INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Par « renfort fibreux associé sur au moins une de ses faces à une couche poreuse », on entend que le renfort fibreux est lié à au moins une couche poreuse qui est apposée sur une des faces de ce dernier. Une telle liaison sera en particulier réalisée par collage, notamment réalisée grâce au caractère collant à chaud de la couche poreuse, du fait de son caractère thermoplastique. Il est également possible, notamment dans le cas d’un empilement comprenant plusieurs renforts fibreux et plusieurs couches poreuses, que cette liaison soit complétée ou remplacée par une liaison mécanique du type couture, tricotage, ou par tout autre moyen physique (aiguilletage…).
Les matériaux de renfort utilisés selon l’invention peuvent être qualifiés de « secs », car ils sont destinés à être associés à un liant, en particulier à une résine thermodurcissable, pour la fabrication d’une pièce composite. Aussi, la masse de la ou des couches poreuses présentes dans le matériau de renfort utilisé selon l’invention, ne représente pas plus de 10% de la masse totale du matériau de renfort, et représente de préférence de 0,5 à 10%, et préférentiellement de 2 à 6% de la masse totale du matériau de renfort utilisé selon l’invention.
Plus généralement, les matériaux de renfort utilisés selon l’invention sont des matériaux, dits secs, c’est-à-dire qu’ils sont adaptés à la réalisation de pièces composites, en association avec une résine thermodurcissable, en particulier de type époxy. Un matériau de renfort utilisé selon l’invention comprend une part polymérique représentant au plus 10% de la masse totale du matériau de renfort, de préférence de 0,5 à 10% de la masse totale du matériau de renfort, et préférentiellement de 2 à 6% de la masse totale du matériau de renfort. Cette part polymérique comprend, voire est constituée, de la couche ou des couche(s) poreuse(s) thermoplastique(s) présente(s) dans le matériau de renfort utilisé selon l’invention.
En particulier, selon l’invention, la ou les couche(s) poreuse(s) thermoplastique(s) présente(s) dans le matériau de renfort, est(sont) constituée(s) d’un ou plusieurs polymère(s) thermoplastique(s) réactif(s), notamment choisis parmi les polyesters, copolyesters, polyamide-imides, polyéthersulfones, polyimides, polyéthercétones, polyméthacrylates de méthyle, polyéthers aromatiques, polyamides et copolyamides tels que définis dans le cadre de l’invention, et de préférence, d’un ou plusieurs polymère(s) thermoplastique(s) réactif(s) choisi(s) parmi les polyamides et copolyamides tels que définis dans le cadre de l’invention.
Par « non-tissé », qui peut également être nommé « voile », on entend classiquement un ensemble de fibres continues ou courtes disposées aléatoirement. Ces non-tissés ou voiles pourront, par exemple, être produits par les procédés voie sèche (« Drylaid »), voie humide (« Wetlaid »), par voie fondue (« Spunlaid »), par exemple par extrusion (« Spunbond »), extrusion soufflage («Meltblown »), par projection fondue (« fiberized spray applicator ») ou par filage avec solvant (« electrospinning », « Flashspining », « Forcespinning »), bien connus de l’homme du métier. En particulier, les fibres constitutives du non-tissé peuvent présenter un diamètre moyen compris dans la gamme allant de 0,5 à 70 µm, et préférentiellement de 0,5 à 20 µm. Les non-tissés peuvent être constitués de fibres courtes ou, de préférence, de fibres continues. Dans le cas d’un non-tissé de fibres courtes, les fibres peuvent présenter, par exemple, une longueur comprise entre 1 et 100 mm. Les non-tissés offrent une couverture aléatoire et, de préférence, isotropique.
