Brevet FR2856336A1 — publié le 20041224

FEUILLE DE MATIERE THERMOPLASTIQUE RENFORCEE PAR DES ELEMENTS UNIDIRECTIONNELS DE RENFORCEMENT, ET PROCEDE DE FABRICATION. Domaine Technique L'invention concerne un procédé permettant de réaliser des feuilles de matière thermoplastique présentant une structure de renforcement permettant d'accroître la résistance à la lacération et la capacité à être conformée. Ce type de matériau peut donc être utilisé dans de multiples applications, notamment pour 10 réaliser des bâches de véhicules, des revêtements d'ameublement, des cloisons souples sécurisées, ou des articles d'habillement. Techniques antérieures Pour augmenter la résistance à la lacération d'une feuille thermoplastique, il 15 est connu d'associer cette feuille thermoplastique à une structure de renforcement, constituée par exemple par un réseau métallique tel que décrit dans le document GB 2 317 363. Un tel matériau est constitué par l'association d'une couche de matière 20 thermoplastique, et par exemple du polychlorure de vinyle, sur lequel est rapporté un treillis métallique qui peut par exemple être formé d'un tissu ou d'un tricot à base de fils métalliques. Plus précisément, la structure décrite dans le document précité comporte l'assemblage de deux couches de matière thermoplastique emprisonnant un tissu ou tricot à base de fils métalliques. On conçoit que ce type 25 de matériau présente l'inconvénient d'être limité en ce qui concerne les largeurs de production. En effet, la largeur maximum de ce type de matériau est limitée à la largeur maximale de la couche de renforcement à base de fils métalliques. Autrement dit, il est nécessaire d'avoir à disposition un tissu ou un tricot métallique présentant la largeur finale de la feuille de renforcement que l'on veut produire. 30 Dans certaines applications, cette limitation est rédhibitoire, et par exemple pour la réalisation de bâches de camions ou de cloisons sécurisées, pour lesquelles il est nécessaire de bénéficier d'une largeur de trois mètres environ. Un premier objectif de la présente invention est de fournir un procédé rapide de fabrication qui permette de réaliser de manière indifférente, et sans étape supplémentaire, des feuilles renforcées en grande largeur, bénéficiant d'une très haute résistance. En outre, la réalisation de ce type de feuilles renforcées nécessite dans une première étape la fabrication du réseau métallique, qui est une opération lente et donc coûteuse. L'association de ce réseau métallique avec une feuille thermoplastique requiert des précautions opératoires, notamment pour assurer un positionnement précis. Un problème se pose donc en termes de productivité. 15 Exposé de l'Invention L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'une feuille de matière thermoplastique, renforcée par des éléments unidirectionnels. Par "éléments unidirectionnels de renforcement", on entend des fils de renforcement 20 tels que des fils de haute ténacité tels que des fils métalliques, des fils à base de fibres de carbone, de verre ou d'aramide, ou analogues, mais également des éléments tels que des rubans tissés ou tressés, voire encore des éléments tubulaires tels que des fils creux. Conformément à l'invention, ce procédé se caractérise en ce qu'il consiste: À tout d'abord, à fabriquer au moins deux bandes renforcées, en intégrant longitudinalement par calandrage des éléments unidirectionnels de renforcement dans une bande de matériau thermoplastique; À par la suite, sur une première de ces bandes renforcées, on dépose au 30 moins une seconde bande renforcée repliée sur elle-même, de telle sorte que les éléments unidirectionnels de renforcement de la deuxième bande forment un angle compris entre 0 et 90 avec les éléments unidirectionnels de renforcement de la première bande; enfin, on calandre l'ensemble formé par la première et la seconde bande pour obtenir la feuille caractéristique, par soudure autogène. On obtient ainsi une feuille de matière thermoplastique qui comporte, noyés dans son épaisseur, au moins trois faisceaux superposés de éléments unidirectionnels de renforcement parallèles, ces trois faisceaux présentant des orientations différentes. On notera que la production des bandes primaires peut être très rapide, car elle est basée sur l'appel d'une nappe de fils et son inclusion en continu dans la feuille fusible par calandrage. En pratique, la seconde bande peut être repliée sur elle-même pour former le ou les faisceaux complémentaires à celui de la première bande, selon différents modes opératoires. Ainsi, la seconde bande peut être repliée sur elle-même en étant enroulée 20 autour de la première bande, c'est-à-dire en venant au contact de cette première bande par les deux faces de cette dernière. La seconde bande peut également être repliée sur elle-même en zigzag, puis disposée sur une face de la première bande, avant d'être calandrée avec cette 25 dernière. En pratique, la première et la deuxième bandes peuvent présenter des largeurs