LU100793A1 - Procede de production de preimpregne thermoplastique - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à un procédé de production de préimprégné thermoplastique qui est développé afin d'être utilisé comme matériau structurel et visuel dans tous domaines industriels, principalement l'aviation, l'industrie de la défense et l'automobile, et qui permet que la résine thermoplastique soit imprégnée dans la toile cousue formée avec un fil de renfort (A). Le but de la présente invention est de proposer un procédé de production de préimprégné thermoplastique qui permet d'appliquer une quantité plus précise de résine aux toiles cousues comprenant un fil de renfort (A) et un fil thermoplastique (B), et d'être traitée plus facilement.
Description
PROCEDE DE PRODUCTION DE PREIMPREGNE THERMOPLASTIQUE
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un procédé de production de préimprégné thermoplastique qui est développé afin d’être utilisé comme matériau structurel et visuel dans tous domaines industriels, principalement l’aviation, l’industrie de la défense et l’automobile, et qui permet que la résine thermoplastique soit imprégnée dans la toile cousue formée avec un fil qui est fabriqué à partir de fibres de renfort.
Arrière-plan de l’invention
Les préimprégnés sont divisés en deux catégories principales, à savoir thermodurcissables et thermoplastiques. Le préimprégné thermoplastique est une structure composée de fils imprégnés de résine thermoplastique fabriqués à partir de fibres de renfort. Les préimprégnés thermoplastiques sont très populaires aujourd’hui du fait de leur légèreté, de leur potentiel de recyclage, et de leur résistance aux propriétés de corrosion.
Aujourd’hui, la résine utilisée dans la production de préimprégné thermoplastique est appliquée comme une poudre, un film ou des granulés. Les préimprégnés thermoplastiques qui sont obtenus sont ensuite transformés en un matériau composite qui est le produit final avec des procédés de production tels qu’un thermoformage, un moulage par compression par la chaleur et la pression ou un surmoulage.
Dans une production de préimprégné thermoplastique, des matériaux tels que des polyamides (PA) (polyamide 6 (PA6), polyamide 6,6 (PA66), polyphtalamide (PPA)), un poly(sulfure de phénylène) (PPS), une polysulfone (PSU), une poly(arylèneéthersulfone), des polyoléfines (polyéthylène (PE), polypropylène (PP), etc.), un polyimide (PI), des polyesters, préférablement tels qu’un poly(téréphtalate d’éthylène) (PET) ou un poly(téréphtalate de butylène) (PBT), une poly(étheréthercétone) (PEEK) peuvent être utilisés.
Des procédés manuels ou automatiques sont préférés pour l’alimentation de la résine sous forme de poudre, de film et de granulés dans le système. Spécialement des applications de poudre et de granulés utilisées dans une production de préimprégné thermoplastique causent un problème d’homogénéisation lors de la distribution de la résine, une difficulté dans l’utilisation d’une matière première optimum, et une grande quantité de déchets survenant lors de la production.
La production de préimprégné thermoplastique est mise en œuvre avec des procédés discontinus ou continus. Dans les procédés tant discontinus que continus, même dans le cas où l’alimentation de la résine sous forme de poudre est automatique, le rapport résine thermoplastique/fibre de renfort ne peut être appliqué à la précision désirée. Des variations surviennent dans les quantités de poudre utilisées par unité de superficie. Dans le cas où elle est alimentée sous forme de granulés, puisque les tailles de particules de résine sont trop grosses, des accumulations surviennent puisqu’une fusion homogène ne peut être effectuée sur le préimprégné thermoplastique. L’imprégnation de la résine dans la structure de fibres n’est pas facile pour la même raison. En d’autres termes, la résine ne peut pénétrer dans la structure composée d’un fil fabriqué à partir d’une fibre de renfort de manière homogène.
Le document de Brevet des États-Unis n° US5445701, une demande connue dans l’état de la technique, expose un procédé de résine thermoplastique sous forme de film. Cependant, ce procédé est onéreux, ainsi que des difficultés dans l’alimentation du film compatible pour le matériau thermoplastique désiré peuvent être rencontrées.