De manière avantageuse, le ou les non-tissés présent(s) dans les matériaux de renfort utilisés selon l’invention a(ont) une masse surfacique comprise dans la gamme allant de 0,2 à 20 g/m². L’épaisseur d’un non tissé dans les matériaux de renfort utilisés selon l’invention pourra varier en fonction du mode d’association au renfort fibreux. De façon préférée, le non-tissé ou chacun des non-tissés présent dans les matériaux de renfort utilisés selon l’invention a une épaisseur de 0,5 à 50 microns après association au renfort fibreux, de préférence de 3 à 35 microns, lorsque l’association se fait par application de chaleur et d’une pression, pour utiliser le caractère collant à chaud du non-tissé. Lorsque l’association se fait par un moyen mécanique, du type couture, tricotage ou aiguilletage, l’épaisseur du non-tissé pourra être supérieure à 50 microns, notamment dans la gamme allant de 50 à 200 microns. Les caractéristiques de ces non-tissés pourront être déterminées selon les méthodes décrites dans la demande WO 2010/046609.
Par « renfort fibreux », on entend une couche de fibres de renfort, pouvant se présenter sous la forme d’un tissu ou d’une nappe unidirectionnelle de fibres de renfort notamment. Les fibres de renfort sont, généralement, des fibres de verre, de carbone, d’aramide, de céramique, les fibres de carbone étant particulièrement préférées.
De manière classique, dans ce domaine, par « nappe ou couche unidirectionnelle de fibres de renfort », on entend une nappe constituée exclusivement ou quasi-exclusivement de fibres ou fils de renfort déposés selon une même direction, de manière à s’étendre de manière sensiblement parallèle les uns aux autres. Dans le cas d’une nappe de fils de renfort, ces derniers s’étendent selon des directions générales d’extension qui sont parallèles ou sensiblement parallèles. En particulier, selon un mode de réalisation particulier de l’invention, la nappe unidirectionnelle ne comporte aucun fil de trame venant entrelacer les fils ou fibres de renfort, ni même de couture qui aurait pour but de donner une cohésion à la nappe unidirectionnelle avant son association avec une autre couche, et notamment avec une couche poreuse thermoplastique. Ceci permet en particulier d’éviter toute ondulation au sein de la nappe unidirectionnelle. Une nappe unidirectionnelle de fibres de renfort peut être constituée d’un seul fil, même si elle sera le plus souvent constituée de plusieurs fils alignés disposés côte à côte. Les fils sont disposés de manière à assurer une couverture totale ou quasi-totale sur toute la surface de la nappe. Dans ce cas, dans chacune des nappes constitutives du matériau intermédiaire, les fils sont, de préférence, disposés bord à bord, en minimisant, voire évitant tout manquement de matière (« gap » en anglais) ou chevauchement (« overlap » en anglais).
Dans la nappe unidirectionnelle, le ou les fils de renfort sont, de préférence, non associés à un liant polymérique et donc qualifiés de secs, c'est-à-dire qu’ils ne sont ni imprégnés, ni enduits, ni associés à un quelconque liant polymérique avant leur association à une ou aux couches poreuses thermoplastiques. Les fibres de renfort sont, néanmoins, le plus souvent caractérisées par un taux massique d’ensimage standard pouvant représenter au plus 2% de leur masse. Ceci est particulièrement adapté à la réalisation de pièces composites par diffusion de résine, selon les procédés directs. Dans la nappe unidirectionnelle, le ou les fils de renfort peuvent être des fils torsadés.
Les fibres constitutives des renforts fibreux utilisés dans le cadre de l’invention sont, de préférence, continues. Les renforts fibreux sont en général constitués de plusieurs fils.
