Brevet FR3067962A1 (20181228)

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un matériau fibreux imprégné comprenant un matériau fibreux en fibres continues et au moins une matrice polymère thermoplastique, caractérisé en ce que ledit matériau fibreux imprégné est réalisé en un ruban unique unidirectionnel ou en une pluralité de rubans parallèles unidirectionnels et caractérisé en ce que ledit procédé comprend, une étape de pré-imprégnation dudit matériau fibreux se présentant sous forme d'une mèche ou de plusieurs mèches parallèles par ledit matériau thermoplastique et au moins une étape de chauffage de la matrice thermoplastique permettant la fusion ou le maintien en fusion dudit polymère thermoplastique après pré-imprégnation, ladite au moins une étape de chauffage étant effectuée au moyen d'au moins une pièce d'embarrage (E) non chauffante et non conductrice de la chaleur et d'au moins un système de chauffage, à l'exception d'une calandre chauffante, ladite mèche ou lesdites mèches étant en contact avec une partie ou la totalité de la surface de ladite au moins une pièce d'embarrage (E) et défilant partiellement ou totalement à la surface de ladite au moins une pièce d'embarrage (E) au niveau du système de chauffage.\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pré-imprégnation est effectuée avec un système choisi parmi un lit fluidisé, une pulvérisation par pistolet et la voie fondue, notamment à grande vitesse, en particulier l'imprégnation est effectuée en lit fluidisé.\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que un ou plusieurs embarrage(s) (E") est(sont) présent(s) en amont dudit système.\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que une étape de pré-imprégnation et une étape de chauffage sont effectuées, ladite étape de chauffage étant immédiatement consécutive à l'étape de pré-imprégnation.\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit au moins un système de chauffage est choisi parmi un chauffage micro-onde et un chauffage laser. 67\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en que ladite au moins une pièce d'embarrage (E) est un rouleau de compression de forme convexe, concave ou cylindrique, de préférence cylindrique. 5\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite au moins une pièce d'embarrage (E) est constituée de 1 à 15 rouleaux de compression (R', à R'15) de forme cylindrique, préférentiellement de 3 à 15 rouleaux de compression (R'3 à R'15), notamment de 6 à 10 rouleaux de compression (R's à R'10). 10\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite mèche ou lesdites mèches forme(nt) un angle a', de 0,1 à 89°, en particulier de 5 à 75°, notamment de 10 à 45° avec un premier rouleau de compression R', et la tangente horizontale audit rouleau R'1, ladite mèche ou lesdites mèches s'épanouissant au contact dudit premier rouleau de compression. 15\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que un deuxième rouleau R'2 est présent après ledit premier rouleau de compression R'1, ladite mèche ou lesdites mèches formant un angle a'2 de 0 à 180°, en particulier de 5 à 75°, notamment de 10 à 45° avec ledit deuxième rouleau de compression R'2 et la tangente horizontale audit 20 rouleau R'2, ladite mèche ou lesdites mèches s'épanouissant au contact dudit deuxième rouleau de compression.\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que au moins un troisième rouleau R'3 est présent après ledit deuxième rouleau R'2, ladite mèche ou lesdites 25 mèches formant un angle a'3 de 0 à 180°, en particulier de 5 à 75°, notamment de 10 à 45° avec ledit troisième rouleau de compression R'3 et la tangente horizontale audit rouleau de compression R'3, ladite mèche ou lesdites mèches s'épanouissant au contact dudit troisième rouleau de compression R'3. 30\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que six à dix rouleaux sont présent et au même niveau.\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le pourcentage d'épanouissement à la sortie du dernier rouleau de compression R'i, est d'environ 0 35 à 300%, en particulier de 0 à 50% par rapport à celui de ladite ou desdites mèches à l'entrée du premier rouleau de compression R',. 68\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit polymère thermoplastique est un polymère thermoplastique non réactif.