils de trame (4) forment un angle ci, de SX) environ avec les fils de chaîne (2,3). Cette étoffe (1) peut, lorsqu'elle est mrise sotUs forme de ruban, être enrubannée sur une pièce (10) commre illustré à la figure 3, de telle sorte que les fils de trame (4) sont tous parallèles à la direction principale (l 1) formant l'axe de la pièce (10). L'invention concerne également une machine permettant de réaliser ce type d'étoffe, telle qu'elle est illustrée à la figure 4. Une telle machine (20) comprend un cylindre associé à des moyens d'alimentation en fils de chaîne, et des mc-oe:is permettant de déposer les fils de trame. Plus précisément, et comme illustré à la figure 4, le cylindre (21) comporte, dans sa partie haute, deux ensembles (22,23) de bobines (24,25) de fils de chaîne. Un premier ensemble (22) est situé à l'extérieur du cylindre, tandis que le second ensemble (23) est situé au dessus du volume intérieur du cylindre (2 I). Ces 25 différents ensembles (22,23) comportent différentes bobines réparties circulairement, éventuellement en plusieurs couronnes, comme c'est le cas poiur l'ensemble intérieur (23). Ces deux ensembles (22,23) alimentent le cylindre (21) en fils de chaîne, de telle sorte que ces fils de chaîne se déposent sur les génératrices verticales du cylindre (21). La machine (20) comporte également, en partie haute, un plateau tounmant (27), recevant différentes bobines de fils de trame (28). Ce plateau est équipé en partie basse d'un ensemble de cannes permettant l'acheminement des fils de trame à destination de la partie haute (30) du cylindre (21). Les fils de tran.e (4) sent donc déposés selon des circonférences du cylindre (21). Dans un mêmre temps. l'étoffe obtenue est tirée vers le bas par des moyens de renvidement. de telle sorle 5 que les fils de chamîne se déplacent le long des génératrices. Ce faisant, les fils de trame (4) adoptent une géométrie d'hélice sur l'étoffe tubulaire se déplaçant sur le cylindre. Conformément à l'invention, la machine comporte, au niveau médian (33) 10 du cylindre, une zone de chauffe. Cette zone de chauffe (33) permet dapporter à température de fusion l'enduction thermofusible des fils de chaîne. La température de la zone de chauffe ainsi que sa longueur est choisie en fonction de la vitesse de défilement et des matériaux des fils de chaîne. Le cylindre (21) comporte également, en partie basse (36), une zone de refroidissement, permettant la fixation des fils de trame sur les fils de chaînrc. L'extrémité basse du cylindre (21) peut présenter une forme légèrement conique, avec un diamètre se rétrécissant, pour permettre l'échappement de l'éoffé par rapport au cylindre. L'étoffe est ensuite acheminée vers des moyens de renvidement formés d'un cylindre d'appel et de moyens d'enroulement non représentés. Dans la forme illustrée, l'étoffe tubulaire obtenue en tombée de cylindre, est 25 découpée pour être ensuite ouverte et enroulée à plat. On peut également prévoir de réaliser plusieurs rubans à partir d'une même étoffe tubulaire. Toutefois, dans une variante non représentée, l'étoffe tubulaire peut également être renvidée sans avoir été ouverte, de telle manière à forner une étoffe 30 double couche dans laquelle les fils de trame sont orientés de part et d'autre de la perpendiculaire aux fils de chaîne, d'une couche à l'autre. Il est également possible d'assurer un réchauffement de l'ensemble pour assembler les deux couches. Il ressort de ce qui précède que l'étoffe textile conforme à l'invention présente l'avantage important de permettre d'orienter les fils de trar e de forte résistance selon la direction principale de l'objet sur lequel l'étoffe est enroutée. dans un but d'optimiser la résistance supplémentaire conférée par l'armature. Pour 5 obtenir un produit d'épaisseur constante, on peut alors éliminer les lisières par découpe notamment. Bien que décrite dans les exemples avec des fils de verre, cette étoffe peutit également être obtenue à partir de fils de haute performance, et notamment à base 10 de fibres d'aramide ou de carbone. Pour certaines applications, on peut éalilent trouver avantage à mixer différents type de fils de trame, notamment en intilrant des fils voluminisés, par