Brevet FR2891190A1 — publié le 20070330

COMPLEXE DE RENFORCEMENT MECANIOUE DESTINE A ETRE INCORPORE DANS UNE PIECE COMPOSITE. Domaine Technique L'invention se rattache au domaine des textiles techniques, et plus particulièrement des textiles destinés à être utilisés en tant que renforts pour la fabrication de pièces composites. Elle vise plus particulièrement un complexe de renforcement mécanique, utilisé dans le cadre de procédés permettant la réalisation de pièces épaisses, comportant un noyau à base de résine injectée. L'invention concerne plus spécifiquement la constitution particulière d'un tel complexe, permettant d'améliorer les propriétés mécaniques de la pièce composite, et notamment en termes de résistance au délaminage. Techniques antérieures De façon générale, les pièces composites sont utilisées dans de multiples applications. Elles sont appréciées pour leurs qualités de résistance mécanique alliée à une densité très faible. A titre d'exemple, on peut citer la réalisation de divers panneaux utilisés dans le domaine des constructions de véhicules maritimes ou automobiles, par exemple pour réaliser des parties de coques de bateaux, ou bien encore des parois de hayons de remorques de camions. De telles pièces incluent donc fréquemment la combinaison d'un noyau présentant une épaisseur relativement forte, sur lequel est disposée une structure textile de renfort, qui est généralement imprégnée d'une résine mécanisante thermodurcissable. En pratique, la construction d'une telle pièce nécessite dans un premier temps la réalisation du noyau. Ce noyau est fréquemment réalisé à base d'une résine de polyuréthane, appréciée pour ses propriétés mécaniques, alliée à une densité relativement faible, de l'ordre de 30 à 70 kg/m3. Ce noyau est ensuite poncé pour lui donner sa forme définitive, puis recouvert sur sa face extérieure d'une structure textile de renfort, typiquement à base de fibres de haute ténacité, tel que le verre, le carbone ou l'aramide. Cette structure de renfort textile est ensuite imprégnée d'une résine mécanisante, tel que notamment les résines de polyesters insaturés couramment appelés "UP" pour "unsaturated polyester", ou les résines époxy. Après polymérisation, cette résine qui vient imprégner à coeur la structure textile, confère donc une rigidité supplémentaire à la pièce composite. On conçoit que l'enchaînement de ces différentes étapes nécessite des opérations de manipulation délicate, de sorte qu'il est souhaitable d'éliminer l'opération de collage du renfort sur le noyau. Une solution couramment employée consiste à réaliser l'injection de la mousse de polyuréthane formant le noyau, à l'intérieur d'un moule dont une des faces a préalablement reçu la structure textile de renfort. Toutefois, un problème se pose lors de l'injection de la résine de polyuréthane, puisque cette dernière, qui est injectée sous pression, a tendance à pénétrer dans la structure textile de renfort. Cette dernière ne peut donc plus être imprégnée par la résine mécanisante thermodurcissable, au détriment donc des propriétés mécaniques de la pièce composite. Pour résoudre ce problème, le Demandeur a proposé dans le document EP 1 365 055, d'utiliser des structures de renforcement qui comportent une couche en matériau élastomérique, associée à une structure textile. Cette couche élastomérique assure un effet de barrière, et empêche la pénétration de la mousse de polyuréthane à l'intérieur de la structure de renfort textile, qui conserve donc ses capacités à être imprégnée par la résine mécanisante thermodurcissable. Toutefois, cette solution présente certains inconvénients en termes de résistance mécanique. En effet, la présence d'une couche barrière étanche constitue une région de discontinuité mécanique, qui forme donc une zone de fragilisation dans laquelle les risques de délamination peuvent être importants. L'un des objectifs de l'invention est de permettre la réalisation de pièces composites renforcées en limitant les étapes de manipulation. Un autre objectif de l'invention est d'améliorer la résistance à la délamination de pièces composites incorporant des structures textiles de renforcement, et destinées à être imprégnées avec une résine mécanisante. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un complexe de renforcement mécanique. Un tel complexe est destiné à être incorporé dans une pièce composite à base de résine injectée. Ce complexe comporte de manière connue une structure textile de renfort, qui est destinée à être imprégnée d'une résine mécanisante thermodurcissable, par exemple à base de résine de polyester insaturé ou époxy. Conformément à l'invention, ce complexe de renforcement se caractérise en ce qu'il comporte une couche de mousse à cellules ouvertes, présente sur la face interne du 10 complexe, c'est-à-dire la face destinée à venir au contact de la mousse injectée. Autrement dit, le complexe de renforcement inclut une couche de mousse qui présente une certaine perméabilité à la mousse injectée, qui constituera le noyau