\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit polymère 5 thermoplastique est un prépolymère réactif susceptible de réagir sur lui-même ou avec un autre prépolymère, en fonction des fins de chaîne portées par ledit prépolymère, ou encore avec un allongeur de chaîne, ledit polymère réactif étant optionnellement polymérisé lors de l'étape de chauffage. 10\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit au moins polymère thermoplastique est sélectionné parmi : les poly(aryl éthercétones) (PAEK), en particulier le poly(étheréthercétone) (PEEK) ; les poly(aryl éthercétonecétone) (PAEKK), en particulier le poly(éthercétonecétone) (PEKK) ; les polyéther-imides (PEI) aromatiques ; les polyaryl sulfones, en particulier les polyphénylène sulfones 15 (PPSU) ; les polyarylsulfures, en particulier les polyphénylène sulfures (PPS) ; les polyamides (PA), en particulier polyamides semi-aromatiques (polyphthalamides) éventuellement modifiées par unités urées ; les PEBA, les polyacrylates en particulier le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ; les polyoléfines, en particulier le polypropylène, l'acide polylactique (PLA), l'alcool polyvinylique (PVA), et les 20 polymères fluorés en particulier le polyfluorure de vinylidène (PVDF) ou le polytetrafluoroéthylène (PTFE) ou le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE); et leurs mélanges, notamment un mélange de PEKK et de PEI, de préférence de 90-10% en poids à 60-40% en poids, en particulier de 90-10% en poids à 70-30% en poids. 25\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que ledit au moins polymère thermoplastique est un polymère dont la température de transition vitreuse est telle que Tg k 80°C, notamment k 100°C, en particulier k 120°C, notamment k 140°C, ou un polymère semi-cristallin dont la température de fusion Tf 150°C. 30\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que ledit au moins polymère thermoplastique est sélectionné parmi les polyamides, les polyamides aliphatiques, les polyamides cycloaliphatiques et les polyamides semi-aromatiques (polyphthalamides), le PEKK, le PEI et un mélange PEKK et de PEI. 35\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le taux de fibres dans ledit matériau fibreux imprégné est compris de 45 à 65 % en volume, de préférence de 50 à 60% en volume, notamment de 54 à 60%. 69\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que le taux de porosité dans ledit matériau fibreux pré-imprégné est inférieure à 10%, notamment inférieur à 5%, en particulier inférieur à 2%. 5\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une étape de mise en forme de ladite mèche ou desdites mèches parallèles dudit matériau fibreux imprégné, par calandrage au moyen d'au moins une calandre chauffante sous forme de ruban unique unidirectionnel ou d'une pluralité de rubans 10 parallèles unidirectionnels avec, dans ce dernier cas, ladite calandre chauffante comportant une pluralité de gorges (73) de calandrage, de préférence jusqu'à 200 gorges de calandrage, en conformité avec le nombre desdits rubans et avec une pression et/ou un écartement entre les rouleaux de ladite calandre régulés par un système asservi. 15\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'étape de calandrage est réalisée au moyen d'une pluralité de calandres chauffantes, montées en parallèle et/ou en série par rapport au sens de défilement des mèches de fibres. 20\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 20 ou 21, caractérisé en ce que ladite (ou lesdites) calandre(s) chauffante(s) comprend (comprennent) un système de chauffage intégré par induction, par chauffage Hautes Fréquences ou par microondes, de préférence par microondes, couplé à la présence de charges carbonées dans ledit polymère thermoplastique ou mélange de polymères 25 thermoplastiques.\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce qu'une presse à bande est présente entre le système de chauffage et la calandre. 30\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce qu'une filière chauffante est présente entre le système de chauffage et la calandre.\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce qu'une presse à bande est présente entre le système de chauffage et la calandre et une filière 35 chauffante est présente entre la presse à bande et la calandre. 