identiques. Dans ce cas, lorsque la bande est repliée sur ellemême en zigzag ou autour de la première bande, avec des lisières tangentes, les différents 30 faisceaux d'éléments unidirectionnels de renforcement ainsi formés forment entre eux des angles de 60 . Toutefois, l'invention couvre également des variantes dans lesquelles des bandes de largeur différentes sont employées, formant donc ainsi des réseaux d'éléments unidirectionnels de renforcement présentant entre eux des angles différents de 60 . Il est également possible d'enrouler la seconde bande sur elle5 même de telle sorte que ses lisières ne sont pas tangentes, mais génèrent au contraire plusieurs recouvrements de la bande sur elle-même. De même, il est possible de déposer plusieurs bandes secondaires sur la première bande, pour former un assemblage intégrant plusieurs hélices enroulées 10 sur la bande primaire. Les différentes bandes enroulées sur la bande primaire peuvent être identiques ou différentes, et être enroulées avec le même pas ou des pas différents. Bien entendu, l'emploi de plusieurs bandes secondaires peut également se faire en repliant ces bandes sur elles-mêmes, avant de les associer à la bande primaire. Le procédé conforme à l'invention n'est donc pas limité en terme de largeur, puisqu'il ne nécessite pas la réalisation d'une structure de renforcement indépendante totale, comme c'est le cas dans les solutions de l'art antérieur. Au contraire, la structure de renforcement est formée en plusieurs étapes, au fur et à 20 mesure du calandrage des différentes bandes entre elles, ce qui est également favorable en terme de rapidité de production. Le procédé permet également de s'adapter à de très grandes largeurs de fabrication, puisqu'il suffit alors d'associer parallèlement des bandes unitaires pour 25 former soit la bande principale, soit la bande secondaire qui est repliée sur la bande primaire. De la même manière, la bande secondaire peut également être réalisée par l'assemblage de plusieurs bandes unitaires parallèles. Selon les applications souhaitées, il est également possible d'associer la 30 feuille renforcée avec au moins une couche d'une surface textile, tissu, tricot ou non-tissé. Cette association peut avoir lieu lors de la réalisation de la première bande, par calandrage d'une étoffe avec la première bande et les éléments unidirectionnels de renforcement. Elle peut également avoir lieu après la réalisation de la feuille renforcée comportant le réseau de faisceau d'éléments renforcement. Cette association peut être réalisée par calandrage avec cette feuille complexe ou par collage. Certaines applications peuvent tirer profit du type d'éléments unidirectionnels de renforcement employés. Ainsi, dans le cas o les éléments unidirectionnels de renforcement de renforcement sont des fils ou des rubans métalliques, ou de manière plus générale conducteurs de l'électricité ou de la 10 chaleur, plusieurs cas de figures peuvent se présenter. Ainsi, lorsque les différents fils métalliques se trouvent au contact les uns des autres après le calandrage final, ils constituent un réseau maillé conducteur, pouvant jouer le rôle d'écran électromagnétique par exemple. Dans le cas o une étoffe textile ou plus généralement au moins une couche textile isolante est incorporée dans la feuille 15 renforcée, elle peut assurer une isolation électrique entre les différents faisceaux de fils conducteurs. Une tentative de lacération peut provoquer la mise en contact de deux fils de faisceaux différents, et permettre ainsi la détection de cette tentative de lacération. Il est également possible d'utiliser des faisceaux qui sont à des potentiels électriques différents pour alimenter différents récepteurs électriques, et 20 par exemple des diodes électroluminescentes. Dans le cas o les fils de renforcement sont des fibres de verre jouant le rôle de fibres optiques, le calandrage final provoque, au niveau des zones de croisement de ces fibres optiques, des déformations de ces dernières. Au niveau de ces 25 déformations, les fibres optiques se trouvent à proximité de la surface de la feuille ainsi obtenue. Le cintrage localisé des fibres optiques permet donc de faire apparaître des zones lumineuses localisées, à la surface du complexe ainsi obtenu. La connexion entre les différents éléments de renforcement conducteurs 30 peut avoir lieu en ménageant des zones qui ne subissent pas le calandrage final, et qui peuvent ensuite être découpées pour laisser apparaître les éléments conducteurs et effectuer les différentes connexions électriques entre les éléments conducteurs. Ces zones o le calandrage est sans effet peuvent s'obtenir par l'utilisation de rubans anti-adhésifs, par exemple à base de silicone, disposés en lisière de la première bande caractéristique. Certains avantages peuvent également apparaître en localisant, non pas en lisière mais sur la largeur de la bande, des zones o le calandrage est sans effet. Dans ce cas, les différents films calandrés ne se