INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La première étape "E1" de chauffage est immédiatement suivie d'une deuxième étape "E2" de diffusion de la chaleur emmagasinée dans chaque préforme 14 lors de la première étape "E1" de chauffage. Lors de cette deuxième étape "E2" de diffusion, les préformes 14 sont transportées en file le long d'un trajet 70 de diffusion, représenté dans un cadre aux figures, qui n'est pas exposé au rayonnement chauffant et qui s'étend depuis une extrémité aval du trajet 66 de chauffage jusqu'à la station 52 de formage des préformes 14.
Lors de cette deuxième étape "E2" de diffusion, la chaleur accumulée dans le corps 16 de la préforme 14 va se diffuser dans la paroi 17 de manière à produire le gradient recherché dans son épaisseur.
Cette étape "E2" de diffusion doit ainsi durer suffisamment longtemps pour permettre l'instauration de ce gradient, mais elle ne doit pas être trop longue pour que la limite entre les zones de chauffe différenciée ne devienne trop floue. Elle ne doit pas non plus être trop longue pour éviter l'apparition de points trop chauds ou trop froids dans le corps 16. Il est généralement admis que la durée de cette étape "E2" de diffusion, dite "durée "D" de diffusion", doit demeurer dans un intervalle déterminé en fonction du modèle de préforme 14 pour éviter les problèmes évoqués précédemment tout en permettant l'apparition du gradient de température désiré.
Enfin, à l'issue de cette étape "E2" de diffusion, les préformes 14, arrivées au point 58 de chargement, subissent une troisième étape "E3" de transfert dans les unités 56 de formage de la station 52 de formage à ladite cadence "R" de production déterminée. Cela signifie que les préformes 14 sortent de la station 26 de chauffage et elles entrent dans la station 52 de formage à la même cadence "R" de production.
Lors de cette troisième étape "E3" de transfert, les préformes 14 sont, par exemple, placées sur un support de formage, notamment dans un moule, de l'unité 56 de formage. Ainsi, le trajet 70 de diffusion se termine lorsque les préformes 14 ont été placées dans le support de formage, notamment le moule.
De manière connue, pour produire un récipient 12 final de bonne qualité, il est connu d'agir sur de nombreux paramètres tels que la cadence "R" de production, la puissance de chauffage, le cas échéant la puissance de ventilation, etc. Ces paramètres sont des consignes de commande qui sont réglées par un opérateur au début d'une phase de production d'un lot de récipients 12 finaux. Comme expliqué précédemment, dans ces installations 10 réalisées selon l'état de la technique, la durée "D" de diffusion est une contrainte qui limite la plage de fonctionnement dans laquelle la cadence "R" de production peut être commandée.
En effet, lorsque les moyens de convoyage sont formés par des organes 33 de préhension qui sont liés mécaniquement les uns aux autres, il n'est physiquement pas possible de faire varier la durée "D" de diffusion indépendamment de la cadence "R" de production.
En outre, même lorsque le dispositif 32 de convoyage à chaîne a été remplacé par un moteur 35 linéaire, la durée "D" de diffusion a continué à être considérée uniquement comme une contrainte et non comme une consigne de commande susceptible d'être commandée indépendamment de la cadence "R" de production.
- une étape de refroidissement, par un dispositif de refroidissement, à une température de refroidissement inférieure à une température de transition vitreuse du composite thermoplastique chauffé ayant la deuxième section pour produire un composite thermoplastique mis en forme.
L’avantage de ce procédé est qu’il se solde par un composite thermoplastique mis en forme avec une porosité réduite par rapport à celles obtenues avec les procédés classiques actuels. En effet, le procédé mis au point permet d’appliquer une pression au composite thermoplastique pendant la production, ce qui permet de réduire la porosité. Avantageusement, cette pression est appliquée au composite thermoplastique chauffé, ce qui facilite l’application d’une pression. Par conséquent, le composite thermoplastique mis en forme a une porosité réduite, ce qui améliore ses propriétés mécaniques et chimiques.
