Brevet FR2989696A1 — publié le 20131025

-1- ARMATURE TEXTILE DE RENFORT ET PROCEDE DE FABRICATION Domaine technique L'invention se rattache au domaine des textiles techniques, et plus 5 précisément des textiles destinés à former des armatures de renfort pour matériaux composites. Elle concerne plus précisément la manière de réaliser une couche d'aspect sur ce type de renfort. 10 Techniques antérieures De façon générale, dans le domaine des matériaux composites, on emploie des armatures de renfort qui sont constituées de fils de haute ténacité qui sont orientés selon la ou les directions dans lesquelles on souhaite obtenir une 15 résistance mécanique accrue. Lorsque l'on recherche un renforcement dans plusieurs directions, il convient de combiner les fils de haute ténacité selon les différentes directions concernées. Cette combinaison peut se faire soit par tissage, soit de façon préférée par un 20 empilement d'autant de nappes unidirectionnelles que nécessaires. De telles nappes peuvent en particulier être réalisées selon les enseignements du brevet EP 0 193 479. En combinant donc différentes couches d'orientations distinctes selon la 25 technique dite de « Cross-ply», on obtient des renforts multidirectionnels. L'association de ces différentes nappes superposées peut se faire de manière classique par une opération de couture/tricotage par exemple sur des machines de type Malimo. 30 Pour améliorer l'aspect extérieur des composites intégrant de telles armatures, il a été proposé de recouvrir les différentes nappes unidirectionnelles d'une couche formée d'un voile de surface. Ce voile de surface est constitué à -2- partir de fibres de fibres de très faible titre, coupées et frisées pour conférer à cette couche une épaisseur et une certaine compressibilité. Ce voile de surface constitue une réserve de résine ou plus généralement du 5 matériau destiné à imprégner le renfort. En effet, il est utile pour assurer une adhésion optimale du renfort avec les éléments voisins, que le renfort soit totalement imprégné, et qu'il ne reste pas de zone où la résine soit moins présente. Par ailleurs, la présence de ce voile d'aspect permet de compenser les effets 10 de surface engendrés d'une part, par les coutures des couches entre elles, et par la forme de chacun des fils qui constituent les nappes unidirectionnelles. Ce voile de surface évite la formation d'excès de résine dans les zones de couture, et limite donc les effets de retrait après polymérisation de la résine. 15 Le caractère isotrope des voiles de surface réalisés à partir des fibres frisées fait que le voile n'a pas d'influence sur la direction de renforcement. Toutefois, l'emploi de ce type de voile réalisé de manière indépendante présente toutefois quelques inconvénients. 20 En effet, la masse surfacique du voile est fixée par ses caractéristiques d'épaisseur et de composition, et ne peut être modifiée qu'en choisissant un voile différent. Dans le cas où l'on souhaite ajuster finement la masse surfacique du voile, il est nécessaire d'avoir à disposition un nombre important de voiles 25 différents. Par ailleurs, la largeur des voiles de surface disponibles sur le marché n'est que rarement identique à celle des renforts produits, de sorte que des chutes importantes et le plus souvent non réutilisables sont générées. 30 -3 - Un des objectifs de l'invention est donc de fournir un procédé qui soit plus souple pour permettre le réglage de la masse du voile de surface, et autant que possible avec une incidence sur le prix de revient de l'armature. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'une armature textile de renfort pour produits composites, dans lequel : ^ on dépose au moins une nappe de renfort unidirectionnelle de fils de haute ténacité; ^ on recouvre cette nappe d'une couche d'aspect ; ^ on soumet l'ensemble à une étape de couture/tricotage permettant d'assurer une cohésion des couches superposées. Conformément à l'invention, ce procédé se caractérise en ce que la couche 15 d'aspect est déposée sous la forme d'une nappe de fils de ténacité inférieure à celle des fils de la nappe de renfort, ces fils étant parallèles et s'étendant d'une lisière à l'autre de l'armature. Autrement dit, l'invention consiste à remplacer le voile de surface par un 20 ensemble de fils individuels s'étendant selon une direction privilégiée, et sur la largeur seulement de l'armature. En pratique, il est possible de régler l'inclinaison des fils de la couche d'aspect pour qu'ils présentent un angle compris entre 0 et 90° par rapport à la 25 direction chaîne, et préférentiellement entre 30° et 90°. En pratique, lorsque l'orientation des fils de la couche supérieure n'est pas perpendiculaire à la direction chaine, on peut avantageusement déposer deux nappes d'orientations symétriques, pour équilibrer l'influence de ces nappes sur le renfort. 