Brevet FR3029453A1 — publié le 20160610

6495FDEP.ducx 1 La présente invention concerne les armatures textiles utilisées comme produits de renforcement d'articles composites, c'est-à-dire d'articles à base de résine (polyester ou autre) armée d'une armature textile de renforcement. L'invention concerne plus spécialement les armatures textiles destinées à la réalisation d'articles composites par un procédé de pultrusion. On connaît des armatures textiles continues à base de fibres de verre continues, qui présentent l'intérêt de conférer aux produits réalisés par surmoulage de ces armatures une grande résistance mécanique grâce aux propriétés avantageuses de la fibre de verre. Ces armatures continues sont généralement sous forme de bandes plates. Par exemple, un procédé pour réaliser une telle armature continue est décrit dans le document US 3,969,171 : les filaments de verre sortant de filière d'extrusion de verre sont rassemblés pour constituer des fils de verre que l'on vient déposer de façon aléatoire en toutes orientations sur un convoyeur à bande. Un liant est pulvérisé sur les fils de verre, puis traité dans un four. Ce procédé ne permet pas de maîtriser la direction de résistance mécanique assurée par la présence des fils de verre continus et il ne confère pas une résistance mécanique longitudinale suffisante pour une application de pultrusion. Dans un procédé de pultrusion, l'armature textile traverse en continu une filière de pultrusion dans laquelle elle est imprégnée par une résine et avec laquelle, après polymérisation ou refroidissement, elle constitue un article composite profilé renforcé par l'armature textile. Dans son passage à travers la filière de pultrusion, l'armature textile continue subit des contraintes de freinage, et il est nécessaire de la mettre sous tension pour assurer son maintien en forme. L'entraînement de l'armature textile à travers la filière nécessite donc d'appliquer sur l'armature textile continue des efforts d'entraînement longitudinal, essentiellement en traction. Simultanément, s'agissant d'un procédé continu, la pultrusion nécessite d'utiliser une armature textile continue, qui présente donc une dimension longitudinale beaucoup plus grande que ses dimensions transversales. Il en résulte que, sous l'action d'un effort de traction, une telle armature textile continue, qui est initialement plate, a tendance à se déformer en formant des ondulations dans le sens transversal, de la même manière que se déforme une cravate que l'on tire vers le bas. Si une telle déformation de l'armature textile se produit avant l'entrée dans la filière de pultrusion, cela réduit la largeur de l'armature et risque de produire des plis. 3029453 6495FDEP.docx 2 Pour cette raison notamment, les armatures textiles de renforcement qui ont été proposées jusqu'à ce jour ne présentent pas une structure satisfaisante qui peut supporter un procédé de pultrusion. Un problème proposé par la présente invention est donc de concevoir 5 une nouvelle structure d'armature textile qui soit particulièrement adaptée pour les procédés de pultrusion, par le fait qu'elle présente à la fois une bonne résistance à la traction longitudinale et une bonne résistance aux déformations transversales susceptibles de se produire pendant un procédé de pultrusion. Un autre problème proposé par la présente invention est de concevoir 10 un procédé et un dispositif pour réaliser une nouvelle structure d'armature textile à base de fibres de verre qui soit particulièrement adaptée pour les procédés de pultrusion. Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention propose une armature textile utilisable pour la réalisation de pièces composites par pultrusion, 15 comprenant une couche centrale à base de fibres de verre et de polyester, et dans laquelle : - dans la couche centrale, les fibres de verre sont sous forme de tronçons de fibres de verre enrobés de polyester, - la couche centrale comprend une âme centrale de renforcement longitudinal 20 entourée par les tronçons de fibres de verre enrobés de polyester, - au moins une couche superficielle en voile de fibres forme une des faces externes de l'armature textile. Par le fait que les tronçons de fibres de verre de