En particulier, un fil de carbone est constitué d’un ensemble de filaments et comporte, en général, de 1 000 à 80 000 filaments, avantageusement de 12 000 à 24 000 filaments. De façon, particulièrement préférée, dans le cadre de l’invention, des fils de carbone de 1 à 24 K, par exemple, de 3K, 6K, 12K ou 24K, et préférentiellement de 12 et 24K, sont utilisés. Par exemple, les fils de carbone présents au sein des renforts fibreux utilisés dans le cadre de l’invention présentent un titre de 60 à 3800 Tex, et préférentiellement de 400 à 900 tex. Un renfort fibreux peut être réalisé avec tout type de fils de carbone, par exemple, des fils Haute Résistance (HR) dont le module en traction est compris entre 220 et 241GPa et dont la contrainte à la rupture en traction est comprise entre 3450 et 4830MPa, des fils de Module Intermédiaire (IM) dont le module en traction est compris entre 290 et 297GPa et dont la contrainte à la rupture en traction est comprise entre 3450 et 6200MPa et des Fils Haut Module (HM) dont le module en traction est compris entre 345 et 448GPa et dont la contrainte à la rupture en traction est comprise entre 3450 et 5520Pa (d’après le « ASM Handbook », ISBN 0-87170-703-9, ASM International 2001). Dans le cas où la nappe unidirectionnelle de renfort est constituée de fils de carbone, celle-ci pourra présenter un grammage, notamment, dans la gamme allant de 126g/m² à 500g/m², en particulier de 126 à 280 g/m 2 . Matériau x de renfort utilisés dans les procédés selon l’invention
L’invention peut être déclinée en utilisant différents types de matériaux de renfort, en association avec une résine thermodurcissable : des matériaux de renfort simples comprenant un seul renfort fibreux destinés à être empilés les uns sur les autres, ou bien des matériaux de renfort plus complexes comprenant plusieurs renforts fibreux superposés, qui peuvent être utilisés seuls ou également sous la forme d’empilement.
En particulier, à titre d’exemple de matériaux de renfort simples, on peut citer ceux constitués d’une nappe unidirectionnelle de fibres de renfort correspondant au renfort fibreux, associée sur au moins une de ses faces à une couche poreuse thermoplastique comprenant ou constituée d’un polymère thermoplastique réactif telle que prévue dans le cadre de l’invention. De manière à avoir un matériau symétrique 1 tel qu’illustré , le renfort fibreux, et en particulier la nappe unidirectionnelle 2 de fibres de renfort 3, est associé sur chacune de ses faces à une couche poreuse thermoplastique 4,5 comprenant ou constituée d’un ou plusieurs polymères thermoplastiques réactifs telle que prévue dans le cadre de l’invention et les couches poreuses présentes sur chacune des faces de la nappe unidirectionnelle de fibres de renfort sont, de préférence, identiques. Dans le cadre de l’invention, la couche poreuse thermoplastique comprenant ou constituée d’un ou plusieurs polymères thermoplastiques réactifs présente un caractère collant à chaud et l’association du renfort fibreux et de la couche poreuse thermoplastique sera avantageusement réalisée grâce au caractère collant à chaud de la couche poreuse. Ce caractère collant résulte du caractère thermoplastique de la couche poreuse. Bien entendu, il peut également être prévu, de remplacer, voire de compléter cette association utilisant le caractère collant à chaud de la couche poreuse, par couture ou tricotage, ou par tout autre moyen du type liaison physique (aiguilletage…).
Le matériau de renfort peut également se présenter sous la forme d’un empilement de tels matériaux de renfort, à savoir (CP/R/CP) n avec CP qui désigne une couche poreuse thermoplastique comprenant ou constituée d’un ou plusieurs polymères thermoplastiques réactifs tels que définis dans le cadre de l’invention, et en particulier un non-tissé, et R une nappe unidirectionnelle, avec n qui est un nombre entier supérieur ou égal à 1. De préférence, toutes les couches poreuses thermoplastiques CP présentent un grammage identique, voire même sont identiques et/ou tous les renforts fibreux R ont un grammage identique, voire sont identiques. Il est également possible que les deux couches externes CP de l’empilement aient un grammage qui soit égal au double grammage des autres couches CP, dites internes.
