FR3078010A1 - Materiau composite et procede de realisation de ce materiau - Google Patents

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Abstract

Un produit intermédiaire composite à base de segments de fibres noyées dans une matrice de résine, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un tapis (20) comportant un empilement de couches (10) de segments (11) plats multifibres. Les segments sont disposés en juxtaposition, les segments (11) d'une même couche (10) étant orientés selon une direction unique, et lesdits segments (11) sont liés, pour certains d'entre eux au moins, par adhésion au droit de leurs zones de croisement-superposition avec les segments de couches (10) de segments (11) adjacents. De cette manière, l'empilement de couches (10) forme un tapis (20) de masse et d'épaisseur constante, de faible cohésion propre présentant une souplesse relative.

Description

Matériau composite et procédé de réalisation de ce matériau
Domaine de l’invention
L'invention concerne le domaine des pièces structurelles composites hautes performances. L'invention se rapporte plus particulièrement à un produit intermédiaire composite à base de segments de fibres noyées dans une matrice de résine.
Art antérieur
Les matériaux composites sont de plus en plus présents dans les secteurs où nous trouvons des pièces en mouvement. Les secteurs les plus concernés sont par exemple l'aéronautique et le spatial car ces matériaux permettent de réaliser des pièces avec des performances équivalentes aux pièces métalliques habituelles mais avec des masses inférieures. Par exemple, la densité du titane est de 4,40 kg/dm3, celle de l'aluminium est de 2,70 kg/dm3 et celle du carbone époxy est de 1,60 kg/dm3.
Cette optimisation de la masse permet aux constructeurs aéronautiques d'alléger les structures des aéronefs et donc de réduire la puissance des moteurs embarqués par lesdits aéronefs. Cette disposition permet aux compagnies aériennes de baisser les consommations de carburants, de réduire leur empreinte carbone et d'augmenter les nombres de passagers ainsi que les rayons d'action des avions. L'ensemble de ces avantages permet de baisser les coûts de vol par passager.
Les nouveaux avions intègrent des matériaux composites sur plus de 50% de leur masse. Ces matériaux composites sont composés pour une part d'un réseau de fibres généralement tissées et pour une seconde part de résine habituellement thermodurcissable ou thermoplastique.
Cependant, une problématique forte des matériaux composites reste l'optimisation des coûts liés à la mise en œuvre desdits matériaux. Effectivement, les matériaux composites standards utilisés dans l'aéronautique sont principalement réalisés à base de tissus de carbone ou de nappes de carbone pré-imprégnés de résine qui donnent des pièces ayant des performances mécaniques importantes au détriment de leurs coûts. En effet elles nécessitent des temps importants de mise en œuvre, les pièces étant toutes globalement de formes complexes et différentes, leur réalisation est difficilement industrialisable.
La plupart des pièces composites de formes complexes à la destination du secteur de l'aéronautique sont minutieusement drapées à la main par des opérateurs, cette étape demande une grande dextérité et implique donc des coûts de production importants.
Plusieurs méthodes ont été envisagées pour réaliser industriellement des pièces composites structurales légères et avec des coûts optimisés.
De manière connue, le document US 2010/0233423 Al décrit la réalisation d'un matériau de moulage qui présente des coupes effectuées transversalement à une direction d'extension définie par le sens de la chaîne du renfort fibreux sur le renfort textile. Ce document décrit des coupes partielles et donc qui ne permettent pas de séparer intégralement les faisceaux fibreux les uns des autres. Ce document ne décrit pas non plus la coupe du système de résine et dans le cas où ces coupes partielles permettent la déformation du textile dans le sens de la chaîne, elles ne permettent pas de conserver l'intégralité des segments lors du mouvement relatif de ceux-ci.
Pour que la pièce finale présente les meilleures caractéristiques mécaniques possibles, il est important que lors du moulage, à l'étape de la mise en température et en pression de la pièce, l'ensemble des faisceaux soient indépendants les uns des autres. L'indépendance des faisceaux est importante afin de conserver une mobilité intégrale, c'est-à-dire que sous les effets d'une pression réalisée sur la pièce, le segment unitaire puisse se déplacer sans provoquer de déchirure ni de frisure des renforts fibreux et ceci sans impliquer de séparation entre les fibres et la résine. Les solutions aux problèmes techniques cités précédemment ne sont pas évoquées. De plus, les coupes dans le sens de la chaîne sont géométriquement alignées, ce qui provoque un chemin de faiblesse sur la pièce finale. Ledit chemin de faiblesse est préjudiciable aux caractéristiques mécaniques finales de la pièce.
