Brevet FR3093668A1 — publié le 20200918

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE PREPARATION D'UN PRODUIT EN MATIERE POLYMERIQUE [0001] L'invention concerne le domaine des produits en matière polymérique. Par matière polymérique on entend en particulier les matières thermoplastiques. [0002] Selon les méthodes traditionnelles, pour obtenir une pièce en matière polymérique, il faut soit déformer une feuille de polymère pur (thermoformage), soit injecter de la matière polymérique dans un moule (injection). [0003] En thermoformage d'une matière thermoplastique, le matériau sous forme de plaque est chauffé pour le ramollir, et mis en forme avec un moule. Le matériau durcit lorsqu'il refroidit, gardant cette forme. [0004] Les inconvénients de cette méthode sont que : la forme finale ne peut pas être trop complexe car elle doit pouvoir être obtenue par estampage ; l'épaisseur finale du produit dépend de la forme et de la direction de la déformation. Celle-ci ne peut pas être ajustée ; l'épaisseur de la plaque initiale dépend de la zone devant subir le plus de déformation, ce qui induit des surépaisseurs dans les zones devant subir moins de déformation [0005] En injection, il est possible d'obtenir des formes 3D complexes mais les outils pour les produire sont très couteux. [0006] Les inconvénients de cette méthode est que : - elle n'est pas adaptée à la réalisation de petites ou moyennes séries ; - elle ne permet pas l'utilisation de fibres continues. [0007] Les inventeurs ont découvert qu'il est possible d'utiliser les méthodes de tricotage technique traditionnelles pour former une préforme sèche en 3D, à l'aide de fils constitués de 90 à 100% de matière polymérique, voire uniquement de matière polymérique. La préforme est ensuite consolidée par chauffage. [0008] Par préforme sèche, on entend un produit obtenu par tricotage généralement d'un fil continu où le fil forme des mailles entrelacées, disposées en rangs successifs. [0009] La réalisation de la préforme ne nécessite, en général, qu'une bobine de fil pour le fil de maille. Différentes techniques de tricotage permettent d'obtenir des tricots formant une pièce unitaire, en 3D, sans couture, de masse surfacique locale variable. [0010] Les techniques de tricotage connues permettent d'effectuer un tricotage circulaire ou un tricotage rectiligne. [0011] On distingue les méthodes de tricotage trame (« weft knitting ») et les méthodes de 2 tricotage chaîne (« warp knitting »). [0012] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un produit en matière po- lymérique. Le procédé selon l'invention comporte au moins la succession des étapes suivantes : tricotage trame d'un fil ou un ensemble de fils constitués de 90 à 100% matière polymérique ; réalisation d'une préforme sèche en trois dimensions, et en une pièce continue, la préforme correspondant à la forme du produit fini à obtenir ; consolidation par chauffage sous pression pour atteindre au moins la température du point de fusion du matériau polymérique ; refroidissement du produit ainsi obtenu. [0013] Le tricot peut être réalisé par la méthode de tricotage rectiligne ou circulaire. [0014] La préforme est avantageusement constituée d'une seule pièce, sans couture, de niasse surfacique locale adaptée à l'épaisseur finale recherchée. [0015] Avantageusement, le tricot est réalisé par un tricotage rectiligne qui permet d'obtenir des formes 3D complexes, ce qui ne serait pas le cas du tricotage circulaire. [0016] Par matière polymérique, on comprend les matières thermoplastiques telles que le polycarbonate, le polypropylene, le polyamide, le polyuréthane, le PMMA, le polyethylene tercphthalate basse densité, le poly cther imide, le polyétheréthercétone (PEEK), polyéthercétonecétone (PEKK), [0017] En particulier, dans au moins une zone du produit final, la matière polymérique re- présente de 95 à 100 % en volume, voire 100% en volume. [0018] Avantageusement, la préforme sèche est réalisée avec des densités de 2 à 7 rangs/cm, de préférence de 3 à 6 rangs/cm et de 2 à 3 colonnes/cm. [0019] Avantageusement, la préforme sèche présente un poids surfacique de 100 à 1500 g/m 2, de préférence de 500 à 1300 g/m2. [0020] Selon certains modes de réalisation, le polymère comporte des charges, qui peuvent être ajoutées à l'étape de formulation du polymère ou de filage du fil. [0021] De telles charges sont par exemple des pigments colorés ou des dissipateurs de charge électrique. [0022] Selon une variante de réalisation, la préforme constitue une zone spécifique d'un produit final composite. La zone spécifique peut constituer un revêtement de surface ou une couche de matière polymérique entre deux objets distincts. [0023] L'invention permet donc avantageusement de remplacer les méthodes de surmoulage ou former une couche de peinture ou une couche de colle ou peut constituer une couche de surface préalable à l'application d'une peinture finale. [0024] La préforme peut être réalisée avec un fil coloré qui donne la couleur finale di- rectement dans la masse du produit fini, sans nécessiter d'y ajouter une couche de 3 peinture. [0025] L'invention concerne aussi l'utilisation d'une préforme sèche obtenue par tricotage trame rectiligne en 3D, pour la fabrication d'un produit comportant au moins une zone comportant de 90% à 100% en volume de matière polymériquc, de préférence de 95 à 100%, voire 100% en volume de matière polymériquc. [0026] La méthode selon l'invention