De plus, grâce au procédé, le retrait chimique tout comme le retrait thermique sont pris en compte, ce qui réduit encore la porosité.
De plus, le procédé améliore les qualités de surface, comme une surface plus lisse et moins rugueuse, ce qui facilite d’autres traitements comme un revêtement.
Par conséquent, le procédé selon l’invention améliore la conductivité électrique, la résistance chimique et/ou mécanique de composites thermoplastiques mis en forme, tout en permettant de réduire l’absorption d’eau, les attaques alcalines, les changements dimensionnels, et les modifications dans la matrice.
Avantageusement, grâce au procédé, la production de composés volatils est réduite, et ils ne sont pas piégés dans le composite thermoplastique mis en forme.
Selon d’autres éléments facultatifs du procédé selon l’invention, il peut éventuellement comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou combinées :
- le procédé de pultrusion est un procédé de pultrusion réactive, ce qui améliore les propriétés mécaniques et/ou chimiques,
- l’étape d’alimentation et l’étape de mouillage sont réalisées de telle sorte que le composite thermoplastique mis en forme comprend au moins 60 % en volume de fibres, ce qui améliore ainsi les propriétés mécaniques et/ou chimiques du composite thermoplastique mis en forme,
- l'étape de refroidissement se déroule en même temps que l’étape de mise en forme, ce qui économise du temps tout en prenant en compte le retrait thermique, par exemple,
- le procédé comprend une étape d’évacuation avant l’étape de mise en forme, qui permet de réduire la porosité et réduire la présence d’air et de composés volatils dans le composite thermoplastique chauffé, ce qui réduit encore la porosité.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne également un composite thermoplastique mis en forme pouvant être obtenu, de préférence obtenu, par le procédé selon l’invention. Un composite thermoplastique mis en forme selon l'invention a une porosité réduite qui permet d’obtenir de meilleures propriétés mécaniques et/ou chimiques, une meilleure absorption d'eau (ici, une meilleure absorption d’eau signifie que l’absorption d’eau est plus faible), et une meilleure conductivité électrique. Avantageusement, le composite thermoplastique mis en forme selon l’invention peut présenter une porosité inférieure ou égale à 10 %, rapporté au volume total du composite thermoplastique mis en forme.
Un autre aspect de la présente invention concerne une utilisation d’un composite thermoplastique mis en forme selon l’invention dans des applications dans l’automobile, les transports, le nautisme, les chemins de fer, le sport, l’aéronautique, l’industrie aérospatiale, le photovoltaïque, l'informatique, la construction et le bâtiment, les télécommunications et/ou l’énergie éolienne. En effet, le fait de disposer d’un composite thermoplastique mis en forme avec une porosité réduite revêt un intérêt particulier dans ces secteurs.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne un dispositif de mise en forme adapté pour réduire une première section d’un composite thermoplastique chauffé jusqu’à une deuxième section pour former un composite thermoplastique mis en forme ayant une deuxième section, ladite deuxième section étant plus petite que la première section et le composite thermoplastique mis en forme comprenant au moins 60 % en volume de fibres. Un dispositif de mise en forme selon l’invention permet de réduire la porosité du composite thermoplastique et par conséquent d’obtenir de meilleures qualités. Avantageusement, le dispositif de mise en forme est également adaptable et peut être mis en œuvre dans n'importe quel système de pultrusion ou de pultrusion réactive pour thermoplastiques. Le dispositif de mise en forme selon l’invention peut comprendre au moins une entrée et au moins une sortie, la sortie étant plus petite que l’entrée, appliquant ainsi une pression.