Le point majeur de la maturation de la résine n'est pas abordé. Or, il est connu par l'homme de métier que dans un matériau pré-imprégné, la résine est évolutive et que son état n'est pas figé, effectivement, lorsque la résine a été imprégnée récemment, elle est encore fluide, elle pourra donc se séparer des fibres facilement lors de la mise en œuvre. Au contraire, si elle est trop visqueuse, elle va empêcher la bonne séparation entre les réseaux de fibres non délignés dans le sens longitudinal. Or il est reconnu scientifiquement que le désalignement de fibres d'un angle de cinq degrés par rapport à leur axe longitudinal provoque une perte du module de traction qui peut aller jusqu'à 30%. Cette perte du module de traction est clairement une problématique liée à la découpe partielle des segments.
La problématique liée au mouvement des réseaux fibreux lorsque ceux-ci doivent se déplacer n'est pas non plus abordée. En effet, dans le cas de la réalisation d'une pièce à la géométrie complexe, les mouvements des réseaux de fibres vont soit s'écarter, soit vont se resserrer dans le plan suivant les zones de la pièce. Dans le cas du matériau présenté dans le document US 2010/0233423 Al, du fait de la juxtaposition des zones de découpes les extrémités des fibres sur la ligne de découpe vont appuyer les unes contre les autres et se froisser dans le cas d'un mouvement de striction au sein de la pièce. Ce phénomène va être amplifié par l'absence de mobilité latérale induite par la liaison par résine.
Des technologies SMC (Sheet Molding Compound pour mélange à mouler en feuilles) ou BMC (Bulk Molding Compound pour mélange de moulage en vrac) hautes performances ont été développées pour réduire les temps de mise en œuvre. De nombreux produits de moulage de type BMC ou SMC permettent d'optimiser les coûts car ils permettent de réduire les temps de production, cependant, du fait de leur organisation fibreuse non contrôlée et non répétitive, ces types de moulages sont difficilement applicables à des pièces subissant de grandes contraintes mécaniques. En effet, le type SMC permet une industrialisation plus importante, mais sans atteindre les performances ni la reproductibilité des procédés manuels applicables à des matériaux composites pré-imprégnés. Le problème technique du type SMC réside dans le fait que les fibres de renfort sont coupées alors qu'elles sont encore sèches et non imprégnées, puis distribuées par gravité sur un film de résine. Cette distribution étant aléatoire, la fraction volumique de fibres finale du composite varie de façon importante. La distribution aléatoire donne également des directions de fibres non contrôlées et non reproductibles, ces matériaux sont donc difficilement utilisables pour des applications ou les contraintes mécaniques sont importantes.
Le document US 6,838,148 B1 décrit un matériau SMC amélioré constitué d'un empilement de fibres unidirectionnelles pré-imprégnées et de fibres coupées reparties de façon aléatoire. Les fibres sont superposées en couches successives ayant chacune une direction différente. Si ce produit peut représenter une avancée par rapport à un SMC traditionnel, il ne règle pas deux problématiques techniques majeures, la première étant la capacité du matériau à se déformer pour pouvoir répondre aux différentes contraintes de forme d'une grande diversité de pièces et le second étant de posséder des propriétés mécaniques relativement faibles du fait de la répartition aléatoire des fibres.
Le document EP 0916477A1 décrit une technologie de découpe intégrale de segments de nappes de fibres pré-imprégnées qui sont ensuite mélangées de façon tridimensionnelle. Il est donc clairement établi à partir de cette phase que les segments seront mélangés de façon aléatoire dans l'espace (3Dimensions), ce qui conférera au produit final des caractéristiques mécaniques très faibles du fait d'un croisement très important entre les segments de nappe, de plus, cette disposition ne permettra pas de contrôler et donc de reproduire avec précision les caractéristiques mécaniques d'une pièce. Or il est important que sur la réalisation d'une série de pièces, la totalité des pièces aient les mêmes caractéristiques mécaniques.