la couche centrale sont enrobés de polyester, l'armature textile présente une bonne résistance aux 25 déformations transversales lors d'un procédé de pultrusion. L'âme centrale de renforcement longitudinal permet de donner à l'armature textile des propriétés de résistance mécanique dans la direction longitudinale, et éventuellement dans la direction transversale. Cela distingue sensiblement l'armature selon la présente invention vis-à-vis des armatures 30 habituellement utilisées dans les techniques de pultrusion, qui sont essentiellement constituées de fils orientés en tous sens et de façon aléatoire. Une telle armature connue présente nécessairement une résistance mécanique insuffisante, qui nécessite d'ajouter des fibres de verre longitudinales au moment de la pultrusion. La couche superficielle en voile de fibres forme une face externe lisse, 35 qui peut conférer un état de surface particulièrement lisse à la pièce composite réalisée par pultrusion à partir de l'armature ainsi constituée. Simultanément, la couche superficielle en voile de fibres forme une face externe d'armature qui 3029453 6495FDEP.docx 3 facilite la fabrication de l'armature, en ce sens qu'elle évite le collage de l'armature en cours de fabrication sur un tapis transporteur. De préférence, les tronçons de fibres de verre dans la couche centrale sont des tronçons de fibres multibrins, produits couramment disponibles. 5 Les tronçons de fibres de verre dans la couche centrale peuvent avantageusement présenter un poids linéaire de 600 à 2400 tex, c'est-à-dire de 600 à 2400 grammes par kilomètre de fibre. De préférence, le polyester qui enrobe les fibres de verre dans la couche centrale est un polyester bis phénolique insaturé, soluble ou insoluble dans le 10 styrène. Cela facilite sa fusion pour enrober les fibres de verre pendant la fabrication de l'armature textile. En pratique, l'âme centrale de renforcement longitudinal peut être formée de fibres structurées en tissage, ou en grille, ou en simples fils orientés de façon appropriée, par exemple des fils longitudinaux. 15 Les fibres formant l'âme centrale peuvent avantageusement être des fils continus de verre, lesquels peuvent avoir un poids linéaire individuel de 68 tex à 272 tex. Dans un autre mode de réalisation, l'armature textile selon l'invention peut comprendre deux couches superficielles en voile de fibres, lesdites couches 20 superficielles formant les deux faces externes de l'armature textile. Les couches superficielles peuvent être en polyester, en polyamide, ou en polypropylène, étant observé qu'elles sont constituées d'un matériau dont la température de fusion est supérieure à celle des résines polyester de la couche centrale. 25 Dans la couche cèntrale, les tronçons de fibres de verre peuvent avantageusement avoir une longueur de 40 à 120 mm. On réalise ainsi un bon compromis entre la capacité des fibres à être orientées dans toutes les directions de manière aléatoire à l'intérieur de l'armature textile, et la capacité des fibres à conférer une grande résistance mécanique à l'armature textile. 30 En pratique, on pourra prévoir que, dans la couche centrale, les tronçons de fibres de verre sont en quantité de 150 à 1200 g par mètre carré. Par ailleurs, dans la couche centrale, le polyester peut être en quantité de 3 % à 10 % du poids des fibres de verre. Selon un autre aspect, la présente invention propose un procédé de 35 fabrication d'une armature textile utilisable pour la réalisation de pièces composites par pultrusion, comportant les étapes successives suivantes : 3029453 6495FDEP.docx 4 a) au-dessus d'un tapis transporteur en déplacement dans une direction longitudinale, disposer un premier voile de polyester, de polyamide ou de polypropylène, b) couper des mèches de fibres de verre et les faire tomber sur un premier rouleau 5 à picots recevant simultanément une poudre de polyester, pour faire tomber sur ledit premier voile posé sur le tapis transporteur en déplacement un premier mélange de tronçons de fibres de verre et de poudre de polyester, c) disposer une âme de renforcement longitudinal en fibres de renfort sur le premier mélange de tronçons de fibres de verre et de poudre de polyester, 10 d) couper des