Selon un autre aspect , la présente invention a trait à un système de production d'un composite thermoplastique mis en forme, comprenant :
- un dispositif d'alimentation en fibres, configuré pour fournir des fibres dans une direction d'un chemin de pultrusion,
Un exemple de réalisation d'un tel moteur 35 linéaire est représenté à la . Les organes 33 de préhension sont portés par des navettes 34 indépendantes. Le moteur 35 linéaire comporte des rails 36 de guidage des navettes 34, par exemple par l'intermédiaire de galets 40 portés par les navettes 34. Le moteur 35 linéaire comporte aussi une voie 42 magnétique qui est agencée le long des rails 36. La voie 42 magnétique forme un stator comportant une série de bobinages 44 qui sont répartis le long de la voie 42 magnétique. Chaque bobinage 44 est commandé individuellement pour induire localement un champ magnétique de manière indépendante des autres bobinages. Les bobinages 44 sont par exemple commandés par une unité électronique de commande (non représentée) qui est programmée de manière appropriée. En commandant de manière appropriée les bobinages 44 de la voie 42 magnétique, un champ magnétique est localement créé pour produire par interaction avec l'aimant 38 une force magnétique de déplacement de chaque navette 34 le long des rails 36. En ce cas, il est possible de commander individuellement les déplacements de chaque navette 34 le long de la voie 42 magnétique.
Quel que soit le mode de réalisation du dispositif 32 de convoyage, les organes 33 de préhension circulent à la file le long d'une boucle 46 fermée. Comme illustré par exemple à la , la boucle présente ici une portion 46A rectiligne amont et une portion 46C rectiligne aval qui sont parallèles. Les portions 46A, 46C rectilignes sont jointes par deux portions 46B, 46D de virage à 180°.
Les préformes 14 sont acheminées en file jusqu'à un point 48 d'entrée de la station 26 de chauffage par une roue 50 de transport. Il s'agit généralement d'une roue 50 comportant des encoches 51 à sa périphérie, dite "roue à encoches", comme illustré schématiquement à la . Chaque encoche 51 reçoit le corps 16 de la préforme 14 et le poids de la préforme 14 étant supporté par sa collerette 21.
Le point 48 d'entrée est situé sur une portion 46D de virage de la boucle 46 du dispositif 32 de convoyage.
A leur sortie du tunnel 27 de chauffage, le corps 16 des préformes 14 est rendu malléable par chauffage au-delà d'une température de transition vitreuse, tandis que le col 20 est maintenu à une température suffisamment basse pour conserver sa forme d'origine.
Les installations 10 de production des figures 1 et 2 comportent aussi une station 52 de formage des préformes 14 ainsi chauffées. La station 52 de formage est agencée en aval de la station 26 de chauffage en référence au flux de préformes 14 dans l'installation 10 de production.
La station 52 de formage comporte ici un carrousel 54 portant une pluralité d'unités 56 de formage. Le carrousel 54 est monté rotatif autour d'un axe "X2" central. Chaque unité 56 de formage est ainsi susceptible de déplacer les préformes 14/ récipients 12 finaux autour de l'axe "X2" du carrousel 54 entre un point 58 de chargement des préformes 14 et un point 60 de déchargement des récipients 12 finaux de reprendre un nouveau cycle.
Chaque unité 56 de formage comporte généralement un moule (non représenté) dans lequel au moins une préforme 14 est destinée à être reçue, et des moyens de formage (non représentés). Les moyens de formage sont généralement formés par une tuyère qui est apte à injecter un fluide sous pression, notamment de l'air, dans les préformes 14 reçues dans les moules. Pour permettre d'obtenir une bonne répartition du matériau thermoplastique dans les récipients 12 finaux, les moyens de formage comportent optionnellement une tige d'étirage qui est destinée à être insérée à l'intérieur de la préforme 14 pour provoquer son étirage dans un sens axial par contact avec le fond 18.
L'installation 10 de production comporte généralement des moyens de transport les préformes 14 chaudes qui les déplacent le long d'une partie de leur itinéraire depuis un point 62 de sortie de la station 26 de chauffage jusqu'au point 58 de chargement dans une unité 56 de formage de la station 52 de formage. Le point 62 de sortie de la station 26 de chauffage est ici situé dans la même portion 46D de virage de la boucle que le point 48 d'entrée.