Le document EP1134314 Al décrit un produit intermédiaire composite qui se présente sous la forme de couches de segments de fibres pré-imprégnés. Ces segments sont disposés aléatoirement dans le plan (2Dimentions), cependant, même si leur répartition moyenne est presque isotrope, leur répartition précise dans le plan est aléatoire et il y a un embuvage important entre les faisceaux, par le fait, leurs caractéristiques mécaniques seront faibles et ne peuvent pas être contrôlées finement ni donner lieu à une production de pièces aux caractéristiques reproductibles.
Le document EP 3140104 Al décrit la réalisation d'une préformes utilisant des bandes de petites largeur à l'aide d'une machine de dépose automatique de bandes de carbone. Une problématique importante de l'utilisation d'une telle machine est coût lié à son achat qui reste difficile à amortir. Ce document ne traite pas de la possibilité de réaliser avec cette machine un matériau de base standard de type SMC.
Toutefois, ces solutions ne donnent pas une entière satisfaction.
La présente invention a pour but de résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus. En effet, l'invention vise à proposer un matériau composite de moulage capable d'être utilisé pour une multitude de pièces composites à hautes performances et composées de segments de fibres pré-imprégnées totalement indépendants les uns des autres sur toute leur périphérie tout en étant organisés dans le plan et dans l'espace de telle sorte qu'ils permettent un déplacement maîtrisé et une répétabilité de positionnement parfaite.
Exposé de l'invention
A cet effet, la présente invention concerne un produit intermédiaire composite à base de segments de fibres noyées dans une matrice de résine, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un tapis comportant un empilement de couches de segments plats multifibres qui sont disposés en juxtaposition, les segments d'une même couche étant orientés selon une direction unique, et lesdits segments étant liés, pour certains d'entre eux au moins, par adhésion au droit de leurs zones de croisement-superposition avec les segments de couches de segments adjacents des couches supérieures ou inférieures, de manière à former un tapis de masse et d'épaisseur constante, de faible cohésion propre présentant une souplesse relative.
Au sens de la présente invention, « selon une direction unique » signifie « selon une direction unique à 5° près ».
Avantageusement, des segments d'une même couche orientés selon une direction unique permettent de bonnes caractéristiques mécaniques telles qu'une résistance mécanique élevée.
Avantageusement, un empilement de couches de segments plats multifibres qui sont déposés en juxtaposition, les segments d'une même couche étant orientés selon une direction unique, permet un moulage contrôlé. Un moulage contrôlé permet une reproduction fiable des caractéristiques techniques et structurelles du matériau composite moulé. Un moulage contrôlé permet également d'obtenir des caractéristiques mécaniques prédictibles.
Selon un mode de réalisation, les segments de fibres soient noyés dans une matière thermodurcissable.
Selon un mode de réalisation, la matrice de résine thermodurcissable est à base de résines époxydes.
Selon un mode de réalisation, les segments de fibres soient noyés dans une matière thermoplastique.
Selon un mode de réalisation, les fibres sont, soit des fils de carbone multi-filaments, au moins du type 3 K, soit des fibres de verre de titre voisin de 1 200 Tex, soit des fibres céramiques.
Selon un mode de réalisation, le produit intermédiaire composite se présente sous forme d'une bande ou plaque.
Selon un mode de réalisation, le produit intermédiaire composite se présente sous la forme d'un enroulement.
Selon un mode de réalisation, les segments d'une même couche sont positionnés sensiblement en quinconce.
Au sens de la présente invention, « sensiblement en quinconce » signifie « exactement en quinconce » ou « en quinconce à 25% de la longueur des segments près ».
Selon un avantage, le positionnement en quinconce des segments permet des caractéristiques mécaniques importantes par désalignement des zones de faiblesses.
Selon un mode de réalisation, les segments de différentes couches sont positionnés sensiblement en quinconce les uns avec les autres.
Selon un avantage, un positionnement en quinconce des segments des différentes couches permet une reprise des efforts de traction d'un segment d'une couche à un autre segment d'une autre couche par cisaillement.