Dans le document de Brevet des États-Unis n° US20140030582, une demande connue dans l’état de la technique, l’épaisseur de parois des préimprégnés thermoplastiques de la présente invention peut être produite dans une plage de 0,3 et 6,0 mm. Ladite invention peut fonctionner dans un domaine limité puisqu’elle n’est pas pour des préimprégnés thermoplastiques avec une plus grosse épaisseur de parois.
Le document de Brevet des États-Unis n° US5464684, une demande connue dans l’état de la technique, expose un procédé de production du fil hybride à base de polyamide. Dans ce procédé, un fil thermoplastique et un fil de renfort sont produits par mélange de l’un avec l’autre par application d’air. Compte tenu de la complexité du processus de mélange de fils et de l’application d’un processus de retordage sur une fibre de carbone qui est très cassante, cela cause une diminution de la résistance linéaire de la fibre de carbone.
Résumé de l’invention
Le but de la présente invention est de proposer un procédé de production de préimprégné thermoplastique qui permet que la résine utilisée dans l’application de préimprégné pénètre plus dans la toile cousue par rapport aux applications classiques, en d’autres termes qui permet la mouillabilité de la toile formée avec un fil qui est fabriqué à partir d’une fibre de renfort.
Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de production de préimprégné thermoplastique qui permet d’appliquer une quantité plus précise de résine aux toiles cousues comprenant un fil de renfort et un fil thermoplastique et également d’offrir un traitement plus facile de celles-ci.
Description détaillée de l’invention
Le « procédé d’application de préimprégné thermoplastique » développé pour atteindre les buts de la présente invention est illustré sur les figures d’accompagnement, dans lesquelles :
La Figure 1 est la vue de la toile cousue utilisée pour un préimprégné thermoplastique unidirectionnel fabriqué avec le procédé d’application de préimprégné thermoplastique de l’invention.
La Figure 2 est la vue de la toile cousue utilisée pour un préimprégné thermoplastique triaxial fabriqué avec le procédé d’application de préimprégné thermoplastique de l’invention.
La Figure 3 est la vue de la toile cousue utilisée pour un préimprégné thermoplastique biaxial fabriqué avec le procédé d’application de préimprégné thermoplastique de l’invention.
La Figure 4 est la vue du fil de couture (C) utilisé dans le procédé d’application de préimprégné thermoplastique de l’invention.
Les composants montrés sur les figures reçoivent chacun des numéros de référence comme suit ;
A. Fil de renfort
B. Fil thermoplastique
C. Fil de couture 15
Un préimprégné thermoplastique unidirectionnel est obtenu d’une manière exposée dans l’invention, par exemple, après couture des toiles avec un fil de couture afin de maintenir les toiles unidirectionnelles fabriquées à partir d’un fil thermoplastique utilisé dans une première et une dernière couche de la toile cousue et la toile fabriquée à partir d’un fil de renfort unidirectionnel utilisé dans la couche médiane de la même toile cousue montrée sur la Figure 1.
Les types de couture utilisés dans la production de toile cousue peuvent être chaînette, tricot et similaire.
Le procédé de production de préimprégné thermoplastique unidirectionnel, biaxial, triaxial ou multiaxial de l’invention, qui permet que la résine pénètre dans la toile de façon homogène et profonde dans un processus d’imprégnation de résine réalisé afin de renforcer la toile cousue qui est fabriquée, et comprend les étapes de
- couture avec le fil de couture afin de combiner les fils thermoplastiques et les fils de renfort déterminés dans une conception de préimprégné thermoplastique lors de la phase de production de toile,
- mise en place de chacune des couches unidirectionnelles fabriquées avec un fil de renfort comprenant un fil thermoplastique sur sa surface inférieure et/ou supérieure,
- étant composée d’au moins deux couches de telle sorte qu’au moins une des couches comprendra une couche incluant une « fibre de renfort unidirectionnelle »,
- augmentation de la température de la toile cousue au-dessus du point de ramollissement ou du point de fusion du fil thermoplastique,
- application d’une pression (0-100 bar(s)) sur la toile cousue à cette température,
- application d’une prétension (0-5 g/tex) sur la toile cousue à cette température,
- pénétration de la résine thermoplastique sous forme de fil entre les fibres du fil de renfort dans la toile par fusion,
- application de la température et de la pression sur une durée dans une plage de 2-120 minutes,
- obtention du produit final prêt à l’emploi par refroidissement jusqu’à ce qu’il atteigne une température inférieure à la température de transition vitreuse (Tg) de la résine sans pression ou sous pression.