A titre d'exemple non limitatif, de tels moyens de transport comportent généralement une roue 64 de transfert. La roue 64 de transfert est munie à sa périphérie de pinces 65 qui sont aptes à saisir chaque préforme 14 par son col 20, comme illustré schématiquement à la . En effet, seul le col 20 de la préforme 14 est susceptible d'être saisie puisque le corps 16 de la préforme 14 a été rendu malléable par chauffage. Pour pouvoir adapter le pas entre deux préformes 14 au pas requis dans la station 52 de formage, les pinces 65 sont généralement portées par l'intermédiaire de bras 67 montés pivotants sur la roue 64 de transfert, aussi illustrés à la . Les pinces 65 peuvent aussi être montées coulissantes le long des bras 67. Le mouvement des bras 67 est alors commandé par un mécanisme de commande à cames de sorte que toutes les préformes 14 suivent le même profil de vitesse lors de leur transfert. Dans les exemples représentés aux figures 1 et 2, les pinces 65 saisissent les préformes au point 62 de sortie de la station 52 de formage, prenant ainsi le relais du dispositif 32 de convoyage, puis elles déposent les préformes dans l'unité 56 de formage associée de la station 52 de formage.
Pendant leur passage dans la station 26 de chauffage, le corps 16 de chaque préforme 14 est chauffé selon un profil de chauffage souhaité dans la station 26 de chauffage.
En variante de l'invention, le corps 16 de chaque préforme 14 est chauffé de manière différenciée selon des zones spécifiques du corps 16, dites "zones de chauffe différenciée". Ainsi, on a représenté à la un récipient 12 final obtenu par formage du corps 16 de la préforme 14. Dans l'exemple non limitatif représenté à la , le corps 16 du récipient 12 final est ici divisé en plusieurs zones de chauffe différenciée dans le sens axial.
Une première zone 16A du corps 16 du récipient 12 final située directement sous le col 20 présente une forme conique. La géométrie de cette première zone 16A lui confère des propriétés mécaniques telles qu'il n'est pas nécessaire que l'épaisseur de matériau de sa paroi 17 soit très importante.
Juste au-dessous de cette première zone 16A se trouve une deuxième zone 16B globalement cylindrique qui correspond généralement à l'endroit où un utilisateur va saisir le récipient 12 final. De ce fait, cette deuxième zone 16B doit présenter des propriétés de résistance mécanique permettant sa préhension sans écrasement du récipient 12 final. La paroi 17 de cette deuxième zone 16B est généralement plus épaisse que la première zone 16A. Par exemple la paroi 17 est plus épaisse et/ou la paroi 17 présente des cannelures pour renforcer sa résistance à l'écrasement.
Juste au-dessous de cette deuxième zone 16B se trouve une troisième zone 16C globalement cylindrique. Cette troisième zone 16C ne présente pas de fonction particulière. De ce fait, cette troisième zone 16C présente généralement une épaisseur plus faible que celle de la deuxième zone 16B.
Enfin, juste au-dessous de cette troisième zone 16C se trouve une quatrième zone 16D de fond qui correspond à la zone qui supporte le poids du récipient 12 final et de son contenu. De ce fait, cette quatrième zone 16D doit présenter des propriétés de résistance mécanique permettant d'éviter son écrasement sous l'effet du poids. La paroi 17 de cette quatrième zone 16D comporte généralement une plus grande épaisseur que les première et troisième zones 16A, 16C. Par exemple la paroi 17 est plus épaisse et/ou la paroi 17 présente des nervures pour renforcer sa résistance à l'écrasement.
Le terme « PMMA », au sens de l’invention, peut renvoyer à des homopolymères et des copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA), le rapport pondéral entre MMA et PMMA étant de préférence d’au moins 70 % en poids pour le copolymère de MMA.