de la pièce composte. Grâce à cette perméabilité contrôlée, le complexe de renforcement se trouve intimement associé au noyau lors de la fabrication de ce dernier. En effet, la mousse injectée du noyau pénètre la couche de mousse lors de l'injection, et assure un ancrage de cette dernière, et donc du complexe de renforcement, par rapport au noyau. En d'autres termes, le noyau, lors de sa formation, pénètre partiellement à l'intérieur du complexe de renforcement, et plus précisément de la couche de mousse caractéristique. Cette mousse caractéristique est sélectionnée pour présenter une porosité optimisée vis-à-vis de la résine du noyau. Cette porosité est en effet choisie pour assurer une pénétration limitée de cette résine d'injection, afin d'empêcher cette dernière d'imprégner la structure textile qui est destinée à recevoir ultérieurement la résine mécanisante. Le degré de pénétration de la résine du noyau à l'intérieur de la couche de mousse peut être déterminé en fonction de l'épaisseur de cette couche de mousse, ainsi que de la nature chimique des différents composants utilisés pour former cette résine d'injection. On prendra notamment en compte la viscosité de chacun des composants intervenant pour réaliser cette résine, étant entendu que la viscosité de ces composants est relativement réduite au départ de la réaction qui conduira à la formation du noyau, mais que cette viscosité augmente relativement rapidement dès que la réaction entre ces différents composants s'amorce. La perméabilité limitée de la couche de mousse est donc prépondérante dans les premiers instants de la réaction d'injection de la mousse destinée à former le noyau. En fonction des applications souhaitées, la structure textile de renfort du complexe peut être réalisée de différentes manières. Cette structure textile peut être réalisée notamment sous forme d'une nappe fibreuse, à base de fibres de verre, de carbone ou d'aramide, prises isolément ou en combinaison. Ces fibres peuvent être organisées sous la forme d'un tissu uni ou multidirectionnel, ou bien encore sous la forme d'un mat présentant des propriétés quasi isotropes. La structure textile de renfort peut également être constituée d'un assemblage de plusieurs nappes fibreuses, combinées pour assurer une optimisation de l'imprégnation par la résine mécanisante thermodurcissable. Il peut par exemple s'agir d'une structure textile telle que commercialisée sous la marque ROVICORE par le Demandeur. La solidarisation entre la couche de mousse caractéristique et la structure textile de renfort peut être réalisée de différentes manières. Ainsi, et de façon préférentielle, la structure textile et la couche de mousse peuvent être solidarisées par couture/tricotage, c'est-à-dire par une liaison mécanique grâce à des fils de liage qui traversent la couche de mousse et la structure textile. Un tel type de solidarisation permet notamment d'assurer une bonne cohésion entre les deux composants du complexe, et limite très fortement les risques de délaminage. Toutefois, la solidarisation entre la couche de mousse et la structure textile peut être réalisée par d'autres manières. On peut citer notamment une liaison par aiguilletage, par laquelle certaines fibres de la structure fibreuse de renforcement sont déplacées pour pénétrer la couche de mousse caractéristique. On peut également solidariser ces deux couches par un collage, en recherchant toutefois à ce que ce collage ne soit pas étanche, de manière à éviter la création d'une zone de brusques changements des propriétés mécaniques, source de fragilisation. Ce collage peut donc être obtenu de manière non uniforme, par la présence d'un film adhésif ajouré, ou bien encore par la répartition de points de collage. Ces points de collage doivent être suffisamment proches pour fermement solidariser la structure textile de renfort et la couche de mousse, mais ils ne doivent pas être trop proches pour faciliter le fluage des différentes résines, et éviter la création de zones d'accumulation. En pratique, la couche de mousse caractéristique sera choisie pour ses propriétés de compatibilité avec la résine d'injection. Ainsi, dans le cas préférentiel de l'injection d'un noyau à base de polyuréthane, la mousse ainsi que ses caractéristiques sera également choisie du même matériau. En pratique, l'invention permet donc de réaliser des pièces dont le complexe de renforcement est solidarisé au noyau directement lors de l'opération d'injection de ce noyau. Dans certains cas, le complexe de renforcement peut également être agencé sous forme de découpe préformée, ou encore sous forme d'une découpe cousue pour former un sac à l'intérieur de laquelle est injectée la mousse du noyau, avec un maintien en forme à l'intérieur d'un moule le cas échéant. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: - la Figure 1 est une vue en perspective sommaire d'une pièce composite intégrant le complexe conforme à l'invention, montré de manière partiellement arraché ; - la Figure 2 est une vue en coupe de la pièce de la figure 1; - la Figure 3 est une vue en coupe d'un complexe réalisé selon une variante d'exécution. Manière de réaliser l'invention La figure 1 illustre une pièce composite (1), incluant un noyau (2) associé au complexe de renforcement (3). Conformément à l'invention, ce complexe de renforcement (3) se compose d'une couche de mousse à cellules ouvertes (4), associée avec une structure textile de renforcement (5). La couche de mousse (4) et la structure textile de renforcement (5) sont associées par couture/tricotage au moyen de fils de liage (6). Bien que n'étant pas limitée à ce type d'application particulière, l'invention présente un avantage lors de la réalisation de pièces composites incluant un noyau (2) réalisé par injection de composants réagissant pour former une mousse de polyuréthane. Dans ce cas, la mousse formant la couche caractéristique (4) venant au contact de ce noyau (2) sera également préférentiellement à base de polyuréthane. L'épaisseur de la couche de mousse (4) peut être variable, et déterminée en fonction du matériau utilisé pour former le noyau (2), notamment de leur viscosité. Cette épaisseur peut typiquement aller de 1 à 10 mm. De même, la densité de la mousse (4) peut être variable, et induire le taux de pénétration de la résine d'injection du noyau. Cette densité peut être typiquement comprise entre 20 et 250 g/l. En pratique, la taille et la forme des cellules employées peuvent être adaptées au procédé et à la matrice utilisée. A titre d'exemple, le complexe (3) illustré aux figures 1 et 2 peut se composer d'une couche de mousse de polyuréthane d'une densité de 30 kg/m3, et une épaisseur de 3 mm, donc une masse surfacique de 90 g/m2. Le complexe de l'invention comporte également une couche de renfort (5) qui, dans l'exemple illustré aux figures 1 et 2, est un tissu bidirectionnel à base de fils de haute ténacité et typiquement des fils de verre. De multiples variantes de réalisation au niveau de cette couche de renfort (5) peuvent être réalisées, nomment en utilisant des renforts unidirectionnels, ou bien encore des mats de fibres de verre. A titre d'exemple, la couche de mousse évoquée précédemment peut être combinée avec un mat de fibres de verre, en utilisant des fibres d'une longueur moyenne de 50 mm pour former un mat d'une masse de 300 g/m2. Ce mat peut être solidarisé par couture/tricotage au moyen de fils synthétiques notamment. Dans la forme illustrée à la figure 3, la structure textile de renfort (10) peut être constituée de l'assemblage de plusieurs couches. Ainsi, deux couches de renfort à proprement parler (11,13) peuvent être séparées par une couche intermédiaire (12) réalisée à base de fils synthétiques présentant une certaine frisure, et autorisant donc le fluage de la résine mécanisante thermodurcissable. La couche de renfort (13) peut recevoir sur sa face externe un voile d'aspect (15). Ce voile permet de donner à l'ensemble un état de surface plus uniforme, et de masquer les ondulations dues à la texture du renfort (13). Ce voile d'aspect (15) peut être solidarisé au complexe par couture, comme illustré à la figure 3. Il peut également être associé de différentes manières, et par exemple par collage ou aiguilletage. Il ressort de ce qui précède que le complexe conforme à l'invention présente de multiples avantages, et notamment celui de pouvoir réaliser des pièces injectées renforcées en une seule étape avant imprégnation du renfort, et ce en conservant des hautes propriétés de résistance au délaminage par poinçonnage. REVENDICATIONS 1. Complexe de renforcement mécanique (3), destiné à être incorporé dans une pièce composite (1) avec noyau à base de résine injectée (2), comportant une structure textile de renfort (5), destinée à être imprégnée d'une résine mécanisante thermodurcissable, caractérisé en ce qu'il comporte une couche de mousse (4) à cellules ouvertes, présente sur la face interne du complexe (3), destinée à venir au contact de la résine du noyau injecté (2). 2. Complexe de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure textile de renfort est une nappe fibreuse (5). 3. Complexe de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure textile de renfort (10) est un assemblage de plusieurs nappes fibreuses (11-13). 4. Complexe de renforcement selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la nappe fibreuse (5) est à base de fibres de verre, de carbone ou d'aramide, prises isolément ou en combinaison. 5. Complexe de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de mousse (4) et la structure textile de renfort (5) sont solidarisées par couture/tricotage. 6. Complexe de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de mousse et la structure textile de renfort sont solidarisées par aiguilletage. 7. Complexe de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de mousse et la structure textile de renfort sont solidarisées par collage non uniforme. 8. Complexe de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de mousse est à base de polyuréthane.