Brevet FR3059927A1 — publié le 20180615

Procédé de fabrication d'un voile de fibres courtes unidirectionnelles, présentant une largeur importante La présente invention concerne la fabrication d'un voile de fibres courtes unidirectionnelles. Un voile de fibres unidirectionnelles est un voile dont les fibres sont toutes parallèles entre elles. Les voiles de fibres unidirectionnelles sont généralement employées pour la fabrication de composites. En particulier, le parallélisme entre les fibres permet d'atteindre un faible niveau de porosité dans le composite final. En effet, il est possible de comprimer fortement un empilement de voiles de fibres unidirectionnelles de manière à atteindre une densité optimale, pour laquelle la matrice du composite occupe l'intégralité des espaces inter-fibres. Les performances d'un composite fabriqué à partir de voiles de fibres unidirectionnelles sont ainsi particulièrement satisfaisantes. On connaît déjà, dans l'état de la technique, notamment d'après FR 2 982 283, un procédé de fabrication de voiles de fibres unidirectionnelles. Ce procédé est particulièrement adapté aux fibres très longues, notamment supérieures à 80 cm issues de la filière « lin », c'est-à-dire du teillage/peignage. Cette filière est spécifique aux fibres longues de lin et ne comporte pas l'étape de cardage, passage obligé pour tous les autres types de fibres, y compris les autres fibres naturelles. Aussi ce procédé est peu adapté à l'ensemble des fibres naturelles. La cohésion du voile issu de ce procédé est grandement facilitée par la longueur des fibres qui permet d'assurer, même pour les voiles légers, une bonne cohésion mécanique dans le sens machine. Un voile issu de fibres courtes n'aurait pas cette cohésion et pourrait être difficilement consolidé par la seule réactivation des pectines tel que décrit dans FR 2 982 283. Ce procédé convient donc mal aux fibres courtes, même aux fibres courtes de lin telles les étoupes de lin. Par ailleurs, ce procédé est également mal adapté aux fibres en mélange. En effet pour réaliser un mélange intime de fibres longues de lin avec d'autres fibres telles des fibres synthétiques par exemple, il convient de réaliser des rubans co-mêlés à travers une opération de « co-mélage », ce qui nécessite un grand nombre d'étapes et est particulièrement onéreux à mettre en oeuvre. Ce procédé de fabrication connu comporte notamment les étapes suivantes : - une étape de réalisation d'une pluralité de rubans, et - une étape de passage de la pluralité de rubans, agencés côte à côte, dans un dispositif de peignage/étirage (également appelé « gills »), afin d'obtenir un voile. 3059927 2 Dans ce cas, la largeur du voile est limitée par la largeur du dispositif de peignage/étirage, généralement environ 40 cm. Une telle largeur n'est pas suffisante pour la réalisation de voiles de fibres unidirectionnelles pour une application industrielle, par exemple pour la fabrication d'un panneau de plancher de coffre de véhicule automobiles, 5 présentant des dimensions de l'ordre de 1,2m x 1,4m. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient, en améliorant le procédé de fabrication évoqué précédemment, permettant en particulier la réalisation de voiles plus larges. Un autre but de l'invention est de permettre des mélanges de différentes natures 10 de fibres, naturelles ou/et chimiques. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un procédé de fabrication d'un voile de fibres courtes unidirectionnelles, comportant : - une étape de réalisation d'une pluralité de rubans, chaque ruban étant réalisé à base de fibres courtes, 15 - une étape de passage de la pluralité de rubans, agencés côte à côte, dans un dispositif de peignage/étirage, afin d'obtenir un voile intermédiaire, caractérisé en ce que : - les fibres courtes comprennent entre 2% et 70% de fibres fusibles, - le procédé comporte une étape de chauffage du voile intermédiaire à une température supérieure ou égale à la température de fusion des fibres fusibles, afin 20 d'obtenir un voile cohésif après refroidissement, - le procédé comporte une étape d'assemblage d'au moins deux voiles cohésifs côte à côte, avec un chevauchement l'un sur l'autre, puis de chauffage de l'assemblage pour assurer la cohésion des voiles cohésifs entre eux. Du fait de l'utilisation des fibres fusibles, les voiles issus du dispositif de 25 peignage/étirage, de largeur limitée, sont assemblés en se chevauchant sur le côté, les fibres