Brevet FR2989920A1 — publié le 20131101

Procédé et dispositif de projection pour former un matériau composite La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de projection permettant de former un matériau composite à la surface d'une paroi. Les matériaux composites comprennent usuellement un matériau plastique et des fibres de renfort noyées dans la masse dudit matériau. Le matériau plastique est usuellement constitué d'un polymère thermodurcissable. Des procédés connus permettent de projeter simultanément de manière convergente contre une paroi, par exemple celle d'un moule, des fibres et une résine réactive sous forme liquide. Ainsi, la résine imprègne les fibres et forme un liant, lesquelles fibres se retrouvent noyées dans une épaisseur de résine contre la paroi. Les résines réactives durcissent par exemple sous l'effet de la chaleur ou bien de l'humidité ambiante, de manière à former le matériau composite rigide. On pourra se référer au document W02009/052990, lequel décrit un dispositif et une méthode de réalisation d'un tel matériau composite au moyen de fibres et d'une résine polyuréthane. De telles résines sont très réactives et elles nécessitent de mettre en oeuvre un mélange liquide d'isocyanate et de polyol et de l'appliquer dans un temps relativement court. En effet, ce type de mélange durci très rapidement sous l'effet de l'eau contenue dans l'air. La cinétique des réactions du mélange peut tout à fait être ajustée. En revanche, il est nécessaire que le mélange durcisse rapidement après l'application afin que la répartition des fibres demeure homogène dans l'épaisseur du matériau composite ainsi formé. En outre, le mélange réactif ne peut être stocké et doit être réalisé in situ, et la quantité non appliquée ne peut être réutilisée, ce qui représente des coûts importants et inutiles. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un procédé de projection et un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé permettant non seulement, de pouvoir projeter les fibres et la résine réactive en offrant des possibilités d'interruption de la projection sans compromettre la réactivité de la résine, mais aussi de pouvoir réaliser le matériau composite à un coût avantageux. Dans ce but, et selon un premier aspect, la présente invention propose un procédé de projection permettant de former un matériau composite à la surface d'une paroi, ledit procédé de projection comprenant les étapes suivantes : on fournit des fibres et un composé apte à se transformer d'une phase liquide en une phase solide, puis on projette d'une part lesdites fibres selon une première direction, et on projette simultanément, d'autre part, ledit composé selon une seconde direction croisant ladite première direction dans une zone de croisement, de façon que ledit composé atteigne ladite zone de croisement en phase liquide pour venir imprégner lesdites fibres et se transformer en phase solide pour former ledit matériau composite. Selon l'invention, ledit composé est un polymère thermoplastique sous forme pulvérulente, et ledit polymère thermoplastique pulvérulent est projeté à travers une source chaude pour porter ledit polymère thermoplastique en phase liquide lorsqu'il atteint ladite zone de croisement. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre d'un polymère thermoplastique, et non plus thermodurcissable, qui par nature évolue d'une phase liquide à une phase solide réversiblement sous l'effet de la chaleur. De la sorte, il est aisé de stopper l'application et de la reprendre ultérieurement sans risquer le durcissement irréversible du polymère, ce qui évite le gaspillage du composé. Au surplus, le polymère thermoplastique sous forme pulvérulente est projeté sous cette même forme, puis fondu au cours de son trajet jusqu'à la zone de croisement où il pourra venir imprégner les fibres puis refroidir et se figer à nouveau. Par conséquent, la mise en oeuvre du polymère est bien plus aisée sous forme pulvérulente, plutôt qu'en phase liquide ou il serait nécessaire de prévoir des moyens de chauffage du réservoir de polymères thermoplastiques et des conduits d'amenée. On observera que la source chaude est dépourvue de flamme, c'est-à- dire qu'elle n'inclut aucun élément en combustion. Une telle caractéristique permet de ne pas brûler les fibres dont la projection est contiguë à la source chaude. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, ledit polymère thermoplastique pulvérulent est projeté au moyen d'un gaz sous pression. Ainsi, les particules du polymère thermoplastique, en phase solide, sont entraînées au moyen d'un gaz, à l'intérieur duquel elles sont en suspension. Le gaz choisi est par exemple de l'air sec. Ainsi, les particules de polymère et le gaz sous pression forment-ils un fluide qui s'écoule aisément à travers les conduits et une buse. Préférentiellement, ledit gaz sous pression est chauffé préalablement. De la sorte, il est fourni une première quantité d'énergie thermique aux particules de polymère thermoplastique, sans pour autant qu'elles subissent une transformation de phase, et la seconde quantité d'énergie thermique fournie par ladite source chaude permettra le changement de phase et leur fusion. Ainsi, cela permet de réduire la quantité d'énergie thermique apportée par la source chaude dans l'environnement de la projection. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ladite source chaude est formée par un gaz chaud. Celui-ci est aisément injecté au voisinage de la projection de particules de polymère thermoplastique. Le flux de gaz chaud peut être orienté et guidé. En outre, le gaz chaud peut être aisément obtenu en chauffant de l'air à travers un échangeur thermique. Ainsi qu'on l'a expliqué ci-dessus, le gaz chaud doit être dépourvu d'éléments en combustion. En outre, on fournit de préférence, de l'énergie calorifique auxdites fibres. Ainsi, les fibres s'imprègnent d'autant mieux du polymère thermoplastique en fusion. En effet, de la sorte leur mouillabilité dans cette phase liquide du polymère est accrue. Selon un autre aspect, la présente invention concerne un dispositif de projection permettant de former un matériau composite à la surface d'une paroi, ledit dispositif comprenant d'une part un premier organe de projection apte à projeter des fibres selon une première direction, et d'autre part un second organe de projection permettant de projeter simultanément, selon une seconde direction croisant ladite première direction dans une zone de croisement, un composé apte à se transformer d'une phase liquide en une phase solide, de façon que ledit composé atteigne ladite zone de croisement en phase liquide pour venir imprégner lesdites fibres et se transformer en phase solide pour former ledit matériau composite. Selon l'invention, le dispositif de projection comprend des moyens de chauffage pour pouvoir appliquer une source chaude entre ledit second organe de projection et ladite zone de croisement, et au surplus, ledit organe de projection comprend des moyens de projection pour projeter ledit composé sous forme d'un polymère thermoplastique pulvérulent. Ainsi, selon cet autre aspect, un avantage de l'invention réside dans la mise en oeuvre de moyens de chauffage sur le dispositif de projection et de moyens de projection aptes à projeter des particules de polymère thermoplastique. De préférence, lesdits moyens de projection comportent une alimentation en gaz sous pression, par exemple de l'air, lequel permet d'entraîner le polymère thermoplastique pulvérulent, à sec, et à travers des moyens usuels. Avantageusement, lesdits moyens de projection comportent en outre des moyens chauffants pour chauffer ledit gaz sous pression, et de la sorte, apporter de l'énergie thermique aux particules de polymère thermoplastique sans toutefois les ramollir et les transformer en phase liquide. Ainsi qu'on l'a expliqué ci-avant, cela permet de réduire la quantité d'énergie thermique à fournir par la source chaude. En outre, lesdits moyens de chauffage comprennent avantageusement une alimentation en gaz chauds, laquelle peut être aisément guidée vers les particules de polymère thermoplastique projetées de manière à les transformer en phase liquide. Au surplus, le dispositif de projection selon l'invention comprend en outre des moyens pour fournir de l'énergie calorifique auxdites fibres, de manière à rendre plus aisée leur imprégnation par le polymère thermoplastique en fusion. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de projection mettant en oeuvre le procédé de projection conforme à l'invention, selon un premier mode de mise en oeuvre ; et, - la Figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de projection selon un second mode de mise en oeuvre. La Figure 1 illustre un dispositif de projection 10 permettant de former un matériau composite à la surface d'une paroi 12, dénommée également subjectile. Le dispositif 10 comporte un réservoir 14 à l'intérieur duquel est stocké un polymère thermoplastique sous forme pulvérulente. La distribution de la taille des particules de polymère thermoplastique est par exemple centrée sur 80 pm ou encore 60 ilm. Le polymère thermoplastique est choisi en fonction de ses propriétés thermiques, pour l'application, mais aussi en fonction de ses propriétés mécaniques afin d'obtenir le matériau composite souhaité. Le polyamide par exemple est un bon candidat pour le procédé de projection selon l'invention. Par exemple, on