exemple par texturation. On peut également associer cet étoffe avec un voile ou un non-tissé présentant un certaine épaisseur, pouvan par exemple jouer le rôle de réserve de résine lorsque le ruban est utilisé en 15 imprégnation. Applications industrielles Cette étoffe peut être utilisée pour former de nombreux types de renforts, notamment en association avec des résines thermodurcissables, ou bien encore en 20 intégrant des fils de trame préimprégnés de matrices thermoplastiques, tels que ceux par exemple commercialisés par le société VETROTEX, sous la marque Twintex . Cette étoffe de renforcement peut notamment être utilisée pour enrubanner 25 de nombreux types de pièces mécaniques nécessitant une forte résistance longitudinale. Parmi les applications possibles, on peut citer le renforcement de parties de pales d'éoliennes, de citernes, de tuyauteries, et de façon générale, les pièces de 30 forme creuse devant résister à des contraintes longitudinales. REVENDICATIONS 1/ Etoffe textile (1), apte à être intégrée dans une armature de renforcenrent, formée de l'association par thermocollage ou analogue d'au moins deux nappes de 5 fils superposées, caractérisée en ce qu'elle comporte en trame des fils (4) de tres fort titre en comparaison avec les fils de chaîne (2,3), lesdits fils de tramne (4) présentant une inclinaison (a) non perpendiculaire par rapport aux fils de chaîne (2,3). 2/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fils de trame (4) sont choisis parmi les familles de fils de haute ténacité, tels que les fils de verre, les fibres aramides, les fibres de carbone. 3/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fils de 15 trame (4) sont aplatis etjointifs. 4/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée en ce que certains des fils de trame ne sont pas jointifs et définissent un espace libre. 5/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fils de chaîne sont espacés et répartis régulièrement. 6/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fils de chaîne (2,3) sont enduits d'un matériau thermofusible. 25 7/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée en ce que les Efils de trame (4) forment, avec les fils de chamîne, un angle (a) compris entre 60 et 89-, préférentiellement voisin de 80 . 8/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux nappes de fils de chaîne (2,3), situées de part et d'autre de la nappe de fils de trame (4). 9/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comsor parmi les fils de trame des fils voluminisés. 10/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle 5 comporte parmi les fils de trame des fils pré-nimprégnè die matrice thermoplastique. 11/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée enr ce qu'elle comporte également au moins un couche de voile ou de non-tissé présent sur an 10 moins une de ses faces. 12/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'un ruban plat. 13/ Etoffe textile selon la revendication 1, caractérisée er ce qu'elle se présente sous la forme d'une structure tubulaire, dans laquelle les fEls dc trame forment des hélices. 14/ Machine (20) pour la réalisation d'étoffes textiles selon l'une des 20 revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle comporte: * des moyens (22,23) d'alimentation en plusieurs fils de chaîne, un cylindre (21) recevant sur les génératrices de sa face externe les fils de chaîne issus desdits moyens d'alimentation (22,93), * des moyens pour entraîner lesdits fils de chaîne le long desdites 25 génératrices, * des moyens (27- 29) pour déposer, autour dudit cylindre (21), un ou plusieurs fils de trame sur les fils de chaîne, pendant l'entraînement de ces derniers, * des moyens de chauffage permettant d'assurer le thern-ocollae ou 30 analogue des fils de trame sur les fils de chamîne. 15/ Machine selon la revendication 14, caractérisée en ce que ics nyens de chauffage sont formés par une portion (33) du cylindre (21) sur lequel df lent IeS fils de chaîne et de trame. 16/ Machine selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour régler la vitesse d'entraînement des fils de chalîne. de manière à régler l'angulation des fils de trame par rapport aux fils de chaîne.