Brevet FR2920025A1 — publié le 20090220

PROCEDE DE REALISATION D'UNE ARMATURE AVEC UNE STRUCTURE EN 3D POUR MATERIAU COMPOSITE, ARMATURE OBTENUE La présente invention vise un procédé de réalisation d'une armature en matériau à base de fibres, présentant une structure en 3 dimensions, pour la fabrication d'un matériau composite. L'invention vise aussi l'armature obtenue. Une armature d'un matériau composite confère audit matériau l'essentiel de ses caractéristiques. En effet, les fibres de cette armature sont noyées dans une matrice de résine du type thermodurcissable ou thermoplastique. Les fibres assurent notamment la reprise des efforts mécaniques. Si le principe du matériau composite reste très simple la mise en oeuvre pour la 10 réalisation de pièces à partir de ces matériaux composites est beaucoup plus difficile. Les fibres qui constituent l'armature doivent être positionnées de façon adaptée dans la matrice pour que, après polymérisation, ces fibres soient situées aux endroits souhaités de la pièce finie. 15 En effet, les fibres doivent être positionnées de sorte à travailler mécaniquement de la façon recherchée pour conférer les propriétés recherchées. Lors de la fabrication, il existe plusieurs procédés de réalisation dont un par exemple qui est le moulage. 20 On positionne l'armature découpée aux formes de la pièce dans un moule ouvert destiné à produire la pièce finie. L'armature doit permettre un parfait fluage de la résine à travers sa structure pour que la résine noie bien toutes les fibres et ne laisse subsister aucune bulle, aucun manque. Le paramètre temps est également important en milieu industriel et il faut non seulement que le fluage soit de qualité mais il faut que la pénétration de la résine soit la plus rapide possible. Lors de l'introduction de la résine, il est généralement réalisé un vide dans le moule pour améliorer la pénétration de ladite résine et on constate avec les matériaux de l'art antérieur que l'armature a tendance à se comprimer sous l'effet de la dépression, ce qui rend plus difficile le fluage et qui conduit à des pièces avec une répartition des fibres peu satisfaisante. Il faut donc que l'armature puisse résister à ces effets de compression liés à la dépression. Ceci est un problème important et l'art antérieur a tenté d'y remédier par des mises en forme préalable de certaines des fibres utilisées pour la réalisation de l'armature, notamment en leur conférant un certain volume par déformation dans un même plan unique à savoir des ondulations. Le problème dans ce cas est la préparation préalable des fibres qui grève les coûts du produit final. La présente invention propose un procédé qui permet de conférer à ladite armature une résistance à la compression, notamment lors de l'introduction de la résine, qui est industriel c'est-à-dire qui évite toute étape préalable de préparation, qui ne modifie pas les propriétés finales du produit, qui permet même de renforcer la résistance mécanique, qui conduit à l'obtention d'un produit homogène. Le procédé selon la présente invention est maintenant décrit selon deux modes de réalisation. La nappe constituant l'armature est réalisée de façon connue à partir de fibres droites d'origine végétale, minérale ou synthétique ou un mélange de celles-ci. Les fibres sont choisies avec un titre élevé supérieur à 30 dtex (décitex), soit 30g pour 10 000 mètres. Pour donner un ordre d'idées, le diamètre de la fibre est de 0,10 mm environ. Les fibres sont déposées sur un tapis avec la densité voulue et avec une répartition aléatoire de l'orientation. Les fibres sont enduites d'un liant préalablement ou postérieurement à leur dépose. Cette nappe est alors repliée sur ellemême alternativement dans un sens et dans l'autre afin d'obtenir une succession de vagues. La hauteur permet d'ajuster les caractéristiques de rappel élastique de l'armature ainsi obtenue. De fait certaines fibres se trouvent être orientées perpendiculairement à la nappe, conférant une troisième dimension à une nappe en 2D. Une densité adaptée peut être de 250 g/cm2. Les fibres de titre élevé permettent d'obtenir cet effet de ressort car elles fléchissent difficilement