mèches de fibres de verre et les faire tomber sur un second rouleau à picots recevant simultanément une poudre de polyester, pour faire tomber sur ladite âme de renforcement longitudinal en fibres de renfort un second mélange de tronçons de fibres de verre et de poudre de polyester, f) chauffer l'ensemble par passage dans un four pour fondre la poudre de polyester 15 et assurer sa répartition autour des tronçons de fibres de verre. On réalise ainsi un procédé particulièrement simple et peu onéreux pour la fabrication de l'armature textile pour pultrusion. De la sorte, on peut aussi conférer à l'armature textile des propriétés mécaniques avantageuses, en choisissant l'orientation des fibres de renfort dans 20 l'âme. De façon avantageuse, avant l'étape f), on peut prévoir une étape intermédiaire e) consistant à déposer, sur ledit second mélange de tronçons de fibres de verre et de poudre polyester, un second voile de polyester, de polyamide ou de polypropylène, constituant ainsi une seconde surface externe dépourvue de 25 fibres de verre. Le premier voile peut avantageusement être obtenu par cardage, et présenter une masse surfacique de 20 à 40 g par mètre carré. De préférence, la poudre de polyester utilisée pour réaliser la couche centrale peut être en une résine polyester bis phénolique insaturée, soluble ou 30 insoluble dans le styrène, et en quantité de 3 % à 10 % du poids des tronçons de fibres de verre. En pratique, la poudre de polyester utilisée dans la couche centrale peut avoir la propriété de fondre lorsqu'elle est soumise à une température de 100 °C pendant deux minutes. 35 En outre, la poudre de polyester peut être sous forme de poudre sèche ou sous forme d'une émulsion de poudre dans l'eau. 3029453 6495FDEP.docx 5 Le ou les voiles de polyester utilisés pour réaliser la ou les surfaces externes peuvent avantageusement être colorés, conférant à l'armature, et ensuite au matériau pultrudé réalisé à partir de l'armature, une coloration dans la masse, résistante aux agressions extérieures, sans nécessiter une coloration 5 supplémentaire du matériau pultrudé lui-même. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique de côté en coupe longitudinale d'une 10 armature textile selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale de l'armature textile de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique de côté en coupe longitudinale d'une armature textile selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; 15 - la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale de l'armature textile de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue schématique de dessus de l'armature textile selon l'une quelconque des figures précédentes ; - la figure 6 est une vue schématique de côté illustrant un dispositif et un procédé 20 pour la réalisation de l'armature textile des figures 1 à 5. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, l'armature textile 1 comprend une couche centrale 2 à base de tronçons de fibres de verre 3 enrobés de polyester 4. Une couche superficielle 5, en voile de fibres, forme l'une des faces externes de l'armature textile 1, en l'occurrence la face externe 25 inférieure. Les tronçons de fibres de verre 3 sont des tronçons de fibre monobrins, présentant un poids linéaire de 2400 tex, et orientés de manière aléatoire entre la direction longitudinale et la direction transversale de l'armature textile 1. Le polyester 4 qui enrobe les tronçons de fibres de verre 3 est un 30 polyester bis phénolique insaturé, dont la température de fusion est de l'ordre de 100 °C, inférieure à la température de fusion du matériau synthétique constituant la couche superficielle 5. La couche superficielle 5 peut être en polyester, en polyamide ou en polypropylène, sous réserve que sa température de fusion soit supérieure à celle 35 du polyester constituant la couche centrale 2. 