Selon un mode de réalisation, chaque segment comprend une première partie de sa longueur chevauchant une partie de la longueur d'un premier segment adjacent présent sur une même couche et une seconde partie de sa longueur chevauchée par une partie de la longueur d'un second segment adjacent également présent sur la même couche.
Au sens de la présente invention, la longueur est la plus grande dimension d'une surface.
Selon un mode de réalisation, la direction unique d'orientation des segments est différente d'une couche à l'autre de manière à ce qu'une direction unique d'orientation d'une couche soit transverse avec au moins une direction unique d'orientation d'une autre couche.
Selon un avantage, les directions d'orientations des segments de différentes couches étant transverses, cela permet d'obtenir un produit intermédiaire avec de bonnes caractéristiques mécaniques.
Selon un mode de réalisation, la couche est constituée à partir de segments présentant des caractéristiques dimensionnelles identiques.
Selon un avantage, des segments présentant des caractéristiques dimensionnelles identiques permet un moulage contrôlé. Un moulage contrôlé permet une reproduction fiable des caractéristiques techniques et structurelles du matériau composite moulé. Un moulage contrôlé permet également d'obtenir des caractéristiques mécaniques prédictibles.
Selon un mode de réalisation, la couche possède des bordures franches obtenues par découpe.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication du produit intermédiaire consiste à :
a) disposer d'une nappe comprenant un taux élevé de fibres noyées dans une matrice de résine qui les imprègne à cœur ;
b) découper ladite nappe en lanières parallèles qui sont soumises à des coupes transversales afin de former une première couche de segments positionnés en quinconce ;
c) dépose de ladite première couche à plat sur au moins une seconde couche préalablement réalisée suivant les étapes a) et b) afin de former un tapis
d) soumettre le tapis à l'action de moyens à même de provoquer l'adhésion d'au moins certains des segments en leurs points de croisement-superposition pour conférer audit tapis une cohérence propre et une souplesse relative.
Selon un mode de réalisation, la découpe des segments est réalisée par une tête de découpe.
Selon un mode de réalisation, la découpe des segments est réalisée par un rouleau de découpe.
Selon un mode de réalisation, la direction d'orientation des segments de la première couche présente un angle compris entre +40° et +50° par rapport à la direction d'orientation des segments de la couche inférieure. Selon un avantage, la direction d'orientation des segments de la première couche présentant un angle compris entre 40° et 50° avec la direction d'orientation des segments de la couche inférieure permet un meilleur rapport à l'effort et ainsi de bonnes caractéristiques mécaniques.
Au sens de la présente invention, la « couche inférieure » est une seconde couche préalablement réalisée sur laquelle la première couche est déposée.
Selon un mode de réalisation, les lisières du tapis sont coupées pour obtenir des bordures franches.
Selon un mode de réalisation, les moyens à même de provoquer l'adhésion d'au moins certains segments applique une température et une pression réduite du fait des caractéristiques structurelles du tapis.
La présente invention concerne également l'utilisation du produit intermédiaire caractérisée en ce qu'on adjoint, dans un moule, un élément de renfort, de préférence de type continu, de même nature chimique que le produit intermédiaire et au moins en partie polymérisé.
La présente invention concerne également un article fini issu de l'utilisation.
Selon un mode de réalisation, l'article est associé à un renfort.
Les différents aspects définis ci-dessus non incompatibles peuvent être combinés.
Brève description des figures
L'invention sera encore mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard des dessins annexés dans lesquels :
• la figure 1 représente un schéma de principe de réalisation d'une pré-couche conformément à la présente invention ;
• la figure 2 représente un schéma de principe de découpe d'une pré-couche en une couche dont les segments unidirectionnels pré-imprégnés sont en quinconce conformément à la présente invention ;
• la figure 3 représente un schéma de principe de découpe d'une pré-couche en une couche dont les segments unidirectionnels pré-imprégnés sont en quinconce conformément à la présente invention ;
• la figure 4 représente un schéma de réalisation d'un d'empilement de couches, chacune des couches ayant des segments orientés selon une direction propre conformément à la présente invention ;
• la figure 5 représente un schéma de réalisation d'un d'empilement de couches, chacune des couches ayant des segments étant orientés selon une direction unique conformément à la présente invention ; et • la figure 6 représente un mode de réalisation d'un tapis conformément à la présente invention.