A titre d’exemple de matériaux de renfort plus complexes, on peut citer ceux constitués d’un empilement de nappes de fibres de renfort unidirectionnelles orientées selon des directions différentes, avec au moins une couche poreuse thermoplastique comprenant ou constituée d’un ou plusieurs polymères thermoplastiques réactifs telle que prévue dans le cadre de l’invention intercalée entre deux nappes unidirectionnelles de fibres de renfort et/ou en surface de l’empilement. Selon une première variante, un tel matériau peut être constitué d’un empilement correspondant à un enchainement (CP/R) n ou (CP/R) n /CP avec CP qui désigne une couche poreuse thermoplastique comprenant ou constituée d’un polymère thermoplastique réactif tel que défini dans le cadre de l’invention, R une nappe unidirectionnelle telle que décrite dans le cadre de l’invention et n désignant un nombre entier, avec de préférence toutes les couches CP qui présentent un grammage identique, voire même qui sont identiques. En particulier, dans de tels empilements, les renforts fibreux R sont des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort, et en particulier, de fibres de carbone, de préférence de grammage identique. De tels matériaux sont qualifiés de NCF (de l’anglais « Non-crimp fabric »). De manière classique dans ce domaine des NCF, l’association de nappes unidirectionnelles de fibres de renfort entre elles et avec la ou les couches poreuses thermoplastiques présentes est réalisée par couture ou tricotage. Bien entendu, il pourra être prévu, de remplacer, voire de compléter cette association par couture ou tricotage, par une adhésion réalisée grâce au caractère collant à chaud de la couche poreuse thermoplastique, ou par tout autre moyen du type liaison physique (aiguilletage…).
Quel que soit l’agencement des matériaux de renfort utilisés dans les procédés selon l’invention, selon des modes de réalisation particuliers, la ou lesdites couche(s) poreuse(s) thermoplastique(s) présente(s) comporte(nt) des fonctions –NH 2 en quantité supérieure à 0,15 meq/g de couche poreuse et/ou des fonctions –COOH en quantité supérieure à 0,20 meq/g de couche poreuse. En particulier, la ou lesdites couche(s) poreuse(s) thermoplastique(s) présente(s) comprend(nent) des fonctions -COOH libres, en quantité supérieure à 0,20 meq/g de couche poreuse thermoplastique, notamment en quantité supérieure ou égale à 0,22 ; 0,25 ; 0,30 ou 0,40 meq/g de couche poreuse thermoplastique ; de préférence dans la gamme allant de 0,20 à 1 meq/g de couche poreuse thermoplastique et préférentiellement dans la gamme allant de 0,20 à 0,95 meq/g de couche poreuse thermoplastique, notamment dans la gamme allant de 0,20 à 0,60 meq/g de couche poreuse thermoplastique, dans la gamme allant de 0,20 à 0,50 meq/g de couche poreuse thermoplastique, ou, de manière encore plus préférée, dans la gamme allant de 0,22 à 0,46 meq/g de couche poreuse thermoplastique. En particulier, la ou lesdites couche(s) poreuse(s) thermoplastique(s) présente(s) comporte(nt) des fonctions -NH2 libres, en quantité supérieure à 0,20 meq/g de couche poreuse thermoplastique, notamment en quantité supérieure ou égale à 0,25 ; 0,30 ou 0,34 meq/g de couche poreuse thermoplastique ; de préférence dans la gamme allant de 0,20 à 1 meq/g de couche poreuse thermoplastique et préférentiellement dans la gamme allant de 0,20 à 0,95 meq/g de couche poreuse thermoplastique, notamment dans la gamme allant de 0,20 à 0,60 meq/g de couche poreuse thermoplastique ; dans la gamme allant de 0,30 à 0,50 meq/g de couche poreuse thermoplastique, dans la gamme allant de 0,30 à 0,40 meq/g de couche poreuse thermoplastique, ou, de manière encore plus préférée, dans la gamme allant de 0,32 à 0,36 meq/g de couche poreuse thermoplastique. Lesdites quantités de fonctions -COOH ou -NH2 peuvent être présentes seules ou ensemble, selon toutes les combinaisons possibles, sur une couche poreuse thermoplastique. Procédé de préparation d’un matériau de renfort utilisé dans les procédés selon l’invention
Un matériau de renfort adapté pour être utilisé dans les procédés selon l’invention peut être préparé, par mise en œuvre des étapes successives suivantes : a1) disposer d’un renfort fibreux, a2) disposer d’au moins une couche poreuse thermoplastique comprenant ou constituée d’un polymère thermoplastique réactif tel que défini dans le cadre de l’invention, a3) procéder à l’association du renfort fibreux et de l’au moins une couche poreuse thermoplastique.