collent pas entre eux, grâce à l'interposition par exemple d'un ruban à base de silicone. Ces zones permettent par 10 la suite de générer des passages tubulaires, disponibles par exemple pour l'insertion de baguettes de renforcement, ou pour le passage de fluide. La réalisation de zones dans lesquelles les différents films supportés ne sont pas collés entre eux peut également s'obtenir en employant une calandre dont les rouleaux sont gravés, ou qui, de façon générale, n'assurent pas de pression sur la feuille à des endroits 15 localisés. On obtient alors un matériau homologue aux "tissus poches" obtenus sur métier Jacquard. Description sommaire des figures La manière dont l'invention est réalisée ainsi que les avantages qui en 20 découlent 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 en perspective sommaire illustrant la réalisation d'une bande primaire intégrant des fils de renforcement; Les figures 2 et 3 sont deux vues de dessus illustrant l'étape d'association de 25 la seconde bande avec la première bande, selon deux modes de réalisation alternatifs; La figure 4 est une vue de dessus de la feuille de matière thermoplastique obtenue après calandrage final; La figure 5 est une vue schématique illustrant un mode d'assemblage des 30 bandes primaires et secondaires. Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une feuille de matière thermoplastique qui présente une structure de renforcement formée de éléments unidirectionnels de renforcement orientés selon trois directions différentes. Ce procédé enchaîne plusieurs étapes dont une première consiste à réaliser une bande primaire intégrant des fils de renforcement tel qu'illustré à la figure 1. Une bande primaire (1) est réalisée à partir d'un film (2) de matériau 10 thermoplastique qui peut être en matières variées, et notamment en polyuréthanne, ou bien encore polyester, polyamide, polychlorure de vinyle, ou plus généralement en toute matière thermofusible. Ce film (2) de matière thermoplastique subit une étape de calandrage au 15 moyen d'une installation classique comportant par exemple deux rouleaux (4,5). Ce calandrage permet d'intégrer en surface du film thermoplastique (2) des fils (7) de renforcement, comme illustré à la figure 1. La nature de ces fils (7) ainsi que leur diamètre est déterminé selon les applications souhaitées. On peut ainsi employer des fils métalliques de haute ténacité, et par exemple des fils à base 20 d'acier, ou bien encore des fils à base de fibres de verre, d'aramide ou de carbone. On peut également employer des fils pleins tels que des fibres optiques, ou bien encore des fils creux plats, ou bien encore des éléments plus larges, se présentant sous la forme de rubans. L'écartement entre les différents fils (7) de renforcement est également déterminé en fonction des applications souhaitées. 25 Après réalisation de cette bande primaire (1), on associe cette dernière avec une bande secondaire (10) qui présente également des fils (8) de renforcement. De manière préférée, cette bande secondaire (10) est identique à la bande primaire (1), mais l'invention couvre également des variantes dans lesquelles cette bande 30 secondaire peut être différente de la bande primaire, en ce qui concerne le film employé, mais également le type de fils de renforcement et leur écartement. Dans l'exemple illustré à la figure 2, la bande secondaire (10) est identique à la bande primaire (1), et est enroulée sur cette dernière de manière à en recouvrir les faces avant et arrière. Cette bande secondaire (10) est enroulée de telle sorte que les lisières (12,13) soient quasijointives lors de l'enroulement. De la sorte, 5 l'intégralité des deux faces de la bande primaire (1) est recouverte, et les fils (8) de renforcement de la seconde bande forment, avec ceux (7) de la première bande, des angles de 60 entre eux. La seconde bande (20) peut également être associée à la première bande, 10 comme illustré à la figure 3, après avoir été repliée sur elle-même. Ainsi, la seconde bande (20) est repliée en zigzag sur elle-même de manière à former des motifs (21) apparents sous forme de triangles équilatéraux. Que ce soit après enroulement sur la première bande comme illustré à la 15 figure 2, ou après enroulement sur elle-même comme illustré à la figure 3, l'ensemble formé par la première (1) et la seconde bande (10,20) est ensuite calandré, de telle sorte que les films (2) de matière thermoplastique atteignent leur température de ramollissement et que les fils métalliques (7,8) se retrouvent noyés dans l'épaisseur de la matière thermoplastique. 