Dans ladite invention, les fils thermoplastiques utilisés dans la formation de la toile cousue est utilisé sous la forme d’un fil thermoplastique (B) choisi parmi un groupe comprenant des polyamides (tels que le polyamide 6 (PA6), le polyamide 6,6 (PA66), un polyphtalamide (PPA)), un poly(sulfure de phénylène) (PPS), une polysulfone (PSU) (telle qu’une poly(éthersulfone) (PES), une poly(arylèneéthersulfone)), un poly(sulfure d’arylène), un fluoropofymère, un polyacétal, un polycarbonate, un polymère styrénique, des polyoléfines (telles qu’un polyéthylène (PE), un polypropylène (PP)), un polyimide (PI), un poly(étherimide), des polyesters, préférablement un poly(téréphtalate d’éthylène) (PET) ou un poly(téréphtalate de butylène) (PBT), une poly(étheréthercétone) (PEEK), une poly(éthercétone) (PEK), ou des combinaisons de ceux-ci.
Dans ladite invention, comme un fil de renfort (A) utilisé dans la formation de la toile cousue, un fil produit à partir d’un matériau choisi parmi le groupe comprenant une fibre de verre, une fibre de carbone, une fibre d’aramide, une fibre naturelle, ou une combinaison de celles-ci est utilisé.
Le terme « toile cousue » utilisé dans l’invention est défini comme un système composé d’une ou de plus d’une couche(s) de fibres unidirectionnelles, et formé en maintenant ces couches ensemble pour couture avec un fil de couture non structurel, préférablement un fil de couture fabriqué à partir d’un polymère thermoplastique. Lorsque les angles des couches unidimensionnelles formant les toiles cousues, les toiles peuvent être unidirectionnelles, biaxiales, triaxiales ou multiaxiales.
Le terme « dtex » utilisé dans l’invention est le poids en grammes pour 10 000 mètres de fil. Le terme « tex » utilisé dans l’invention est le poids en grammes pour 1 000 mètres de fil.
Dans le procédé de production de préimprégné thermoplastique de l’invention, la résine étant sous la forme d’un fil fabriqué à partir d’une fibre thermoplastique permet que le rapport de quantité de résine/fibre de renfort dans le préimprégné thermoplastique soit facilement ajusté.
Dans la présente invention, l’épaisseur de parois des préimprégnés thermoplastiques qui sont les produits finals formés en faisant pénétrer la résine dans le fil cousu est ajustée pour être dans une plage de 0,25 et 8 mm.
L’épaisseur de parois des préimprégnés thermoplastiques comprenant une fibre de renfort en couche unique dépend du type du fil de renfort utilisé, du poids surfacique de toile et de la pression qui est appliquée. L’épaisseur de parois des préimprégnés thermoplastiques fabriqués à partir d’une toile cousue obtenue en maintenant le système comprenant au moins un « fil de renfort en couche unique » et produite comme au moins deux couches ensemble avec un fil de couture non structurel dépend du nombre des couches de fibres unidirectionnelles utilisées, du type du fil de renfort, du poids surfacique de la toile cousue et de la pression.
La présente invention comprend l’application de 0-100 bar(s), préférablement dans une plage de 1-40, de pression sur la résine à l’étape de chauffage de la résine.
Dans la présente invention, le refroidissement de la résine pénétrant dans les fils de renfort de la toile cousue est effectué sous 0-100 bar(s) de pression, préférablement dans une plage de 1-40 bar(s) de pression.
