Brevet FR3108554A1 — publié le 20211001

TITRE : Structure composite et procédé associé Structure composite (10) comprenant un tissu (20) de fibres (22) de renforcement et une résine (30) renfermant des charges (32), la résine (30) étant imprégnée dans le tissu (20) de fibres (22), caractérisée en ce que l’écart séparant deux fibres (22) parallèles voisines du tissu (20) de fibres (22) est compris entre 0,25 mm et 3 mm, de préférence entre à 0,25 mm et 1,5 mm. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Structure composite et procédé associé La présente invention concerne une structure composite comprenant un tissu de fibres de renforcement et une résine renfermant des charges, la résine étant imprégnée dans le tissu de fibres. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une telle structure composite. De manière connue en soi, une structure composite peut être obtenue par le procédé d’infusion sous vide. Lors d’un tel procédé, on applique d’abord sur un moule présentant une forme complémentaire à celle de la pièce souhaitée, un tissu de fibres de renforcement. Les fibres de renforcement ont pour finalité d’assurer les propriétés mécaniques de la pièce composite, telle que sa solidité. Par suite, le tissu de fibres est recouvert d’une bâche étanche et souple, ou bien d’un contre-moule, de manière à former un volume clos avec le premier moule. Un vide est alors appliqué à l’intérieur de ce volume, et dans le même temps, une résine est aspirée par dépression à l’intérieur du moule. Ainsi, la résine est répartie de manière homogène dans le tissu de fibres. Enfin, la pièce est soumise à des conditions de températures permettant à la résine de durcir. Une structure composite homogène et de la forme souhaitée est obtenue. Toutefois, bien que très répandu, le procédé d’infusion sous vide dépend fortement de la nature des résines utilisées, étant donné que celles-ci doivent se propager dans un milieu fibreux. La réussite de l’infusion sous vide dépend notamment de la viscosité de la résine. En effet, plus la résine est visqueuse, plus elle s’écoule difficilement et donc plus il est difficile de la faire pénétrer à travers le tissu de fibres. Afin de donner des propriétés souhaitées à une résine, on y ajoute souvent des adjuvants et des charges. Ces propriétés sont, par exemple, l’amélioration de la résistance au feu et la réduction des émissions des fumées. Toutefois, l’ajout de charges augmente la viscosité de la résine et donc la rende plus difficile à infuser à travers le tissu de fibres. Cette augmentation de viscosité dépend par ailleurs de la taille des charges contenues dans la résine. En effet, si les charges sont de grande taille, la viscosité du fluide augmente faiblement mais, le fluide se retrouve bloqué dans les interstices entre fibres par agglomération des charges. Au contraire, si les charges sont de petite taille, l’effet de blocage par agglomération est limité, mais l’augmentation de la viscosité est plus élevée, et rend l’avancée de la résine difficile. De manière générale, l’utilisation de résines renfermant des charges limite la taille de la pièce infusable du fait de la difficile infusion de la résine chargée. La présente invention a pour but de fournir un procédé de fabrication d’une pièce composite de grande taille et notamment supérieure à 2m², avec une étape d’infusion sous vide d’une résine comportant des charges dans un tissu fibreux. A cet effet, l’invention a pour objet une structure composite du type précité, caractérisée en ce que l’écart séparant deux fibres parallèles voisines du tissu de fibres est compris entre 0,25 mm et 3 mm, de préférence entre à 0,25 mm et 1,5 mm. Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, la structure composite comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - l’écart séparant deux fibres parallèles voisines est supérieur à 10 fois, de préférence à 30, le diamètre moyen des charges ; - 90% des charges en poids ont un diamètre compris entre 0,001 et 0,06 fois l’écart séparant deux fibres parallèles voisines ; - elle est obtenue par infusion sous vide de la résine dans le tissu de fibres ; - les charges présentes dans la résine sont propres à garantir une résistance contre le feu et la fumée à la structure composite ; - le tissu de fibres présente une densité comprise entre 300 g/m2 et 1200 g/m2. - sa taille est supérieure à 2 m² ; et - le nombre de fibres pour un centimètre dans le sens trame et chaine est compris entre 3 fibres/cm et 6 fibres/cm. L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’une telle structure composite comprenant : - fourniture d’un tissu de fibres dans lequel l’écart séparant deux fibres parallèles voisines est compris entre 0,25 mm et 3 mm, de préférence entre 0,25 mm et 1,5 mm ; - fourniture d’une résine renfermant des charges; et - infusion sous-vide de la résine dans le tissu de fibres. Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de la structure interne d’une structure composite selon l’invention ; et - la figure 2 est une représentation schématique en coupe d’un moule lors de la fabrication d’une pièce composite selon l’invention. Une fraction d’une structure composite 10 formant une pièce de véhicule ferroviaire est représentée avec un arrachement montrant sa structure interne sur la figure 1. La pièce du véhicule est par exemple un élément de carrosserie tel qu’un panneau latéral de véhicule ou un parechoc d’extrémité. Elle a une surface avantageusement comprise entre 2 et 10 m². La structure composite 10 comprend notamment au moins un tissu 20 de fibres de renforcement imprégné d’une résine durcie 30. De manière connue, le tissu 20 est destiné à assurer les propriétés mécaniques de la structure composite 10. Il est formé d’un maillage de fibres 22 tel que représenté sur la figure 1. Dans le tissu 20, les fibres 22 se croisent avec un angle prédéterminé se chevauchant de manière alternée. La valeur de cet angle est comprise entre -90° et 90°. Ces fibres 22 sont réalisées en divers matériaux, tels que le verre, le carbone, le kevlar, et le basalte, par exemple. De plus, le tissu 20 présente une densité comprise entre 300 g/m 2 et 1200 g/m 2 . Les fibres ont une masse linéique comprise entre 200 tex et 1200 tex. Un tex est égal à 1g/km. Deux fibres 22 voisines et parallèles du tissu 20 sont séparées d’une distance comprise entre 0,25 mm et 3 mm, de préférence entre 0,25 mm et 1,5 mm. Le nombre de fibres pour un centimètre dans le sens trame et chaine est compris entre 3 fibres/cm et 6 fibres/cm. Le croisement de ces fibres délimite ainsi des mailles 24 dont la surface est comprise entre 0,0625 mm² et 9 mm², de préférence entre 0,0625 mm² et 2,25 mm². Les mailles sont des polygones réguliers, les écarts entre fibres adjacentes étant identiques suivant les différentes directions de fibres. La résine 30 est formée d’un matériau polymère, par exemple polyester, vinylester ou époxy. Des charges 32 sont incorporées dans la résine 30 permettant de conférer de nouvelles propriétés pour la structure composite 10. Les charges 32 sont par exemple destinées à apporter des propriétés de résistance au feu et aux fumées à la structure composite 10. Il s’agit par exemple de tri-hydrate d’alumine, de talc ou de phosphore. En outre, les charges 32 ont un diamètre moyen compris entre 1 µm et 100 µm, de préférence compris entre 7 µm et 15 µm. En particulier, 90% des charges 32 en poids ont un diamètre compris entre 7 µm et 15 µm. Ainsi, la structure composite 10 selon l’invention est caractérisée en ce que l’écart entre deux fibres 22 voisines et parallèles est supérieure à 10 fois le diamètre moyen des charges 32, de préférence supérieur à 30 fois le diamètre moyen des charges 32. 