fusibles étant alors activées par chauffage pour assurer la solidarisation des voiles entre eux, créant ainsi un voile de plus grande largeur. On pourra ainsi par exemple assembler trois voiles cohésifs de largeurs sensiblement égale à 40 cm chacun, pour obtenir un voile de fibres unidirectionnelles de largeur de l'ordre de 120 cm. 30 Bien entendu, on pourra également assembler deux, ou un plus grand nombre de voiles cohésifs, si bien qu'il est possible de réaliser un voile de toute largeur souhaitée. Le procédé selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. - L'étape de réalisation de rubans comporte : la réalisation d'un voile de carde au 35 moyen d'un dispositif de cardage alimenté en fibres courtes, le rassemblement des fibres 3059927 3 du voile de carde pour obtenir un ruban et, dans le cas où le ruban est formé de plusieurs types de fibres, une ouvraison des fibres et un mélange de ces fibres. - Les fibres courtes sont au moins en partie constituées de fibres naturelles. - Les fibres fusibles sont au moins en partie constituées de fibres de type âme et 5 gaine, de préférence de longueur inférieure à 40 mm. - Au cours de l'étape de passage, les rubans étant agencés côté à côte dans une direction transversale, au moins l'un des rubans d'extrémité dans la direction transversale présente une épaisseur, un grammage et/ou un titre, inférieur à celui des autres rubans. - L'étape de passage est réalisée au moyen d'une pluralité de dispositifs de 10 peignage/étirage, de sorte que les voiles cohésifs assemblés proviennent de dispositifs de peignage/étirage distincts, le procédé étant ainsi réalisé en continu. - L'étape de chauffage du voile intermédiaire et/ou le chauffage de l'assemblage est réalisé par chauffage par infrarouge, par calandrage ou par passage dans une machine de chauffage à double bande. 15 L'invention concerne également un dispositif de fabrication d'un voile de fibres courtes unidirectionnelles, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un dispositif de réalisation de rubans, - au moins un dispositif de peignage/étirage, propre à réaliser un voile 20 intermédiaire à partir d'une pluralité de rubans, - des premiers moyens de chauffage du voile intermédiaire, pour réaliser un voile cohésif, - des moyens d'assemblage d'au moins deux voiles cohésifs côte à côte, avec un chevauchement l'un sur l'autre, et 25 - des seconds moyens de chauffage de l'assemblage pour assurer la cohésion des voiles cohésifs entre eux. Avantageusement, le dispositif de fabrication comporte une pluralité de dispositifs de peignage/étirage, disposés en parallèle et alimentant simultanément les moyens d'assemblage en voiles cohésifs respectifs. 30 L'invention concerne également un voile de fibres courtes unidirectionnelles, caractérisé en ce qu'il est réalisé au cours d'un procédé de fabrication tel que défini précédemment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi 35 lesquelles : 3059927 4 - La figure 1 représente schématiquement, de profil, un dispositif de réalisation de rubans, équipant un dispositif de fabrication de voile de fibres unidirectionnelles selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2 représente schématiquement, vu du dessus, un dispositif de 5 peignage/étirage équipant le dispositif de fabrication ; - La figure 3 est une vue en coupe d'une barrette à pointes du dispositif de peignage/étirage de la figure 2 ; - La figure 4 représente schématiquement, vus du dessus, des moyens d'assemblage de voiles côte à côte, équipant le dispositif de fabrication ; et 10 On a représenté, sur les figures 1 à 4, un dispositif de fabrication d'un voile 10 de fibres courtes unidirectionnelles. Dans la présente description, une fibre est dite courte lorsque sa longueur est inférieure à 500 mm. De préférence, le voile 10 comporte des fibres courtes de longueur inférieure à 300 mm, par exemple inférieure à 150 mm. De préférence les fibres courtes 15 présentent une longueur supérieure à 10 cm. Les fibres du voile 10 comportent de préférence des fibres naturelles, par exemple de lin, de chanvre, de jute ou de sisal, ou un mélange de fibres naturelles de différentes natures. En variante, les fibres du voile 10 peuvent également comporter, au moins en partie, des fibres synthétiques ou artificielles. 