3029453 6495FDEP.docx 6 La couche centrale 2 comprend en outre une âme centrale de renforcement longitudinal 6, qui est entourée sur ses deux faces principales par les tronçons de fibres de verre 3 enrobés de polyester 4. Dans la réalisation illustrée sur les figures 1 et 2, l'âme centrale de 5 renforcement longitudinal 6 est formée de fibres essentiellement orientées dans le sens longitudinal et dans le sens transversal de l'armature textile 1. Pour garantir une bonne résistance mécanique à la traction longitudinale, l'âme centrale de renforcement longitudinal 6 comprend essentiellement des fils longitudinaux. Le polyester entourant les fibres de verre 10 assure une bonne résistance mécanique s'opposant à la déformation transversale de l'armature. Toutefois, pour garantir une meilleure résistance mécanique dans le sens transversal de l'armature, l'âme centrale de renforcement longitudinal 6 est formée de fibres structurées en tissage, ou en grille. L'avantage de la grille est 15 d'être plus simple et plus rapide à réaliser que le tissage. Dans le second mode de réalisation, illustré sur les figures 3 et 4, on retrouve les éléments du mode de réalisation des figures 1 et 2. On retrouve ainsi la couche centrale 2, les fibres de verre 3, le polyester 4, la couche superficielle inférieure 5, l'âme centrale de renforcement longitudinal 6. La différence réside 20 dans la présence supplémentaire d'une seconde couche superficielle 7 en voile de fibre et formant la seconde face externe de l'armature textile 1, à savoir la surface supérieure dans le cas illustré. La seconde couche superficielle 7 peut être constituée du même matériau synthétique que la première couche superficielle 5. 25 L'une au moins des deux couches superficielles 5 et 7 peut être elle- même colorée dans la masse. Comme on le voit sur la figure 5 en vue de dessus, l'armature textile selon l'invention peut être fabriquée sous forme d'une bande large, s'étendant longitudinalement selon un axe d'allongement I-I, et de largeur L compatible avec 30 les capacités de fabrication des dispositifs habituels de production d'armatures textiles. Par exemple, la largeur L peut être d'environ 2 m, tandis que la longueur le long de l'axe I-I peut être beaucoup plus grande, l'armature pouvant être enroulée sur une bobine. Sur cette figure, on a illustré le fait que l'armature textile 1 peut ensuite 35 être découpée longitudinalement selon les lignes en pointillés pour former des bandes 1 a, 1 b, 1c, 1d, I e, 1f, 1g et 1h, constituant chacune un renfort de pultrusion pour réaliser un profilé. 3029453 649SIDEP.docx 7 On considère maintenant la figure 6, qui représente schématiquement un dispositif pour la fabrication d'une armature textile 1 selon la présente invention, et qui permet d'illustrer simultanément le procédé de fabrication de l'armature textile 1. 5 Le dispositif 10 représenté sur cette figure comprend un tapis transporteur 11, par exemple sous forme d'un transporteur à bande en déplacement entre un rouleau d'entrée 12 et un rouleau de sortie 13 selon une direction longitudinale I-I dans le sens illustré par la flèche 14. Au voisinage du rouleau d'entrée 12 se trouve, au-dessus du tapis transporteur 11, un premier 10 distributeur de mèches de fibres de verre 15 pouvant délivrer des mèches de fibres de verre 16 à un premier coupeur 17. Les tronçons de mèches de fibres de verre 18 sortant du premier coupeur 17 sont envoyés sur un premier rouleau à picots 19 qui éclate les tronçons de mèches de fibres de verre pour produire des tronçons de fibres de verre 20. Simultanément, un premier distributeur de poudre 21 distribue 15 une poudre de polyester sur le premier rouleau à picots 19, lequel premier rouleau à picots 19 réalise simultanément le mélange de la poudre avec les tronçons de fibres de verre 20. En amont du premier rouleau à picots 19, on prévoit un premier distributeur de voile 22 pour générer un premier voile 23 et pour le déposer sur le 20 tapis transporteur 11. On prévoit en outre, en aval du premier rouleau à picots 19, un distributeur d'âme 26, qui dépose sur le premier mélange de tronçons de fibres et de poudre déjà présent sur le tapis transporteur 11 une âme de renforcement longitudinal 27. 