En particulier, l’étape a3) pourra être obtenue par application de l’au moins une couche poreuse thermoplastique sur le renfort fibreux, ladite application étant le plus souvent accompagnée ou suivie d’un chauffage entrainant le ramollissement ou la fusion dudit polymère thermoplastique réactif de la couche poreuse thermoplastique, puis suivie d’un refroidissement. En particulier, une telle association peut être obtenue à une température de 22 à 200°C, de préférence de 50 à 180°C et est réalisée sous air ambiant, et par application de la couche poreuse thermoplastique sur le renfort fibreux, par exemple, en exerçant une pression sur cette dernière. De manière avantageuse, ledit polymère thermoplastique réactif de la ou lesdites couche(s) poreuse(s) thermoplastique(s) présente(s) au sein du matériau de renfort ont une température de fusion inférieure à 170°C, voire à 150°C et préférentiellement appartenant à la gamme allant de 100 à 140 °C, et de préférence à la gamme allant de 100 à 130°C. En particulier, la(es) dite(s) couche(s) poreuse(s) thermoplastiques présente(s) a(ont) une température de fusion qui est inférieure à 170°C, voire à 150°C et préférentiellement appartenant à la gamme allant de 100 à 140 °C, et de préférence à la gamme allant de 100 à 130°C. Avec de tels polymères thermoplastiques réactifs, l’association de la couche poreuse thermoplastique et du renfort fibreux utilisant le caractère collant à chaud de la couche poreuse thermoplastique peut être réalisée par chauffage à une température inférieure à 170°C, voire à 150°C et préférentiellement appartenant à la gamme allant de 80 à 140°C, notamment de 100 à 140 °C, et de préférence à la gamme allant de 80 à 130°C, notamment de 100 à 130°C.
L’étape a3) pourra également être réalisée par couture, tricotage, aiguilletage ou tout autre moyen adapté permettant de lier entre eux le renfort fibreux et la couche poreuse thermoplastique.
Dans le cas de matériaux plus complexes comprenant au moins une couche poreuse thermoplastique comprenant ou constituée d’un ou plusieurs polymères thermoplastiques réactifs telle que prévue dans le cadre de l’invention, entre deux renforts fibreux, et en particulier, dans le cas des NCF, le procédé comprendra la réalisation d’un empilement des différentes couches, et notamment selon un enchaînement (CP/R) n ou (CP/R) n /CP, tel que précédemment défini, avec n supérieur à 1 et l’association des différentes couches entre elles pourra être complétée ou réalisée par une opération de couture, tricotage, aiguilletage ou autre moyen d’assemblage mécanique.
Bien entendu, quel que soit le procédé de préparation utilisé, la couche poreuse et le matériau de renfort seront choisis, de façon qu’au final, la ou les couche(s) poreuse(s) thermoplastique(s) représente(nt )au plus 10% de la masse totale du matériau de renfort, de préférence de 0,5 à 10% de la masse totale du matériau de renfort, et préférentiellement de 2 à 6% de la masse totale du matériau de renfort obtenu.
Les caractéristiques du procédé sont en lien avec les caractéristiques des matériaux de renfort tels que décrits dans le cadre de l’invention. P rocédé selon l’invention pour la fabrication d’une pièce composite
Les matériaux de renfort comprenant un renfort fibreux associé sur au moins une de ses faces à une couche poreuse thermoplastique comprenant un polymère thermoplastique réactif tel que précédemment défini sont utilisés dans le cadre de l’invention, pour la réalisation d’une pièce composite, en association avec une résine thermodurcissable. En particulier, les matériaux de renfort comprenant un renfort fibreux associé sur au moins une de ses faces à une couche poreuse thermoplastique comprenant un polymère thermoplastique réactif défini dans le cadre de l’invention, notamment choisi parmi les polyesters, copolyesters, polyamide-imides, polyéthersulfones, polyimides, polyéthercétones, polyméthacrylates de méthyle, polyéthers aromatiques, polyamides et copolyamides, qui sont porteurs de fonctions –NH2 en quantité supérieure à 0,15 meq/g de polymère thermoplastique réactif et/ou de fonctions –COOH en quantité supérieure à 0,20 meq/g de polymère thermoplastique réactif, dit polymère thermoplastique réactif, sont parfaitement adaptés, pour la réalisation d’une pièce composite, en association avec une résine thermodurcissable époxy.