30 En pratique, le principe de l'invention peut s'appliquer à des armatures possédant également plusieurs couches de renfort superposées, avantageusement avec des orientations différentes. -4- L'invention concerne également une armature textile de renfort qui comporte au moins une couche de renfort formée d'une nappe unidirectionnelle de fils de haute ténacité, une couche d'aspect formant une des faces apparentes de cette armature, l'ensemble de ces couches étant associées par des fils de couture/tricotage. Conformément à l'invention, la couche d'aspect est composée d'une nappe de fils parallèles, ces fils présentant un titre et une ténacité moindre que les fils de 10 la couche de renfort. Autrement dit, par le choix du titre des fils, de leur écartement, ainsi que leur inclinaison, on peut régler la masse surfacique de la couche d'aspect, et ce avec une grande précision. 15 Du fait que la couche d'aspect est formée de fils déposés d'une lisière à l'autre, il n'y a pas de découpe ou de chute réalisée, ce qui est favorable économiquement. 20 En pratique, les fils de couches de renfort peuvent être choisis dans le groupe comprenant des fils de verre, des fils de carbone, des fils aramide, des fils à base de fibres naturelles ou analogues. Complémentairement, les fils de la couche d'aspect peuvent être choisis dans le groupe des fils comprenant des fils de polyester, de polyamide, ou de polypropylène. 25 Avantageusement en pratique, les fils de la couche d'aspect sont texturés, ce qui donne à la nappe correspondante un certain gonflant, et une capacité de compression permettant d'assurer un état de surface le plus plan possible pour matériaux composites incorporant un tel renfort. Ainsi, de par leur gonflant, les fils 30 texturés ont un pouvoir couvrant avantageux, car ils permettent d'avoir des nappes d'une bonne couverture pour une masse surfacique relativement faible. -5- En fonction du choix des fils et de leur orientation, on peut obtenir une couche d'aspect qui présente un poids compris entre 10 et 200 g/m2. Dans une forme de réalisation particulière, l'inclinaison des fils de la couche d'aspect peut être différente de l'ensemble des orientations des fils de couches de renfort. De cette manière, il est possible de l'utiliser pour la mise en place de ces fils, un trameur analogue à ceux permettant le dépôt des nappes de fils de renfort, adapté à des fils plus fins. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en 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 d'une armature de renfort 15 conforme à l'invention, dans laquelle chacune des couches n'a été représenté que sur une portion de la surface, afin que l'ensemble des couches soit apparente. La figure 2 est une vue en perspective sommaire schématique d'une machine permettant la réalisation d'une armature conforme à l'invention. 20 Manière de réaliser l'invention Dans la forme illustrée à la figure 1, une armature de renfort 1 est constituée d'un ensemble de couches de renfort 2, 3 et d'une couche d'aspect 6. Plus précisément, la première couche de renfort 2 est constituée d'un 25 ensemble de fils 3 s'étendant dans la direction chaîne, ces fils peuvent par exemple être constitués de rovings ou analogues, qui présentent une largeur de l'ordre du millimètre. Ces différents fils 3 peuvent être disposés parallèlement sans aucune liaison entre eux, ou bien encore associés par un moyen quelconque permettant la manipulation de la nappe 2. Il peut ainsi s'agir d'un fil de liage transversal, 30 avantageusement thermofusible, ou tout autre moyen équivalent. -6- La seconde nappe de renfort 4 est composée également d'un ensemble de fils 5, de fils de haute ténacité, et par exemple en verre, qui s'étendent perpendiculairement aux fils de chaîne 3 de la première nappe. Dans la forme illustrée, les fils de la seconde nappe 4 sont orientés à 90° par rapport à la direction chaîne, mais il est bien évident que l'invention n'est pas limitée à cette forme de réalisation, mais couvre toute les orientations possibles des fils de chacune des nappes de renfort. De même, le nombre de nappes peut être supérieur à deux, et adapté en fonction des caractéristiques de renforcement souhaité. Il est également possible que les différentes nappes soient constituées avec des fils différents, voire même qu'une même nappe intègre différents types de fils. Au-dessus de l'empilement des différentes couches de renfort 2, 4, l'armature reçoit une couche d'aspect 6 qui formera la face apparente de l'armature. Selon l'invention, cette couche d'aspect 6 est constituée d'une pluralité de fils 7. Dans un exemple de réalisation, ces fils 7 sont des fils à base de polyester 