Dans la présente invention, le poids de la résine thermoplastique est dans une plage de 10% à 90%, préférablement 30% à 70%, du poids du fil fabriqué à partir de fibres de renfort.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, afin de permettre une production de préimprégné thermoplastique unidirectionnel (UD), des fils de renfort (A) unidirectionnels et en couche unique et des couches comprenant un fil thermoplastique (B) sur une surface inférieure et/ou supérieure de ladite couche sont utilisés.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, afin de permettre une production de préimprégné thermoplastique biaxial, des fils de renfort (A) biaxiaux et en deux couches et des couches comprenant un fil thermoplastique (B) sur des surfaces inférieure et/ou supérieure desdites couches sont utilisés.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, afin de permettre une production de préimprégné thermoplastique triaxial, des fils de renfort (A) triaxiaux et en trois couches et des couches comprenant un fil thermoplastique (B) sur des surfaces inférieure et/ou supérieure desdites couches sont utilisés.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, afin de permettre une production de préimprégné thermoplastique multiaxial, des fils de renfort (A) au minimum quadriaxiaux et en quatre couches et des couches comprenant un fil thermoplastique (B) sur des surfaces inférieure et/ou supérieure desdites couches sont utilisés.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, la toile cousue est obtenue par couture d’au moins deux toiles tissées, qui sont obtenues par tissage d’un fil thermoplastique et d’un fil de renfort ensemble, avec un fil de couture ensemble.
Les préimprégnés thermoplastiques de l’invention peuvent être utilisés comme matériau structurel et visuel dans tous domaines industriels, principalement l’aviation, l’industrie de la défense et l’automobile. Le produit final qui est obtenu est le produit semi-fini appelé le préimprégné thermoplastique ou feuille organique.
Dans la production de préimprégné thermoplastique, des procédés discontinus ou continus peuvent être utilisés. Le principe principal utilisé dans les deux procédés consiste à appliquer une pression (0-100 bar(s)) à une température au-dessus du point de ramollissement ou de fusion de la résine thermoplastique, et à permettre que la résine soit imprégnée dans les fibres de renfort de cette manière. Un processus de refroidissement est appliqué après que la température et la pression ont été appliquées sur une durée déterminée entre 2 minutes et 120 minutes. Un processus de refroidissement peut être appliqué sans pression ou sous pression (0-100 bar(s)) en fonction de la structure du polymère. La température de refroidissement est en-dessous de la température de transition vitreuse (Tg) de la résine. La machine dans laquelle les thermoplastiques de l’invention sont produits peut être chauffée jusqu’à
450°C en fonction de la structure du plastique. La plage de température qui peut être utilisée dans le processus de refroidissement est entre 25°C et 200°C. L’épaisseur de parois des préimprégnés thermoplastiques de l’invention est dans une plage de 0,25 mm à 8 mm. Les applications connues dans l’état de la technique ne peuvent permettre que la résine soit imprégnée de façon homogène dans les fibres. D’autre part, dans le procédé de l’invention, puisque la résine est utilisée sous forme de fil, le rapport résine/fibre de renfort peut être ajusté précisément. En résumé, avec le procédé nouvellement développé, une homogénéisation de résine en quantité est fournie avant le début du processus.
Afin de fournir le rapport résine/fibre de renfort de façon homogène à un rapport désiré partout, les différents dtex, les différents diamètres de filaments et le nombre de fils produits à partir de fibres thermoplastiques peuvent être utilisés.
Avec l’application de fils thermoplastiques, l’augmentation de la superficie de plastique et l’orientation régulière de matériau permettent que la résine soit fondue plus facilement spécialement par rapport aux applications de poudre et de granulés. Ainsi, un produit avec une qualité supérieure peut être obtenu dans une machine qui a une précision moindre. En même temps, les défauts relatifs au poids surfacique de la résine qui peuvent apparaître lors de l’application sont prévenus.
Les résines thermoplastiques utilisées dans l’application de toile cousue sont appliquées sous la forme de fil sur différentes couches de la toile. Les fils fabriqués à partir de fibres de renfort (fibre de verre, de carbone, d’aramide, naturelle, etc.) sont appliqués en couche unique ou en différentes couches de la toile de la même manière, et la structure hybride obtenue est préparée pour être appropriée pour une production de préimprégné thermoplastique. Deux types ou plus de fils de renfort (A) peuvent être utilisés dans des toiles hybrides.
Par exemple, un fil de carbone, de verre et thermoplastique (B) peut être utilisé dans la même toile cousue.