25 En aval du distributeur d'âme 26, on prévoit un second distributeur de mèches de fibres de verre 28 qui délivre des mèches de fibres de verre 29 à un second coupeur 30 qui lui-même délivre des tronçons de mèches de fibres de verre 31 à un second rouleau à picots 32 qui lui-même éclate les tronçons de mèches de fibres de verre et les mélange à une poudre de polyester reçue d'un second 30 distributeur de poudre 33 et qui les fait tomber sur l'âme de renforcement longitudinal 27, formant un second mélange. En aval sur le tapis transporteur 11, on prévoit un four 24 apte à échauffer les éléments déposés sur le tapis transporteur 11, et, en aval du four 24, un ou plusieurs rouleaux presseurs 25 aptes à presser les matériaux en 35 déplacement sur le tapis transporteur 11. Ainsi, lors de la fabrication de l'armature textile 1 par le dispositif 10, au- dessus du tapis transporteur 11 en déplacement dans la direction longitudinale I-I, 3029453 6495FDEP.docx 8 on dispose un premier voile de polyester 23. Par le premier coupeur 17, on coupe des mèches de fibres de verre 16 et on les fait tomber sur le premier rouleau à picots 19 qui reçoit simultanément la poudre de polyester provenant du premier distributeur de poudre 21. Les tronçons de fibres de verre 20 mélangés à la poudre 5 de polyester tombent sur le premier voile 23 lui-même posé sur le tapis transporteur 11 en déplacement, formant un premier mélange. Le distributeur d'âme 26 dépose sur le premier mélange l'âme de renforcement longitudinal 27, puis le second coupeur 30, le second distributeur de poudre 33 et le second rouleau à picots 32 produisent et déposent sur l'âme de renforcement longitudinal 10 27 un second mélange de tronçons de mèches de fibres de verre et de poudre de polyester. Lors du passage dans le four 24, la poudre de polyester fond et assure sa répartition autour des tronçons de fibres de verre. Les rouleaux presseurs 25 favorisent la formation d'une plaque en pressant la poudre fondue sur les tronçons de fibres de verre. Il en résulte en sortie du dispositif 10 une armature textile 1 15 selon le mode de réalisation des figures 1 et 2. En aval du second rouleau à picots 32, on peut prévoir un second distributeur de voile 34, qui délivre un voile 35 et le pose sur l'ensemble des composants présents sur le tapis transporteur 11. Après passage dans le four 24 et les rouleaux presseurs 25, on obtient une armature textile 1 selon le mode de 20 réalisation des figures 3 et 4. A titre d'exemple, la poudre de polyester peut être une résine de polyester fortement insaturé et contenant un catalyseur. Une telle poudre est un produit disponible dans le commerce auprès de la société COIM SPA et désigné par la référence FILCO 658. Il s'agit d'une émulsion aqueuse non ionique de 25 polymères polyester insaturé. Les particules formant la poudre ont une taille comprise entre 0,60 et 1, 0 micron. En alternative, on peut utiliser une poudre sèche de polyester, disponible dans le commerce auprès de la société COIM SPA sous la référence FILCO 661. De même, le liant peut être une résine polyester bis phénolique 30 insaturée, qui est disponible dans le commerce auprès de la société COIM SPA sous la référence FILCO 656. Sa température de séchage est de 170°C à 200 °C, pendant 40 à 70 secondes. Après réticulation, elle devient insoluble dans le styrène et acquiert son pouvoir liant. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont 35 été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS1 - Armature textile (1) utilisable pour la réalisation de pièces composites par pultrusion, comprenant une couche centrale (2) à base de fibres de verre (3) et de polyester (4), caractérisée en ce que : - dans la couche centrale (2), les fibres de verre sont sous forme de tronçons de fibres de verre (3) enrobés de polyester (4), - la couche centrale (2) comprend une âme centrale de renforcement longitudinal (6) entourée par lesdits tronçons de fibres de verre (3) enrobés de polyester (4), - au moins une couche superficielle (5) en voile de fibres forme une des faces externes de l'armature textile (1). 2 - Armature textile (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tronçons de fibres de verre (3) dans la couche centrale (2) sont des tronçons de fibres multibrins. 3 - Armature textile (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les tronçons de fibres de verre (3) dans la couche centrale (2) présentent un poids linéaire de 600 à 2400 tex (600 à 2400 grammes par kilomètre de fibre). 