est particulièrement avantageuse car les produits finis présentent une épaisseur contrôlée ; ils ne présentent aucun raccord (donc continuité du profil aérodynamique). La méthode ne nécessite aucun assemblage de pièces différentes. La méthode n'engendre aucune perte ni chute de matière. La méthode selon l'invention ne s'accompagne d'aucune émanation d'éléments volatiles toxiques à température ambiante. [0027] Les exemples qui suivent illustrent l'invention de manière non-limitative. [0028] Dans les figures ci-dessous, les représentations ne sont pas nécessairement à l'échelle. [0029] [fig.1] illustre une vue de face d'un objet de forme complexe constitué uniquement de matière polymériquc. [0030] [fig.2] illustre une vue de profil d'un objet de forme complexe constitué uniquement de matière polymériquc. [0031] [fig.3] représente une préforme constituée d'une partie composite et d'une partie en matière polymérique uniquement. [0032] [fig.4] représente le produit fini obtenu à partir de la préforme de la figure 3. [0033] [fig.5] schématise un objet composite revêtu d'une couche de matière polymérique [0034] Exemples [0035] Exemple 1 : objet de forme 3D complexe et faiblement chargé [0036] Une préforme 3D est tricotée, en une seule pièce, par la méthode de tricotage trame rectiligne. [0037] Le fil est constitué de fibres de polycarbonate [0038] Les densités sont de 4 à 6 rangs/cm et 2 à 2.8 colonnes/cm. [0039] Le poids surfacique est de 500 à 1300 g/m2. [0040] La préforme 3D est mise dans un moule et contre-moule en acier et chauffée à une température de 200 à 250°C et à une pression comprise entre 3 bars et 10 bars. [0041] Le produit fini, illustré aux figures 1 (vue de face) et 2 (vue de profil), présente des propriétés mécaniques de 1 à 4 GPa de module d'Young et 40 à 70 MPa de résistance à la rupture. [0042] Grâce à l'invention, ce type d'objet de forme complexe peut âtre obtenu en maitrisant l'épaisseur. Le procédé consomme moins de matière que les procédés traditionnels de thermoformage car l'épaisseur du produit fini peut être contrôlée. Exemple 2 : « verrine de bout d'aile » [0043] La figure 3 illustre une préforme 3D tricotée, en une seule pièce, par la méthode de tricotage trame rectiligne. [0044] La préforme comporte une zone comportant uniquement des fibres de polycarbonate. [0045] Les densités sont de 4 à 6 rangs/cm et 2 à 2.8 colonnes/cm. Le poids surfacique de cette zone est de 500 à 1300 g/m2. [0046] La même préforme comporte une autre zone composite composée de 20 à 45% en volume de fibres de verre et 80 à 55% de polycarbonate. Les densités sont de 3.6 à 5 rangs/cm et 2 à 2.7 colonnes/cm. Le poids surfacique de cette zone est de 550 à 1800 g/m2. [0047] Les deux zones forment une pièce tricotée unitaire sans couture ni assemblage. [0048] La préforme 3D est mise dans un moule acier avec contre-moule souple. Le tout est chauffé à une température de 200 à 250°C et à une pression comprise entre 3 bars et 10 bars. [0049] Lc produit fini est illustré à la figure 4. L'utilisation du polymère adapté permet de de rendre la zone pur polymère transparente après transformation. [0050] Les propriétés mécaniques sont, dans la zone pur polymère de 1 à 4 GPa de module d'Young et 40 à 70 MPa de résistance à la rupture ; et dans la zone composite de [0051] 4 à 19 GPa de module d'Young et 50 à 600 MPa de résistance à la rupture. [0052] Lc choix des polymères appropriés, associé à la technique selon l'invention permet d'obtenir à la fois une forme avec les épaisseurs souhaitées et la transparence souhaitée. Exemple 3 : couche de surface sur corps composite [0053] La figure 5a illustre un produit composite 1 réalisé à l'aide d'une première préforme 3D tricotée, à l'aide de fibres mixtes composées de 33 à 45 % de fibres de verre et de 67 à 55% de polycarbonatc. [0054] Les densités sont de 3 à 6 rangs/cm et 2 à 2.8 colonnes/cm. Le poids surfacique de cette zone est de 600 à 1500 g/m2. [0055] Des fibres 2 sont présentes en surface. [0056] La figure 5b illustre le produit composite 1 revêtu d'une couche polymérique 3. La couche polymérique 3 est obtenue à l'aide d'une seconde préforme 3D tricotée, à l'aide de fibres de polyuréthane. [0057] Les densités sont de 3 à 6 rangs/cm et 2 à 2.7 colonnes/cm. Le poids surfacique de cette préforme est de 100 à 200 g/m2. [0058] Les deux préformes sont mises ensemble dans un moule acier avec contre-moule souple. Le tout est chauffé à une température de 200 à 215°C et à une pression comprise entre 1 bar et 4 bars. [0059] L'invention permet de modifier la couche de surface d'un objet composite. Cela peut être avantageux pour faciliter l'ajout d'une peinture ou tout autre traitement de surface. Si la couche de pur polymère est suffisamment épaisse elle peut recouvrir totalement les fibres du composite et les isoler de l'extérieur. [0060] Selon le choix de la matière polymérique, il est possible de la charger avec des pigments colorés et de créer ainsi une couche de peinture. Dans ce cas, on choisira par exemple du polycarbonate ou PMMA comme matière polymérique. [0061] L'invention permet aussi de charger la matière polymérique avec des dissipateurs de charges électriques ce qui donne au produit fini, une couche antistatique. [0062] L'invention ne se limite pas à ces exemples et d'autres fonctionnalités peuvent encore être réalisées sans sortir du cadre de la présente invention. 6 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10]