20 Les fibres du voile 10 sont en partie constituées de fibres fusibles, c'est-à-dire susceptibles de fondre lorsqu'elles sont soumises à une température de fusion prédéfinie. Plus particulièrement, le voile 10 comporte entre 2 et 70% de fibres fusibles. Par exemple, un taux de 50% à 70% de fibres fusibles est envisagé lorsque le voile 10 est destiné à la fabrication d'un composite à matrice thermoplastique. 25 Plus particulièrement lorsque les fibres fusibles sont envisagées uniquement dans le but d'assurer la cohésion du voile 10 pour permettre une étape subséquente par exemple d'imprégnation, leur taux est compris entre 2 à 15%. Dans ce dernier cas on préfère utiliser des fibres bi-composantes, c'est-à-dire des fibres de type âme et gaine, dont l'âme est constituée par un polymère d'une température 30 de fusion T1, et dont la gaine est constituée d'un polymère de température de fusion T2, avec T2 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un voile (10) de fibres courtes unidirectionnelles, comportant : - une étape de réalisation d'une pluralité de rubans (10b), chaque ruban (10b) étant réalisé à base de fibres courtes, - une étape de passage de la pluralité de rubans (10b), agencés côte à côte, dans un dispositif de peignage/étirage (16), afin d'obtenir un voile intermédiaire (10c), caractérisé en ce que : - les fibres courtes comprennent entre 2% et 70% de fibres fusibles, - le procédé comporte une étape de chauffage du voile intermédiaire (10c) à une température supérieure ou égale à la température de fusion des fibres fusibles, afin d'obtenir un voile cohésif (10d) après refroidissement, - le procédé comporte une étape d'assemblage d'au moins deux voiles cohésifs (10d) côte à côte, avec un chevauchement (38) l'un sur l'autre, puis de chauffage de l'assemblage pour assurer la cohésion des voiles cohésifs (10d) entre eux. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l'étape de réalisation de rubans (10b) comporte : - la réalisation d'un voile de carde (10a) au moyen d'un dispositif de cardage (12) alimenté en fibres courtes, - le rassemblement des fibres du voile de carde (10a) pour obtenir un ruban (10b), - et, dans le cas où le ruban est formé de plusieurs types de fibres, une ouvraison des fibres et un mélange de ces fibres. 25 3. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fibres courtes sont au moins en partie constituées de fibres naturelles. 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 dans lequel les fibres fusibles sont au moins en partie constituées de fibres de type âme et gaine, de préférence de longueur inférieure à 40 mm. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, au cours de l'étape de passage, les rubans (10b) étant agencés côté à côte 35 dans une direction transversale (Y), au moins l'un des rubans d'extrémité dans la direction 3059927 13 transversale présente une épaisseur, un grammage et/ou un titre, inférieur à celui des autres rubans. 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 dans lequel l'étape de passage est réalisée au moyen d'une pluralité de dispositifs de peignage/étirage (16), de sorte que les voiles cohésifs (10d) assemblés proviennent de dispositifs de peignage/étirage distincts (16), le procédé étant ainsi réalisé en continu. 7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 dans lequel l'étape de chauffage du voile intermédiaire (10d) et/ou le chauffage de l'assemblage est réalisé par chauffage par infrarouge, par calandrage ou par passage dans une machine de chauffage à double bande. 8. Dispositif de fabrication d'un voile (10) de fibres courtes unidirectionnelles, pour 15 la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un dispositif (12, 14) de réalisation de rubans (10b), - au moins un dispositif de peignage/étirage (16), propre à réaliser un voile intermédiaire (10c) à partir d'une pluralité de rubans (10b), 20 - des premiers moyens (34) de chauffage du voile intermédiaire (10c), pour réaliser un voile cohésif (10d), - des moyens (36) d'assemblage d'au moins deux voiles cohésifs (10d) côte à côte, avec un chevauchement (38) l'un sur l'autre, et - des seconds moyens (40) de chauffage de l'assemblage pour assurer la cohésion des voiles cohésifs (10d) entre eux. 9. Dispositif de fabrication selon la revendication 8, comportant une pluralité de dispositifs de peignage/étirage (16), disposés en parallèle et alimentant simultanément les moyens d'assemblage en voiles cohésifs (10d) respectifs. 10. Voile de fibres courtes unidirectionnelles (10), caractérisé en ce qu'il est réalisé au cours d'un procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.35