20 ayant subis un traitement de texturation par fausse torsion leur conférant un effet gonflant Le titre de tels fils est de l'ordre quelques dizaines à quelques centaines de decitex, et typiquement de 70 à 350 dtex. 25 Dans la forme illustrée à la figure 1, ces fils 7 sont orientés environ 45° par rapport à la direction chaîne, mais l'invention couvre bien évidemment toutes les variantes d'inclinaison allant d'un angle faible, proche de la direction chaîne, jusqu'à un angle élevé, quasiment perpendiculaire à la direction chaîne. Le réglage 30 de cet angle d'inclinaison permet, pour un écartement entre fils constant, mesuré en lisière d'armature, de faire varier l'écartement des fils au sein de la couche d'aspect, et donc la masse surfacique de cette dernière. Il est également possible de -7- déposer une ou plusieurs autres nappes, en particulier lorsque leur orientation n'est pas perpendiculaire à la direction chaine. L'assemblage de la superposition des différentes couches de l'armature est réalisé par une opération de couture/tricotage, qui permet de mettre en place des fils 8 qui bloquent l'ensemble des nappes 2, 4, 6 entre elles. Une telle couture s'effectue de façon classique, de manière analogue à celle réalisée pour les renforts intégrant une couche de surface sous forme d'un voile pré-existant. L'armature décrite à la figure 1 peut être en particulier réalisée à partir d'une machine fonctionnant sur le principe de celle illustrée à la figure 2. Cette machine 10 comporte plusieurs trameurs permettant de déposer diverses nappes de fils sur la bande transporteuse, dans une direction formant un angle non nul avec la direction chaine. Selon les applications, un ou plusieurs trameurs peuvent être dédiés au dépôt de fils de renforts, et un ou plusieurs sont dédiés aux fils de la couche d'aspect. Il peut s'agir d'un trameur adapté pour différents types de fils, et en particulier dans le cas d'une machine susceptible de déposer plus de deux nappes de fils de renfort, et en particulier une nappe de fils de renfort à 30° ou 45° par rapport à la direction chaîne. Dans le cas où l'armature n'inclut pas de renfort dans cette direction, ce trameur peut avantageusement être utilisé pour déposer les fils de la couche d'aspect. Dans le cas particulier où la machine possède trois trameurs, un peut être utilisé pour déposer les fils de haute ténacité, et les deux autres sont alors dédiés au dépôt des fils texturés. Bien entendu, si la machine possède des trameurs supplémentaires, l'homme du métier pourra affecter chacun des trameurs à un type de fil voulu pour obtenir la configuration souhaitée. Comme illustré à la figure 2, cette machine comporte donc une bande 30 transporteuse 13 qui se déplace selon la direction chaîne. -8- Ainsi, la machine comporte un premier poste 24 dédié au dépôt de la couche d'aspect, qui comprend un cantre 25, incluant une pluralité de bobines 26 délivrant des fils texturés. Ces fils sont pris en charge par le trameur 30 qui assure des déplacements d'une lisière à l'autre 9 pour assurer la dépose d'une nappe 33 de fils 5 7. Ces fils sont maintenus au niveau des lisières 9 de la future armature par des mécanismes de mâchoires et de picots appropriés. Le trameur 30 réalise le dépôt des différentes nappes 22 au fur et à mesure de l'avancement de la bande transporteuse 13, de manière à avoir une couverture continue. Ce trameur est de conception classique, de sorte qu'il n'est donc pas nécessaire de le décrire en 10 détail. Dans la mesure où il s'agit de fils de faible titre, le trameur 30 peut coopérer avec deux systèmes de picots et de mâchoires présents en lisière de machine, pour déposer les nappes 33 dans les deux sens du déplacement du trameur. Autrement 15 dit, les fils 7 de la couche d'aspect restent continus et ne sont pas coupés en lisière mais déposés en optimisant le déplacement du trameur. L'angle de dépose des fils 7 peut être réglé en fonction des applications, des fils employés et de la densité souhaitée de la couche. 20 La machine comporte également un deuxième poste 14 au niveau duquel un cantre 15 permet de dévider des bobines 16 comportant des fils 5 de la nappe de renfort. Bien entendu, le cantre 15 a été illustré de manière simplifié, et peut intégrer de multiples dispositifs classiques pour l'homme du métier pour assurer la 25 formation de nappes de fils parallèles. Les différents fils 5 sont pris en charge par un dispositif trameur 20, apte à se déplacer d'une lisière à l'autre 9 de la nappe de fils de chaîne 3. Ce trameur peut être analogue au trameur 30 et permet le dépôt de nappes 22 comportant un 30 nombre de fils 5 déterminés Ces fils sont maintenus au niveau des lisières 9 de la future armature par des mécanismes de mâchoire et de picots