Description en référence aux figures
Comme illustré dans les figures 1 et 2, le produit intermédiaire composite est constitué à base de couches de segments 11 plats de fibres 12 qui, dans l'exemple illustré, sont unidirectionnels et sont disposés parallèlement les uns aux autres en étant noyés dans une matrice de résine thermoplastique ou thermodurcissable conférant, à chaque segment, une tenue ou une cohérence propre.
Au sens de l'invention et dans cet exemple, les segments 11 sont issus par découpage d'une nappe 15 à fibres 12 parallèles mais il doit être considéré que lesdits segments 11 pourraient être produits à partir d'une nappe tissée déséquilibrée entre fils de chaîne et de trame ou, encore, équilibrée et pouvant aussi être réalisée à partir de toute armure appropriée.
Les segments 11 de fibres 12 sont, de préférence, de forme rectangulaire et de faible épaisseur relative et présentent des caractéristiques dimensionnelles qui peuvent être considérées comme identiques.
Selon un avantage, de tels segments 12 permettent de draper automatiquement des pièces de forme complexes lors du moulage en évitant ainsi des étapes de drapage et/ou de découpe préliminaires ou postérieures audit moulage. Les étapes de drapage et/ou de découpe préliminaires ou postérieures sont longues et complexes, elles impliquent donc un surcoût important.
Selon un avantage, des segments présentant des caractéristiques dimensionnelles identiques permettent un moulage contrôlé. Un moulage contrôlé permet une reproduction fiable des caractéristiques techniques et structurelles du matériau composite moulé. Un moulage contrôlé permet également d'obtenir des caractéristiques mécaniques prédictibles.
Selon un mode de réalisation, les segments 11 sont découpés et/ou positionnés de manière à être sensiblement en quinconce.
Au sens de la présente invention, « sensiblement en quinconce » signifie « exactement en quinconce » ou « en quinconce à 25% de la longueur des segments près ».
Selon un avantage, le positionnement en quinconce des segments 11 permet des caractéristiques mécaniques importantes.
Selon un mode de réalisation, chaque segment 11 comprend une première partie de sa longueur chevauchant une partie de la longueur d'un premier segment 11 adjacent présent sur une même couche 10 et une seconde partie de sa longueur chevauchée par une partie de la longueur d'un second segment 11 adjacent également présent sur la même couche 10.
Au sens de la présente invention, la longueur est la plus grande dimension d'une surface.
Parmi les fibres pouvant être retenues, il convient de citer les fibres de carbone, de verre, les fibres aramides, céramiques, mais aussi toutes fibres, même naturelles, qui sont imprégnables.
Le produit intermédiaire composite se présente sous la forme d'au moins une couche 10 constitué à partir des segments 11 qui présentent, de préférence, des caractéristiques dimensionnelles identiques et qui sont déposés en juxtaposition. Les segments 11 d'une même couche 10 sont orientés selon une direction unique.
Au sens de la présente invention, « selon une direction unique » signifie « selon une direction unique à 5° près ».
Avantageusement, des segments d'une même couche orientée selon une direction unique permettent de bonnes caractéristiques mécaniques telles que des résistances en traction et flexion élevées par exemple.
Avantageusement, les segments présentent un embuvage faible compris entre 0% et 10%. Un embuvage faible permet d'obtenir de bonnes caractéristiques mécaniques telles que des modules de flexion et de traction élevés par exemple.
Avantageusement, un empilement de couches de segments plats multifibres qui sont déposés en juxtaposition, les segments d'une même couche étant orientés selon une direction unique, permet un moulage contrôlé. Un moulage contrôlé permet une reproduction fiable des caractéristiques techniques et structurelles du matériau composite moulé. Un moulage contrôlé permet également d'obtenir des caractéristiques mécaniques prédictibles.
Le produit intermédiaire peut également se présenter sous la forme d'un tapis 20 constitué à partir d'un empilement de plusieurs couches 10.