20 La bande finale (15) illustrée à la figure 4 comporte alors un réseau de fils (7,8) de renforcement tridirectionnels, assurant une très forte résistance à la lacération. La mise en place de la seconde bande (10) sur la première bande peut être réalisée comme illustré à la figure 5. Ainsi, la première bande (1) renforcée est dévidée verticalement à partir d'une ensouple (30). La première bande (1) passe entre deux plaques (31,32) présentant une largeur quasi-identique à la largeur de la première bande (1). La seconde bande (10) est enroulée sur la première bande (1) 30 au niveau de ces plaques rigides (31,32), par un mouvement circulaire (33) du rouleau (34) qui la supporte, autour de la première bande (1). Les plaques rigides (31,32) sont associées à un système de génération de vibrations qui permet d'assurer le glissement de la portion (35) de la seconde bande (10) enroulée sur ces plaques, au fur et à mesure de l'avancement de la première bande (1) dans le sens vertical. L'ensemble est ensuite acheminé entre deux 5 cylindres de calandrage (37,38) qui permettent d'assurer la cohésion de l'ensemble et l'intégration du réseau de fils de renforcement. Comme déjà évoqué, ces opérations peuvent s'effectuer aussi bien au moyen de bandes présentant de grandes dimensions, que des bandes réalisées par 10 association de plusieurs bandes unitaires, mises en parallèles et soudées entre elles. / Il ressort de ce qui précède que le procédé conforme à l'invention permet de réaliser des feuilles de matière thermoplastique renforcées par des fils de renforcement avec la possibilité de produire des largeurs nettement supérieures aux 15 produits équivalents existant à ce jour, et avec des vitesses de production nettement plus élevées. Ces feuilles renforcées peuvent être utilisées en tant que bâches ou écran antipénétration possédant de bonnes propriétés de résistance à la lacération. Elles peuvent également être réalisées, en fonction du type de fils de haute ténacité employés, pour former des structures conformables, susceptibles 20 d'être employées dans l'ameublement ou l'habillement en tirant partie des propriétés de mémorisation de forme des réseaux de fils de renforcement. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication d'une feuille (6) de matière thermoplastique renforcée par des éléments unidirectionnels de renforcement, caractérisé en ce qu'il consiste: tout d'abord, à fabriquer au moins deux bandes renforcées (1,10,20), en intégrant longitudinalement par calandrage des éléments unidirectionnels de renforcement (7) dans un film (2) de matériau thermoplastique; à déposer sur une première (1) des bandes renforcées, au moins une 10 seconde bande renforcée (10) repliée sur elle-même, de telle sorte que les éléments unidirectionnels de renforcement (8) de la seconde bande forment un angle compris entre 0 et 90 avec les éléments unidirectionnels de renforcement (7) de la première bande (1); À à calandrer l'ensemble formé par la première (1) et la seconde bande (10). 15 2/ Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde bande (10) est repliée sur elle-même en étant enroulée autour de la première bande (1). 3/ Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde bande (20) est repliée sur elle-même en zigzag et est disposée sur une face de la première bande (1). 4/ Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 chaque bande renforcée est formée de bandes unitaires parallèles. 5/ Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première (1) et la seconde (10) bandes présentent des largeurs identiques. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce l'on ménage entre le première et la seconde bandes, des zones dans lesquelles le calandrage ne provoque pas le collage des première et seconde bandes. 7/ Feuille (6) de matière thermoplastique renforcée par des éléments unidirectionnels de renforcement, caractérisée en ce qu'elle comporte, noyés dans son épaisseur, au moins trois faisceaux superposés d'éléments unidirectionnels de 5 renforcement parallèles (7,8), les trois faisceaux présentant des orientations différentes. 8/ Feuille de matière thermoplastique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le matériau thermoplastique est choisi dans le groupe comprenant le 10 polyuréthanne, le polyester, le polychlorure de vinyle et le polyamide. 9/ Feuille de matière thermoplastique selon la revendication 7, caractérisée en ce que les éléments unidirectionnels de renforcement sont choisis dans le groupe comprenant les fils métalliques et notamment les fils à base d'acier, les fils 15 de verre, de carbone ou d'aramide et les fibres optiques. 10/ Feuille de matière thermoplastique selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une couche formée par une étoffe textile. 11/ Feuille de matière thermoplastique selon la revendication 7, caractérisée en ce que les éléments unidirectionnels de renforcement d'au moins deux faisceaux sont conducteurs de l'électricité. 12/ Feuille de matière thermoplastique selon la revendication 11 caractérisée en ce que les éléments unidirectionnels de renforcement des deux faisceaux conducteurs sont en contact électrique les uns avec les autres. 13/ Feuille de matière thermoplastique selon la revendication 11 30 caractérisée en ce que les éléments unidirectionnels de renforcement des deux faisceaux conducteurs sont séparés par au moins une couche électriquement isolante.