appropriés. Le trameur 20 réalise le dépôt des différentes nappes 22 au fur et à mesure de -9- l'avancement de la bande transporteuse, de manière à avoir une couverture continue de la nappe de fils de texturés. La machine 2 comporte un poste d'entrée 11 au niveau duquel les fils de 5 chaîne 3 sont délivrés à partir d'un cantre 12 permettant de dévider les galettes de rovings et leur mise en configuration de nappes parallèles par des moyens traditionnels. En aval du poste 24, l'ensemble des couches superposées traverse un 10 dispositif de couture/tricotage 40, permettant de venir lier les différentes couches au moyen des fils de couture 8. L'ensemble de l'armature est ensuite renvidée de façon traditionnelle, pour un homme du métier. 15 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce mode de fabrication particulier. Ainsi, dans une variante non représentée, il est également possible que la nappe de fils texturés soit déposée en premier sur le convoyeur 13, et reçoit ensuite les nappes de fils de renforts transversaux, l'ensemble étant ensuite 20 recouvert par les fils orientés selon la direction chaîne qui sont déposés directement en amont de la tête de couture 40. Il ressort de ce qui précède que l'armature conforme à l'invention permet d'utiliser une nappe de fils texturés qui peut présenter un niveau de prix inférieur 25 au voile employé jusqu'alors pour former la couche d'aspect des armatures de renforcement. L'emploi d'un même fils texturé permet de déposer des nappes de poids surfacique différentes en jouant sur la densité des fils et l'inclinaison de la nappe, 30 sans nécessiter d'approvisionnement spécifique. - La nappe de fils utilisée pour former la couche d'aspect présentant les dimensions de la machine, il n'est pas produit de chute à l'inverse des systèmes utilisant des voiles pré-existants. REVENDICATIONS1/ Procédé de fabrication d'armature textile de renfort (1) pour produits composites, dans lequel : ^ on dépose au moins une nappe de renfort (1) unidirectionnelle (2, 4) de fils (3, 5) de haute ténacité; ^ on recouvre ladite au moins une nappe (2, 4) d'une couche d'aspect (6); ^ on soumet l'ensemble à une étape de couture/tricotage permettant d'assurer une cohésion des couches superposées (2, 4, 6) ; caractérisé en ce que la couche d'aspect (6) est déposée sous forme de nappe de fils (7) de ténacité inférieure à celle des fils (3, 5) de la nappe de renfort (2, 4) lesdits fils (7) étant parallèles et s'étendant d'une lisière (9) à l'autre de l'armature. 2/ Procédé selon la revendication 1, dans laquelle on superpose au moins deux 15 nappes de fils de renfort, lesdites nappes (2, 4) étant superposées avec des orientations différentes entre deux nappes successives. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils (7) de la couche d'aspect présentent un angle compris entre 0 et 90° par rapport à la direction 20 chaîne. 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils (7) de la couche d'aspect présentent un angle compris entre 30° et 90° par rapport à la direction chaîne. 25 5/ Armature textile de renfort (1) comportant au moins une couche de renfort (3, 4)formée d'une nappe unidirectionnelle de fils de haute ténacité, et une couche (6) d'aspect formant une des faces apparentes de ladite armature, l'ensemble des couches (2, 4, 6) étant associées par des fils (8) de couture/tricotage, caractérisée 30 en ce que la couche d'aspect (6) est composée d'une nappe de fils parallèles (7), lesdits fils (7) présentant un titre et une ténacité moindre que les fils (3, 5) de la couche de renfort (2, 4)-12- 6/ Armature selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs couches de fils de renfort superposées. 7/ Armature selon la revendication 5, caractérisée en ce que les fils (3, 5) de la couche de renfort sont choisis dans le groupe comprenant les fils de verre, les fils de carbone, les fils d'aramide, les fils de basalte, les fils à base de fibres naturelles. 8/ Armature selon la revendication 5, caractérisée en ce que les fils (2) de la 10 couche d'aspect sont choisis dans le groupe comprenant les fils de polyester, de polyamide, de polypropylène. 9/ Armature selon la revendication 5, caractérisée en ce que les fils (2) de la couche d'aspect sont texturés. 15 10/ Armature selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche d'aspect présente un poids compris entre 10 et 200 .g/m2. 11/ Armature selon la revendication 4, caractérisée en ce que les fils de la couche 20 d'aspect présentent une orientation comprise entre 30° et 90°par rapport à la direction de chaîne. 12/ Armature selon la revendication 5, caractérisée en ce que les fils de la couche d'aspect présentent une orientation différente de toutes les orientations des fils des 25 couches de renfort.