L’expression « élément de renforcement », telle qu’utilisée ici, peut désigner un élément utilisé à l'intérieur/avec une structure afin de la renforcer, de la supporter, de la solidifier, de la consolider, d’améliorer ses propriétés mécaniques (renforcement, tension, étirement, etc.), ses propriétés thermiques, électriques et/ou chimiques.
Le terme « barre d'armature » peut faire référence à une barre de renfort qui est utilisée comme dispositif de tension dans du béton armé et des structures en maçonnerie armée pour renforcer et soutenir le béton sous tension. Une barre d’armature augmente considérablement la résistance à la traction du béton ou de la structure.
L’abréviation « phr » peut désigner des parties en poids pour cent parties de composition. Par exemple, 1 phr d’initiateur dans la composition signifie que 1 kg d’initiateur est ajouté à 100 kg de composition.
L’abréviation « ppm » peut désigner des parties en poids par million de parties de composition. Par exemple, 1000 ppm d’un composé dans la composition signifie que 0,1 kg du composé est présent dans 100 kg de la composition.
Dans la description qui suit, la « forme » peut renvoyer à une forme, de préférence une forme géométrique, telle qu’une forme circulaire, tubulaire, conique, pyramidale, parallélépipédique, rectangulaire, carrée, trapézoïdale, avec au moins une section.
Le terme « section » peut être défini par une dimension en épaisseur, diamètre, largeur, pente, ou par une aire telle qu’une aire ou un périmètre, ou même un volume. Par exemple, une section peut correspondre à la forme découpée le long d’un plan transversal.
Le terme « environ », tel qu’utilisé dans les présentes, peut prévoir un degré de variabilité dans une valeur ou une gamme, par exemple dans les 10 %, dans les 5 %, ou à moins de 1 % d’une valeur indiquée ou d’une limite indiquée d’une gamme.
Comme mentionné, la production actuelle de composites thermoplastiques ne tient pas compte de la porosité ni des divers retraits survenant pendant les opérations de polymérisation ou de chauffage et de refroidissement. Cela se traduit par la production de composites thermoplastiques avec une forte porosité qui induit par conséquent une qualité réduite en termes de résistance mécanique et chimique, de conductivité électrique et de sensibilité à l’eau. Il existe un besoin pour un nouveau procédé permettant de générer un composite thermoplastique mis en forme avec une porosité réduite et par conséquent de meilleures qualités.
Selon un premier aspect , l’invention concerne un procédé de production d’un composite thermoplastique mis en forme, ledit procédé comprenant un procédé de pultrusion. De préférence, le procédé de pultrusion est un procédé de pultrusion réactive.
En particulier, comme l’illustrent les figures 1 et 2 , un procédé 100 de production d’un composite thermoplastique mis en forme 10 selon l’invention comprendra les étapes suivantes : une étape d'alimentation 110 ; une étape de mouillage 120 ; une étape de chauffage 130 ; une étape de mise en forme 140 ; une étape de refroidissement 150.
Comme le montre la , le procédé selon l'invention comprend une étape d'alimentation 110 . L’étape est de préférence mise en œuvre par un dispositif d’alimentation en fibres 11, illustré par exemple sur la .
L’étape d’alimentation 110 en fibres 12 permet de fournir des fibres 12 dans une direction A d’un chemin de pultrusion. Les fibres 12 peuvent être constituées de plusieurs fibres, de stratifils unidirectionnels ou d’un mat de filaments continus, de tissus, de feutres ou de non-tissés qui peuvent prendre la forme de bandes, nappes, tresses, mèches ou pièces Le matériau fibreux du composite peut avoir diverses formes et dimensions, à savoir unidimensionnelle, bidimensionnelle ou tridimensionnelle.