Selon un mode de réalisation, la direction d'orientation des segments 11 d'une première couche 10 du tapis 20 présente un angle compris entre +40° et +50° par rapport à la direction d'orientation des segments 11 de la couche 10 inférieure si celle-ci existe. Selon un avantage, l'angle compris entre +40° et +50° permet un meilleur rapport à l'effort et ainsi de bonnes caractéristiques mécaniques.
Selon un mode de réalisation non représenté, la direction d'orientation des segments 11 d'une première couche 10 du tapis 20 présente un angle compris entre -5° et +5° par rapport à la direction d'orientation des segments 11 de la couche 10 inférieure si celle-ci existe. Selon un avantage, l'angle compris entre -5° et +5° permet une bonne transmission des efforts de traction et ainsi de bonnes caractéristiques mécaniques.
Selon un mode de réalisation non représenté, la direction d'orientation des segments 11 d'une première couche 10 du tapis 20 présente un angle compris entre 55° et 65° par rapport à la direction d'orientation des segments 11 de la couche 10 inférieure si celle-ci existe. Selon un avantage, l'angle compris entre 55° et 65° permet une bonne transmission des efforts de traction et ainsi de bonnes caractéristiques mécaniques.
Au sens de la présente invention, la « couche inférieure » est une seconde couche préalablement réalisé sur laquelle la première couche est déposée.
Selon un mode de réalisation, les segments 11 de différentes couches 10 sont positionnés sensiblement en quinconce les uns avec les autres afin de permettre une reprise des efforts de traction d'un segment 11 d'une couche 10 à un autre segment 11 d'une autre couche 10 par cisaillement.
Le tapis 20 peut avoir une épaisseur variable selon l'utilisation ultérieure qui est réservée au produit intermédiaire composite.
Le tapis 20 possède, par lui-même, une cohésion propre, ainsi qu'une souplesse relative, des caractéristiques qui lui sont conférées par l'intermédiaire des segments 11 qui sont liés, pour certains au moins d'entre eux au moins, par adhésion au droit de leurs zones de croisement-superposition.
De préférence, ladite adhésion résulte de la présence de la matrice de résine non entièrement polymérisée et de l'application d'une pression relative exercée sur les segments 11 perpendiculairement au plan de la couche 10.
Cette adhésion confère une cohésion propre au tapis 20, tout en lui réservant une souplesse relative favorisant, pour son utilisation ou son stockage, une déformation réversible, telle que, par exemple, un possible enroulement ou, encore, une aptitude au nappage ou au drapage.
La figure 4 montre que le produit intermédiaire composite est, de préférence, réalisé en forme de bande ou de plaque. En revanche, la figure 5 montre que, compte tenu de la souplesse relative, le produit intermédiaire composite peut être obtenu sous la forme d'un enroulement d'un tapis 20, dans laquelle la largeur est faible devant la longueur.
Dans tous les cas, le produit intermédiaire composite peut comporter des bordures naturelles ou franches qui résultent d'une opération de coupe préalable visant à supprimer un surplus éventuel de matière.
A titre d'exemple, les segments 11, par exemple à base de fibres unidirectionnelles parallèles, noyées dans une résine thermodurcissable ou thermoplastique, peuvent présenter une longueur de 10 à 100 mm, une largeur de 5 à 50 mm et une masse surfacique de 130 à 1 000 g par mètre carré de fibres sèches.
De préférence et dans cet exemple, les segments 11 sont issus de nappes de fibres multifilaments à taux de fibres élevés, par exemple et avantageusement au moins de 3 K pour du carbone et de 1 200 Tex pour du verre, qui sont disposées linéairement et parallèlement entre elles dans une matrice de résine dont le taux massique peut être compris entre 15 et 40 % de résine par rapport à la masse totale fibres-matrice. L'imprégnation à cœur de fibres multifilaments à taux de fibres élevé, notamment parallèles, selon l'invention permet de disposer d'un produit intermédiaire de caractéristique économique avantageuse.
Des segments 11 peuvent aussi être produits à partir de fibres de type aluminosilicate ou aluminium oxyde noyées dans une matrice de polyphénylméthylsiloxane de taux massique compris entre 50 et 60 %.