70\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 25, caractérisé en ce que lesdites étapes de pré-imprégnation et d'imprégnation sont complétées par une étape de recouvrement de ladite mèche unique ou de ladite pluralité de mèches parallèles après imprégnation par la poudre, ladite étape de recouvrement étant réalisée avant 5 ladite étape de calandrage, par un polymère thermoplastique fondu, pouvant être identique ou différent dudit polymère de pré-imprégnation, ledit polymère fondu étant de préférence de même nature que ledit polymère de pré-imprégnation, de préférence avec ledit recouvrement s'effectuant par extrusion en tête d'équerre par rapport à ladite mèche unique ou à ladite pluralité de mèches parallèles. 10\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 26, caractérisé en ce que ledit polymère thermoplastique comprend en outre des charges carbonées, en particulier du noir de carbone ou des nanocharges carbonées, de préférence choisies parmi des nanocharges carbonées, en particulier des graphènes et/ou des nanotubes de 15 carbone et/ou des nanofibrilles de carbone ou leurs mélanges.\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une des revendications 1 à 27, caractérisé en ce que ledit matériau fibreux comprend des fibres continues sélectionnées parmi les fibres de carbone, de verre, de carbure de silicium, de basalte, de silice, les fibres naturelles en particulier 20 de lin ou de chanvre, de lignine, de bambou, de sisal, de soie, ou cellulosiques en particulier de viscose, ou les fibres thermoplastiques amorphes de température de transition vitreuse Tg supérieure à la Tg dudit polymère ou dudit mélange de polymères lorsque ce dernier est amorphe ou supérieure à la Tf dudit polymère ou dudit mélange de polymères lorsque ce dernier est semi-cristallin, ou les fibres 25 thermoplastiques semi-cristallines de température de fusion Tf supérieure à la Tg dudit polymère ou dudit mélange de polymères lorsque ce dernier est amorphe ou supérieure à la Tf dudit polymère ou dudit mélange de polymères lorsque ce dernier est semi-cristallin, ou un mélange de deux ou de plusieurs desdites fibres, de préférence un mélange de fibres de carbone, de verre ou de carbure de silicium, en 30 particulier des fibres de carbone.\n<CLM>\1\tRuban unidirectionnel de matériau fibreux pré-imprégné, en particulier ruban enroulé sur bobine, caractérisé en ce qu'il est obtenu par un procédé tel que défini selon l'une des revendications 1 à\n<CLM>\1\t35\n<CLM>\1\tRuban selon la revendication 29, caractérisé en ce qu'il a une largeur (I) et une épaisseur (ep) adaptées à une dépose par robot dans la fabrication de pièces en trois 71 dimensions, sans besoin de refente, et de préférence a une largeur (I) d'au moins 5 mm et pouvant aller jusqu'à 400mm, de préférence comprise entre 5 et 50 mm et de manière encore plus préférée comprise entre 5 et 15mm. 5\n<CLM>\1\tRuban selon l'une des revendications 29 ou 30, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est un polyamide choisi parmi notamment un polyamide aliphatique tel que PA 6, PA 11, PA 12, PA 66, PA 46, PA 610, PA 612, PA 1010, PA 1012, PA 11/1010 ou PA 12/1010 ou un polyamide semi-aromatique tel que un PA MXD6 et un PA MXD10 ou choisi parmi PA 6/6T, PA 6I/6T, PA 66/6T, PA 11/10T, PA 11/6T/10T, 10 PA MXDT/10T, PA MPM DT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/10T et PA BACT/10T/6T, un PVDF, un PEEK, PEKK et un PEI ou un mélange de ceux-ci.\n<CLM>\1\tUtilisation du procédé tel que défini selon l'une des revendications 1 à 28, pour la fabrication de rubans calibrés adaptés à la fabrication de pièces composites en trois 15 dimensions, par dépose automatique desdits rubans au moyen d'un robot.\n<CLM>\1\tUtilisation du ruban de matériau fibreux pré-imprégné, tel que défini selon l'une des revendications 29 à 31, dans la fabrication de pièces composites en trois dimensions. 20\n<CLM>\1\tUtilisation selon la revendication 32 ou 33, caractérisée en ce que ladite fabrication desdites pièces composites concerne les domaines des transports, en particulier automobile, du pétrole et du gaz, en particulier l'offshore, du stockage de gaz, aéronautique, nautique, ferroviaire ; des énergies renouvelables, en particulier éolienne, hydrolienne, les dispositifs de stockage d'énergie, les panneaux solaires ; 25 des panneaux de protection thermique ; des sports et loisirs, de la santé et du médical et de l'électronique.\n<CLM>\1\tPièce composite en trois dimensions, caractérisée en ce qu'elle résulte de l'utilisation d'au moins un ruban unidirectionnel de matériau fibreux pré imprégné tel que défini 30 selon l'une des revendications 29 à 31.