90% en poids des charges 32 comprises dans la résine 30 ont un diamètre compris entre 0,001 et 0,06 fois l’écart entre deux fibres 32 parallèles et voisines. Une telle structure composite 10 est obtenue par la technique d’injection sous vide. Un procédé de fabrication d’une structure composite 10 selon l’invention va maintenant être décrit en regard de la figure 2. Tout d’abord, un ou plusieurs tissus 20 sont disposés dans un moule 40 présentant une forme complémentaire à celle souhaitée pour la structure composite 10. Dans l’exemple illustré, deux tissus 20 sont superposés. Ce moule est ensuite recouvert par une bâche souple 42. Un joint périphérique 44 est ensuite disposé à la périphérie entre la bâche 42 et le moule 40 de manière à délimiter un volume clos 46 entre le moule 40 et la bâche 42. Ce volume clos 46 renferme le tissu 20 et possède la même forme que la structure composite 10 souhaitée. Le procédé comprend alors une étape d’infusion sous vide de la résine liquide chargée 30 à l’intérieur du tissu 20. Le vide est réalisé à l’intérieur du volume clos 46, par l’intermédiaire par exemple d’une pompe à vide 48. Le volume 46 est enfin raccordé à une réserve 50 de résine destinée à être infusée à l’intérieur du tissu 20 au travers d’une pompe à vide 52. Ainsi, sous l’action des pompes 48 et 52, la résine chargée 30 est entraînée dans le tissu 20 pour s’y propager d’une extrémité à l’autre. Lorsque la résine 30 s’est propagée dans l’intégralité du tissu 20, la structure 10 est maintenue à une température propice à la solidification de la résine 30, et le procédé s’achève. Une structure composite 10 selon l’invention est ainsi obtenue. Le procédé permet avec un tissu à grande maille d’obtenir une circulation satisfaisante de la résine, cette dernière contenant également des charges de taille importante et ayant donc une plus faible viscosité qu’avec des charges de petite taille. En effet, l’espacement relativement élevé entre les fibres 22 du tissu 20 permet aux charges 32 de ne pas rester bloquées dans le tissu 20, pour l’imprégner plus aisément. La perte de charge lors de l’infusion de la résine 30 dans le tissu 20 s’en retrouve alors diminuée. Par ailleurs, bien que l’écart entre les fibres 22 est plus élevé que l’écart dans les tissus 20 courants, le grammage surfacique du tissu 20 reste le même que celui connu. Ainsi, l’augmentation de cet écart n’a pas d’incidence sur les propriétés mécaniques de la structure composite 10. Des structures 10 de grande taille peuvent ainsi être obtenues. Structure composite (10) comprenant un tissu (20) de fibres (22) de renforcement et une résine (30) renfermant des charges (32), la résine (30) étant imprégnée dans le tissu (20) de fibres (22), caractérisée en ce que l’écart séparant deux fibres (22) parallèles voisines du tissu (20) de fibres (22) est compris entre 0,25 mm et 3 mm, de préférence entre à 0,25 mm et 1,5 mm. Structure composite (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’écart séparant deux fibres (22) parallèles voisines est supérieur à 10 fois, de préférence à 30, le diamètre moyen des charges (32). Structure composite (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que 90% des charges (32) en poids ont un diamètre compris entre 0,001 et 0,06 fois l’écart séparant deux fibres (22) parallèles voisines. Structure composite (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est obtenue par infusion sous vide de la résine (30) dans le tissu (20) de fibres (22). Structure composite (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les charges (32) présentes dans la résine (30) sont propres à garantir une résistance contre le feu et la fumée à la structure composite (10). Structure composite (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le tissu (20) de fibres (22) présente une densité comprise entre 300 g/m 2 et 1200 g/m 2 . Structure composite (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sa taille est supérieure à 2 m². Structure composite (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le nombre de fibres pour un centimètre dans le sens trame et chaine est compris entre 3 fibres/cm et 6 fibres/cm. Procédé de fabrication d’une structure composite (10) comprenant : - fourniture d’un tissu (20) de fibres (22) dans lequel l’écart séparant deux fibres (22) parallèles voisines est compris entre 0,25 mm et 3 mm, de préférence entre 0,25 mm et 1,5 mm ; - fourniture d’une résine (30) renfermant des charges (32) ; et - infusion sous-vide de la résine (30) dans le tissu (20) de fibres (22).