4 - Armature textile (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le polyester (4) enrobant les tronçons de fibres de verre (3) dans la couche centrale est un polyester bis phénolique insaturé, soluble ou insoluble dans le styrène. 5 - Armature textile (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'âme centrale de renforcement longitudinal (6) est formée de fibres structurées en tissage, ou en grille, ou en fils longitudinaux. 6 - Armature textile (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que les fibres formant l'âme centrale de renforcement longitudinal (6) sont des fils continus de verre. 7 - Armature textile (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que les fils continus de verre ont un poids linéaire individuel de 68 tex à 272 tex. 8 - Armature textile (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend deux couches superficielles (5, 7) en voile de fibres, formant les deux faces externes de l'armature textile (1). 9 - Armature textile (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la ou les couches superficielles (5, 7) sont en polyester, en polyamide ou en polypropylène. 3029453 6495FDEP.docx 10 10 - Armature textile (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que, dans la couche centrale (2), les tronçons de fibres de verre (3) ont une longueur de 40 à 120 mm. 11 - Armature textile (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 10, caractérisée en ce que, dans la couche centrale (2), les tronçons de fibres de verre (3) sont en quantité de 150 à 1200 grammes par mètre carré. 12 - Armature textile (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que, dans la couche centrale (2), le polyester est en quantité de 3 à 10% du poids des fibres de verre. 10 13 - Procédé de fabrication d'une armature textile (1) utilisable pour la réalisation de pièces composites par pultrusion, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes : a) au-dessus d'un tapis transporteur (11) en déplacement dans une direction longitudinale (I-I), disposer un premier voile (23) de polyester, de polyamide ou de 15 polypropylène, b) couper des mèches de fibres de verre (16) et les faire tomber sur un premier rouleau à picots (19) recevant simultanément une poudre de polyester, pour faire tomber sur ledit premier voile (23) posé sur le tapis transporteur (11) en déplacement un premier mélange de tronçons de fibres de verre (3) et de poudre 20 de polyester, c) disposer une âme de renforcement longitudinal (6) en fibres de renfort sur le premier mélange de tronçons de fibres de verre (3) et de poudre de polyester, d) couper des mèches de fibres de verre (29) et les faire tomber sur un second rouleau à picots (32) recevant simultanément une poudre de polyester, pour faire 25 tomber sur ladite âme de renforcement longitudinal (6) en fibres de renfort un second mélange de tronçons de fibres de verre (3) et de poudre de polyester, f) chauffer l'ensemble par passage dans un four (24) pour fondre la poudre de polyester et assurer sa répartition autour des tronçons de fibres de verre (3). 14 - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il 30 comprend, avant l'étape f), une étape intermédiaire e) consistant à déposer, sur ledit second mélange de tronçons de fibres de verre (3) et de poudre de polyester, un second voile (35) de polyester, de polyamide ou de polypropylène. 15 - Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que le premier voile (23) est obtenu par cardage et présente une masse surfacique 35 de 20 à 40 g par mètre carré. 16 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la poudre de polyester est en une résine polyester bis 3029453 6495FDEP.docx 11 phénolique insaturée soluble ou insoluble dans le styrène, et en quantité de 3% à 10 % du poids de tronçons de fibres de verre (3). 17 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que la poudre de polyester a la propriété de fondre lorsqu'elle est 5 soumise à une température de 100°C pendant deux minutes. 18 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que la poudre de polyester est sous forme de poudre sèche ou d'une émulsion de poudre dans l'eau. 19 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, 10 caractérisé en ce qu'on utilise un voile (23, 35) coloré.