choisit un polyamide dont le point de fusion est voisin de 130 °C, et qui demeure encore solide à 70 °C. Bien d'autres polymères peuvent convenir, par exemple les polyesters ou les polyéthylènes. Le dispositif 10 comprend un organe de projection de poudre 16 comportant un Venturi 18. Ce dernier présente un conduit d'entrée d'air chaud 20 sous pression, un conduit d'entrée de poudre 22 plongeant dans le réservoir 14 et un conduit de sortie 24 terminé par une buse de projection 26. Le Venturi 18 peut avantageusement être remplacé par un système de pompe à poudre. Le dispositif comprend également un organe de projection de fibres 28. Il peut s'agir là d'un ensemble permettant de découper des fibres à partir d'une bobine de fil et de les projeter au moyen d'un jet d'air selon une première direction D1, contre la paroi 12. De préférence, le jet d'air est chaud de manière à apporter de l'énergie thermique aux fibres projetées. On expliquera plus en détail ci-après les avantages de cette caractéristique. En outre, il est prévu de projeter des fibres à partir d'un réservoir de fibres prédécoupées et calibrées. Cela permet d'obtenir une distribution plus homogène des fibres, et également de pouvoir obtenir des fibres à un coût plus avantageux. Les fibres utilisées ici sont les fibres usuelles utilisées dans les matériaux composites. On citera par exemple, les fibres de carbone ou les fibres de verre. Le dispositif 10 comporte des moyens de chauffage 30 installés autour du conduit de sortie 24 du Venturi 18. Ces moyens de chauffage 30 comportent une couronne 32 présentant un espace annulaire 34 terminé par une lèvre d'injection circulaire 36. La couronne 32 est solidaire d'une embase 38 alimentée en gaz chaud. Ainsi, lorsque le dispositif de projection 10 est en fonctionnement, simultanément, le conduit d'air chaud 20 est alimenté en air chaud sous pression, l'organe de projection de fibre 28 projette des fibres chauffées selon la direction D1, et les moyens de chauffage 30 permettent d'appliquer une source chaude entre la buse de projection 26 et la paroi 12. Grâce au Venturi 18 les particules de polymère thermoplastique sont aspirées dans le réservoir 14 et sont injectées à l'intérieur du conduit de sortie 24 à l'intérieur duquel elles sont simultanément chauffées grâce à l'air chaud. Avantageusement, on prévoit d'alimenter le conduit d'air chaud 20 avec de l'air à une température de 70 °C. Les particules de polymère thermoplastique sont alors projetées à travers la buse de projection 26 selon une seconde direction D2, venant croiser la première direction D1 dans une zone de croisement 40 située à la surface de la paroi 12. En outre, grâce aux moyens de chauffage 30, un gaz chaud s'échappe de la lèvres d'injection circulaire 36 et est orienté vers la zone de croisement 40 de manière à constituer un halo thermique 42, constituant la source chaude, entre la buse de projection 26 et la zone de croisement 40. De la sorte, les particules de polymère thermoplastique, déjà portées à une température voisine de 70 °C, sont projetés à travers le halo thermique 42 qui leur apporte suffisamment d'énergie thermique pour se ramollir et changer de phase. Grâce à l'apport initial d'énergie thermique aux particules de polymère, la quantité d'énergie thermique complémentaire à apporter par le biais des moyens de chauffage 30 est moindre et peut alors être optimisée. Cela permet notamment de mieux ajuster la quantité d'énergie thermique à apporter aux particules de polymère, mais aussi, de ne pas augmenter de manière rédhibitoire la température dans l'environnement de la projection. Cela peut en effet être gênant pour l'applicateur et pour le matériel d'application. Aussi, les particules de polymère thermoplastique pénètrent-elles dans la zone de croisement 40 à l'état liquide et viennent imprégner les fibres elle-même préchauffées. De la sorte, le mouillage des fibres dans le polymère thermoplastique à l'état fondu est accru. Par conséquent, les fibres sont parfaitement noyées et distribuées de manière homogène dans la matrice de polymère thermoplastique qui ensuite se refroidit et se solidifie. Le composite est alors formé à la surface du support 12 dans la zone de croisement 40. Bien évidemment, le dispositif de projection est entraîné en mouvement par rapport à la paroi 12 de manière à appliquer une couche d'une épaisseur régulière à la surface de cette paroi. Selon un mode particulier de mises en oeuvre, on procède à un chauffage supplémentaire de la surface de la paroi 12. De la sorte on vient parfaire la fusion des particules de polymère thermoplastique entraînées contre la surface de la paroi 12. Une source de chauffage avantageuse est par exemple le chauffage