La résine diffusée ou injectée au sein du matériau de renfort ou d’un empilement de matériaux de renfort selon l’invention, éventuellement préformée, est une résine thermodurcissable telle que précédemment décrite, et, en particulier, une résine thermodurcissable époxy. A titre d’exemple de résine époxy, on peut citer les dérivés polyglycidyles de diamine aromatique, les amines primaires mono aromatiques, les aminophénols, les acides polycarboxyliques. On peut également citer les éthers polyglycidiques de bisphénols tels que bisphénol A, bisphénol F, bisphénol S et bisphénol K. De nombreuses résines époxy adaptées à la réalisation de pièces composites par procédé direct sont disponibles dans le commerce, notamment auprès des sociétés Solvay, Hexion et Hexcel Composites. A titre d’exemples, on peut citer les résines RTM6 et HF620 de la société Hexcel Composites et les résines EP2400 et EP2410 de la société Solvay. Ces résines sont composées d’un mélange de résines époxy, associé à un mélange d’un ou plusieurs agents durcisseurs et éventuellement d’un ou plusieurs modifiant(s) choc.
Comme visible sur la , chaque module 41 est rigidement fixé aux poutres 35, 37 du logement 39 qui le reçoit par une couche 61 de résine élastique.
Les modules 41, insérés dans un même logement 39, sont séparés les uns des autres par une couche 63 de ladite résine élastique.
Typiquement, les logements 39 présentent, suivant la seconde direction D2, une largeur légèrement supérieure à celle des modules 41. De même, la longueur de chaque logement 39, suivant la première direction D1, est légèrement supérieure à celle des modules 41, placés dans ledit logement 39.
Les modules 41 sont ainsi placés dans le logement 39 de telle sorte qu’il existe un interstice entre les modules 41 et les poutres 35.
Il existe également un interstice entre les modules 41, placés aux extrémités du logement 39, et les poutres 37.
Il existe encore des interstices entre les modules 41.
Ces interstices sont remplis, une fois les modules 41 en place dans les logements 39, par la résine 61, 63.
La résine est coulée dans les interstices après mise en place du module 41, et vient donc solidariser les modules 41 entre eux et avec les poutres 35, 37.
La cellule poche 3 et la batterie de stockage d’électricité 1 décrits ci-dessus présentent de multiples avantages.
La cellule poche est conçue spécialement pour permettre un refroidissement efficace par un fluide diélectrique circulant au contact de l’électrode positive et de l’électrode négative, tout en permettant une intégration simple à l’intérieur de la batterie.
Le choix d’un ratio compris entre 2 et 5, pour la hauteur de la poche sur la hauteur de la partie négative externe et/ou de la partie positive externe, permet de limiter les gradients de températures au sein de la cellule poche, tout en gardant une hauteur suffisante pour les électrodes. Cette hauteur est suffisante pour un refroidissement correct de la cellule poche. Ce ratio conduit à un encombrement relativement faible en hauteur de la batterie. Ceci est avantageux pour loger la batterie à bord du véhicule.
Le choix du ratio entre la superficie de la poche et la superficie des parties négatives externes et positives externes conduit à des transferts de chaleur satisfaisants entre les électrodes et le fluide diélectrique, ceci sans augmenter excessivement la taille de chaque cellule.
Le fait que les cellules poche soient refroidies seulement par circulation du fluide diélectrique au contact direct des électrodes conduit à une structure de batterie d’une grande simplicité. Le fait que les électrodes positive et négative soient rassemblées sur le même côté de la cellule poche contribue au même résultat.