Parmi les résines pouvant être utilisées pour constituer la matrice, il convient de citer pour les résines thermoplastiques, les polyamides (PA), les polyéthérimides (PEI), les polyphényensulfides (PPS), les polyétherétherkétones (PEEK). Il convient également de citer pour les résines thermodurcissables, les polyester, vinylester, époxydes, bismaelimides, polymides, phénoliques.
Lorsque la résine constitutive de la matrice est choisie parmi les résines thermodurcissables, une certaine adhésivité résiduelle connue en langue anglaise sous le terme de tack lui est conférée, résultant, à la fois, des différents constituants de la formulation chimique retenue et du thermoplastique amorphe de la résine non polymérisée lorsqu'il se situe entre - 10°C et + 20 °C.
Les figures 1 à 4 et 6 montrent, à titre indicatif et de façon schématique, une installation matérialisant les différentes étapes du procédé d'obtention du produit intermédiaire composite selon l'invention.
Dans une première étape et selon un premier exemple, il est procédé à une mise à plat de fibres 12 est réalisée, fils, mèches multifilaments sont étalés, parallèlement les uns aux autres de manière à former une sorte de nappe 15 qui est passé sous un poste d'imprégnation 16 assurant, par exemple, la distribution d'une quantité dosée de résine thermoplastique ou thermodurcissable formant ainsi une pré-couche 13. Le poste d'imprégnation 16 peut, bien entendu, être constitué partout dispositif approprié, tel qu'une caisse de tète ou un bassin permettant de réaliser l'imprégnation des fibres par la méthode, dite au trempé.
La pré-couche 13 est ensuite dirigée sur un support 14 vers un poste de découpe au sein duquel elle subit une opération de découpes longitudinales, visant à produire des segments 11 et ainsi en faire une couche 10.
Selon un mode de réalisation, la couche 10 peut être réalisée à l'aide de moyens de découpe et de placement de fibres 12 afin de créer des segments 11. Avantageusement, le placement et la découpe sont réalisés par une machine de Placement Automatique de Fibres (AFP) 19 comme illustré dans la figure 6.
Selon un mode de réalisation, la machine de placement automatique de fibres 19 est alimentée par des bandes de petite largeur de la nappe 15.
Ladite couche 10 est ensuite déposée à plat sur une autre couche 10 réalisée suivant les étapes précédemment évoquées.
Il doit être considéré que le support 14 peut aussi représenter un élément de renforcement, tel qu'une nappe, tissée ou non tissée, pré-imprégnée ou non, destiné à constituer une âme ou à contribuer au renforcement de la couche 10, comme cela est illustré dans les figure 1 à 6.
Comme illustré dans les figure 2 et 3, le poste de découpe peut être une tête de découpe 17 ou un rouleau de découpe 18 par exemple et peut être constitué directement par le tapis supérieur d'un transporteur sans fin ou par un support ou substrat d'acheminement dont la fonction est de recevoir les différents segments 11 et de les acheminer sous la forme d'une couche 10 vers les postes successifs de l'installation.
Le tapis 20 produit est alors conditionné sous la forme d'un enroulement 21 qui est de nature à favoriser le stockage, le transport, voire la manipulation sur des machines de reprise au niveau desquelles un patronage ou une découpe du tapis 20 est effectué pour disposer d'un matériau composite intermédiaire propre à la réalisation par moulage d'une pièce finie.
Bien que cela ne soit pas représenté, il doit être considéré, au sens de l'invention, que l'utilisation du produit intermédiaire composite, constitué par le tapis 20 offre, à tout utilisateur, la possibilité de découper ce tapis 20, de manière à disposer d'autant d'épaisseurs qu'il convient pour réaliser une pièce future, ces différentes épaisseurs étant placées dans la cavité d'un moule formant une matrice de tapis 20 dans laquelle un poinçon est inséré sous des conditions de pression et de température convenables, de manière à réaliser à chaud la conformation d'un article fini dont le démoulage peut être favorisé par la présence d'un agent de démoulage.
L'invention permet ainsi d'obtenir un produit fini ou un article définitif dont les caractéristiques de forme et de résistance mécanique sont directement en relation avec le produit intermédiaire composite utilisé pour sa formation.