La forme unidimensionnelle correspond à des fibres longues linéaires. Les fibres peuvent être discontinues ou continues. Les fibres peuvent être disposées aléatoirement ou parallèlement les unes aux autres, sous la forme d’un filament continu. Une fibre est définie par son rapport de forme, qui est le rapport entre la longueur et le diamètre de la fibre. De préférence, les fibres utilisées dans la présente invention sont des fibres longues ou des fibres continues. Les fibres peuvent présenter un rapport de forme d’au moins 1000, de préférence d’au moins 1500, mieux encore d’au moins 2000, avantageusement d’au moins 3000, et plus avantageusement d’au moins 5000, encore plus avantageusement d’au moins 6000, encore plus avantageusement d’au moins 7500 et de manière la plus avantageuse d’au moins 10 000.
La forme bidimensionnelle correspond à des mats ou renforcements fibreux ou des faisceaux de fibres, non tissés ou tissés, qui peuvent également être tressés. Même si la forme bidimensionnelle a une certaine épaisseur et, par conséquent, en principe une troisième dimension, elle est considérée comme étant bidimensionnelle selon la présente invention.
La forme tridimensionnelle correspond par exemple à des mats ou renforcements fibreux non tissés ou des faisceaux de fibres empilés ou pliés ou des mélanges de ceux-ci, un assemblage de la forme bidimensionnelle dans la troisième dimension.
Dans certaines mises en œuvre, les fonctions associées à la case peuvent apparaître dans un ordre différent de celui indiqué dans les dessins.
Par exemple, deux cases présentées successivement peuvent être exécutées de façon sensiblement simultanée, ou bien des cases peuvent parfois être exécutées dans l’ordre inverse, selon la fonctionnalité impliquée.
Chaque case des schémas fonctionnels ou des schémas de principe, et les combinaisons de cases dans les schémas fonctionnels ou les schémas de principe peuvent être mises en œuvre par des systèmes spéciaux qui réalisent les fonctions ou actions spécifiées ou réalisent des combinaisons d’équipements et d’instructions informatiques spécifiques.
Description détaillée Des modes de réalisation exemplaires de l’invention vont maintenant être décrits.
Par « polymère », on entend soit un copolymère, soit un homopolymère, soit un copolymère à blocs. Le terme « copolymère » désigne un polymère regroupant plusieurs motifs monomères différents et le terme « homopolymère » désigne un polymère regroupant des motifs monomères identiques. Par « copolymère à blocs », on entend un polymère comprenant un ou plusieurs blocs ininterrompus de chacune des espèces de polymère distinctes, les blocs de polymère étant chimiquement différents les uns des autres et étant liés ensemble par une liaison covalente. Ces blocs de polymère sont également appelés blocs de polymère.
L’expression « composite polymère », au sens de l’invention, désigne un matériau multicomposant comprenant au moins deux composants non miscibles parmi lesquels au moins un composant est un polymère et l’autre composant peut par exemple être un renforcement fibreux.
Par « renforcement fibreux » ou « substrat fibreux » ou « fibres », on entend, au sens de l’invention, plusieurs fibres, des fibres unidirectionnelles ou des tresses, ou un mat à filaments continus, des tissus, des feutres, ou des non-tissés qui peuvent prendre la forme de bandes, de nappes, de tresses, de mèches ou de pièces.
Le terme « matrice » peut faire référence à un matériau servant de liant et pouvant transférer des forces au renforcement fibreux. Le terme « matrice de polymère » englobe les polymères, mais peut également englober d’autres composés ou matériaux. Ainsi, le terme « matrice de polymère (méth)acrylique » fait référence à tout type de composés, polymères, oligomères, copolymères ou copolymères à blocs, acryliques et méthacryliques. Cependant, on ne s’écarterait pas de la portée de l’invention si la matrice de polymère (méth)acrylique comprenait jusqu’à 10 % en poids, de préférence moins de 5 % en poids d’autres monomères non acryliques, choisis par exemple dans le groupe suivant : butadiène, isoprène, styrène, styrène substitué tel que α-méthylstyrène ou tert-butylstyrène, cyclosiloxanes, vinylnaphthalènes et vinylpyridines.