et cette raideur confère aux vagues de l'armature des propriétés élastiques marquées, dans le sens perpendiculaire à la surface de l'armature. On constate en effet qu'une pièce découpée dans l'armature et mise en place dans un moule se maintient en place dans ce moule même après fermeture par exemple par une vessie sans s'écraser et de fait laisse fluer la résine car il est faiblement sensible aux effets de la dépression exercée dans le moule. On note à l'analyse des pièces en matériau composite ainsi obtenues une excellente répartition des fibres de l'armature sur toute l'épaisseur de ladite pièce. Selon une variante de réalisation, on utilise des fibres droites n'ayant subi aucun traitement préalable. Dans ce cas, les fibres sont non enduites. Le procédé prévoit alors la réalisation d'un mat de fibres en deux dimensions par dépose sur un tapis comme précédemment. Les fibres sont choisies parmi les fibres naturelles, minérales ou synthétiques ou un mélange de celles-ci. Ces fibres sont choisies avec un titre élevé comme précédemment. La densité est de 250 g/cm2. Le procédé prévoit un aiguilletage particulier de la nappe perpendiculairement au plan de la nappe pour positionner des fibres dans le sens perpendiculaire et assurer la troisième dimension. Lors de l'aiguilletage de ces fibres droites, il se produit une déformation pérenne avec courbures de ces fibres orientées dans la troisième dimension. Ces fibres ayant subi l'aiguilletage se trouvent déformées et présentent un effet ressort, comme un ressort hélicoïdal pour imager cette déformation. Ce type d'aiguilletage, est utilisé à des fins tout à fait différentes pour fabriquer les boucles des revêtements de sols dits moquettes par exemple. Il n'a donc pas besoin d'être décrit. La densité des aiguilles, le profil, la longueur sont adaptés pour obtenir cet aiguilletage en fonction de la nature et des dimensions des fibres. L'armature ainsi obtenue présente des caractéristiques de rappel élastique dans 20 la direction perpendiculaire au plan de ladite armature donc dans la troisième dimension. On note de nouveau une résistance à la compression issue de la mise en dépression du moule. Le maintien adapté de l'armature dans le moule est vérifié sur la pièce finie qui 25 montre une excellente répartition des fibres sur toute l'épaisseur de ladite pièce. De façon avantageuse, l'utilisation de deux fibres de titres différents permet de renforcer encore cet effet. Des essais très satisfaisants ont été conduits avec un mélange de deux fibres : - fibres de polypropylène de 0,10mm de diamètre, et - fibres de polypropylène de 0,15 mm de diamètre Les armatures ainsi réalisées relèvent de procédés parfaitement industriels.5 REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une armature en matériau à base de fibres, présentant une structure en 3 dimensions, pour la fabrication d'un matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - dépose de fibres de titre élevé supérieur à 30 dtex ou environ 0,10 mm 5 sur un tapis pour former une nappe, - orientation d'au moins une partie des fibres dans une direction perpendiculaire au plan de la nappe pour conférer une troisième dimension. 2. Procédé de réalisation d'une armature selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nappe est repliée sur elle-même alternativement dans un 10 sens et dans l'autre afin d'obtenir une succession de vagues. 3. Procédé de réalisation d'une armature selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres sont enduites d'un liant préalablement à leur dépose sur le tapis. 4. Procédé de réalisation d'une armature selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que la nappe subit un aiguilletage de façon à conférer aux fibres orientées perpendiculairement au plan de la nappe, une déformation pérenne avec courbures. 5. Procédé de réalisation d'une armature selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fibres sont constituées d'un mélange de fibres de 20 polypropylène de 0,10 mm et de fibres de polypropylène de 0,15 mm. 6. Procédé de réalisation d'une armature selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la densité est de 250 g/cm2.