Il doit certainement être considéré, au sens de l'invention, que le produit intermédiaire obtenu peut être utilisé seul, comme évoqué ci-dessus, ou en association avec un renfort, par exemple des senti-produits à fibres continues ou, encore, des stratifiés prédisposés dans le moule, afin de renforcer localement et/ou dans certaines directions le comportement final du produit composite obtenu. Il peut ainsi être prévu de disposer dans le moule un renfort continu de même nature chimique, au moins en partie polymérisé et qui peut être constitué d'un ou de plusieurs plis d'un complexe pré-imprégné.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-avant, mais en couvre au contraire toutes les variantes.

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS
    1. Produit intermédiaire composite à base de segments de fibres noyées dans une matrice de résine, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un tapis (20) comportant un empilement de couches (10) de segments (11) plats multifibres qui sont disposés en juxtaposition, les segments (11) d'une même couche (10) étant orientés selon une direction unique, et lesdits segments (11) étant liés, pour certains d'entre eux au moins, par adhésion au droit de leurs zones de croisement-superposition avec les segments de couches (10) de segments (11) adjacents, de manière à former un tapis (20) de masse et d'épaisseur constante, de faible cohésion propre présentant une souplesse relative.
  2. 2. Produit intermédiaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments (11) de fibres (12) soient noyés dans une matière thermodurcissable.
  3. 3. Produit intermédiaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matrice de résine thermodurcissable est à base de résines époxydes.
  4. 4. Produit intermédiaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments (11) de fibres (12) soient noyés dans une matière thermoplastique.
  5. 5. Produit intermédiaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fibres (12) sont, soit des fils de carbone multi-filaments, au moins du type 3 K, soit des fibres de verre de titre voisin de 1 200 Tex, soit des fibres céramiques.
  6. 6. Produit intermédiaire selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'une bande ou plaque.
  7. 7. Produit intermédiaire selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un enroulement.
  8. 8. Produit intermédiaire selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les segments (11) d'une même couche (10) sont positionnés sensiblement en quinconce.
  9. 9. Produit intermédiaire selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les segments (11) de différentes couches (10) sont positionnés sensiblement en quinconce les uns avec les autres.
  10. 10. Produit intermédiaire selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque segment (11) comprend une première partie de sa longueur chevauchant une partie de la longueur d'un premier segment (11) adjacent présent sur une même couche (10) et une seconde partie de sa longueur chevauchée par une partie de la longueur d'un second segment (11) adjacent également présent sur la même couche (10).
  11. 11. Produit intermédiaire selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la direction unique d'orientation des segments (11) est différentes d'une couche (10) à l'autre de manière à ce qu'une direction unique d'orientation d'une couche (10) soit transverse avec au moins une direction unique d’orientation d'une autre couche (10).
  12. 12. Produit intermédiaire selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la couche (10) est constituée à partir de segments (11) présentant des caractéristiques dimensionnelles identiques.
  13. 13. Procédé de fabrication du produit intermédiaire selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il consiste à :
    a) disposer d'une nappe (13) comprenant un taux élevé de fibres (12) noyées dans une matrice de résine qui les imprègne à cœur ;
    b) découper ladite nappe (13) en lanières parallèles qui sont soumises à des coupes transversales afin de former une première couche (10) de segments (11) positionnés en quinconce ;
    c) dépose de ladite première couche (10) à plat sur au moins une seconde couche (10) préalablement réalisée suivant les étapes a) et b) afin de former un tapis (20)
    d) soumettre le tapis (20) à l'action de moyens à même de provoquer l'adhésion d'au moins certains des segments (11) en leurs points de croisement-superposition pour conférer audit tapis (20) une cohérence propre et une souplesse relative.
  14. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on coupe les 5 lisières du tapis (20) pour obtenir des bordures franches.
  15. 15. Utilisation du produit intermédiaire selon l’une quelconque des revendication 13 ou 14, caractérisée en ce qu'on adjoint, dans un moule, un élément de renfort, de préférence de type continu, de même nature chimique que le produit intermédiaire et au moins en partie polymérisé.
    10
  16. 16. Article fini issu de l'utilisation selon la revendication 15.
  17. 17. Article fini selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il est associé à un renfort.
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