infrarouge ou bien encore le chauffage de la paroi 12 directement par conduction. On se référera à présent à la Figure 2, illustrant un dispositif de projection conforme à l'invention selon un autre mode de mise en oeuvre. Les éléments analogues porteront la même référence affectée du signe prime « ' », tandis que les éléments nouveaux comporteront une référence dans la suite des références déjà portées. On retrouve un dispositif de projection 10' comprenant un organe de projection de fibre 28', un conduit de sortie 24' terminé par une buse de projection 26' et une couronne 32' terminée par une lèvre d'injection circulaire 36'. Ces éléments convergent alors vers une paroi 12' reliée à la masse. Par ailleurs, le dispositif de projection 10' comporte en outre un générateur haute tension 44 relié à une électrode 46 qui s'étend à l'intérieur du conduit de sortie 24' puis dans la buse de projection 26'. Ainsi, un champ électromagnétique intense est créé autour de l'électrode 46 lequel vient arracher des électrons aux particules de poudre les rendant ainsi chargées positivement. Les particules chargées viennent alors se déposer sur le subjectile 12' et se déchargent alors. Ainsi, bien que le polymère thermoplastique en poudre soit entraîné dans le conduit de sortie 24' et à travers la buse de projection 26' grâce à un flux d'air chaud, la mise en oeuvre du champ électromagnétique permet un meilleur guidage de ces particules vers le subjectile 12'. Bien évidemment, cela suppose que ce dernier soit conducteur. REVENDICATIONS1. Procédé de projection permettant de former un matériau composite à la surface d'une paroi (12), ledit procédé de projection comprenant les étapes suivantes : - on fournit des fibres et un composé apte à se transformer d'une phase liquide en une phase solide ; - on projette lesdites fibres selon une première direction (D1), et ; - on projette simultanément ledit composé selon une seconde direction (D2) croisant ladite première direction dans une zone de croisement (40'), de façon que ledit composé atteigne ladite zone de croisement en phase liquide pour venir imprégner lesdites fibres et se transformer en phase solide pour former ledit matériau composite ; caractérisé en ce que ledit composé est un polymère thermoplastique sous forme pulvérulente ; et en ce que ledit polymère thermoplastique pulvérulent est projeté à travers une source chaude (42) pour porter ledit polymère thermoplastique en phase liquide lorsqu'il atteint ladite zone de croisement (40). 2. Procédé de projection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit polymère thermoplastique pulvérulent est projeté au moyen d'un gaz sous pression. 3. Procédé de projection selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit gaz sous pression est chauffé. 4. Procédé de projection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite source chaude est formée par un gaz chaud. 5. Procédé de projection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on fournit en outre de l'énergie calorifique auxdites fibres. 6. Dispositif de projection permettant de former un matériau composite à la surface d'une paroi, ledit dispositif comprenant d'une part un premier organe de projection (28) apte à projeter des fibres selon une première direction (D1), et d'autre part un second organe de projection (16) permettant de projeter simultanément, selon une seconde direction (D2) croisant laditepremière direction dans une zone de croisement (40), un composé apte à se transformer d'une phase liquide en une phase solide, de façon que ledit composé atteigne ladite zone de croisement (40) en phase liquide pour venir imprégner lesdites fibres et se transformer en phase solide pour former ledit matériau composite ; caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de chauffage (30) pour pouvoir appliquer une source chaude entre ledit second organe de projection (16) et ladite zone de croisement (40), et en ce que ledit second organe de projection (16) comprend des moyens de projection (18) pour projeter ledit composé sous forme d'un polymère thermoplastique pulvérulent. 7. Dispositif de projection selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de projection (18) comportent une alimentation en gaz sous pression (20). 8. Dispositif de projection selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de projection (18) comportent en outre des moyens chauffants pour chauffer ledit gaz sous pression. 9. Dispositif de projection selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage (30) comprennent une alimentation en gaz chauds. 10. Dispositif de projection selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour fournir de l'énergie calorifique auxdites fibres.