Dans la portée du procédé de l’invention, le matériau brut du préimprégné thermoplastique est obtenu à partir de la toile comprenant un fil de renfort (A) et un fil thermoplastique (B) à partir de la machine de production de textiles multiaxiaux qui est couramment utilisée. Donc, il n’y a pas d’étape supplémentaire de processus requise comme une production de préimprégné thermoplastique classique lors d’une application de revêtement en poudre, en film ou en granulés, et ainsi la production est exécutée plus rapidement.
Dans la production de préimprégnés thermoplastiques, des toiles cousues comprenant un fil de renfort (A) et un fil thermoplastique (B) peuvent être traitées dans des quantités de résine plus précises et elles peuvent être traitées plus facilement. La structure composite thermoplastique qui est le produit final peut facilement satisfaire aux valeurs de résistance requises avec la conception de couches de toiles cousues. Au moyen des types de toile cousue qui sont conçus différemment, des préimprégnés thermoplastiques avec différentes propriétés mécaniques peuvent être obtenus. Par ce moyen, la structure composite peut être fait varier compatible avec le domaine d’utilisation de l’utilisateur final.
L’application de toile cousue est appropriée à être utilisée dans une vaste gamme de domaines d’application puisqu’elle permet la mise en place du fil de renfort sur différents axes.
Claims (8)
1. Procédé de production de matériau préimprégné thermoplastique caractérisé par les étapes de
a) couture ensemble d’au moins deux couches de toile qui comprennent des fils de renfort et des fils thermoplastiques dans lequel le rapport du poids desdits fils thermoplastiques sur le poids desdits fils de renfort est au moins 10%,
b) imprégnation desdits fils thermoplastiques dans ladite toile cousue par fusion desdits fils thermoplastiques à ou au-dessus de la température de ramollissement ou de fusion desdits fils thermoplastiques et application d’une pression dans la plage de 0-100 bar(s) sur ladite toile cousue lors dudit processus d’imprégnation,
c) refroidissement de ladite toile cousue imprégnée à une température inférieure à la température de transition vitreuse desdits fils thermoplastiques et application d’une pression dans la plage de 0-100 bar(s) sur ladite toile cousue lors dudit processus de refroidissement.
2. Procédé de production de préimprégné thermoplastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits fils thermoplastiques sont composés d’un polyamide, d’une polyoléfine, d’une poly(éthercétone), d’une poly(étheréthercétone), d’un polyimide, d’un poly(étherimide), d’une poly(arylènecétone), d’une poly(arylènesulfone), d’une poly(arylèneéthersulfone), d’un poly(sulfure d’arylène), d’un fluoropolymère, d’un polyacétal, d’un polycarbonate, d’un polymère styrénique, d’un polyester ou de combinaisons de ceux-ci.
3. Procédé de production de préimprégné thermoplastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits fils de renfort (A) utilisés dans la formation de ladite toile sont fabriqués à partir d'un matériau choisi parmi le groupe incluant le verre, le carbone, un aramide ou une fibre naturelle, ou une combinaison de ceux-ci.
4. Procédé de production de préimprégné thermoplastique selon l’une
5 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits fils de couture sont thermoplastiques.
5. Procédé de production de préimprégné thermoplastique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
10 ladite/lesdites couche(s) de fils de renfort et ladite/lesdites couche(s) de fils thermoplastiques sont unidirectionnelles.
6. Procédé de production de préimprégné thermoplastique selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites couches
15 unidirectionnelles comprennent ladite toile cousue qui sont obtenues comme unidirectionnelles, biaxiales, triaxiales ou multiaxiales par couture de celles-ci avec différents angles les unes par rapport aux autres.
7. Procédé de production de préimprégné thermoplastique selon la
20 revendication 5, caractérisé en ce que les couches de ladite toile comprenant lesdits fils de renfort unidirectionnels sont formées de fils du même type ou hybrides.
8. Procédé de production de préimprégné thermoplastique selon la
25 revendication 1, caractérisé en ce que ladite toile cousue comprend des toiles tissées qui sont obtenues par tissage de fil thermoplastique et de fil de renfort.
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ID=63404416
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| Country | Link |
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| LU (1) | LU100793B1 (fr) |
-
2016
- 2016-09-08 LU LU100793A patent/LU100793B1/fr active IP Right Grant
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