WO2017168091A1 - Structure fibreuse tissée présentant sur au moins une de ses faces externes un tissage à armure satin - Google Patents

Structure fibreuse tissée présentant sur au moins une de ses faces externes un tissage à armure satin Download PDF

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satin
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fibrous structure
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Sylvie Loison
Hervé EVRARD
Michel Laxague
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Airbus Safran Launchers SAS
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    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Definitions

  • Woven fibrous structure having on at least one of its outer surfaces a weave with satin weave
  • the invention relates to a woven fibrous structure comprising carbon or carbon precursor yarns and having at least a surface blend of yarns having a distinct twist direction. It is known to obtain a fibrous structure woven with a satin weave and comprising carbon threads from the pyrolysis of a fibrous structure woven with a satin weave and comprising son of a carbon precursor. To do this, the fibrous structure formed of the carbon precursor is moved through a furnace by a conveying system. During this setting in motion, at least one of the outer faces of the treated fibrous structure can come into contact and rub with a wall of the furnace. This friction can affect the quality of the process carried out.
  • the frictional outer face is a face on which weft threads are predominantly present
  • the friction can cause a degradation of the fibrous structure at this outer face in the the extent to which the direction of displacement imposed is transverse to the direction of elongation of the wires mainly present at the level of the friction surface.
  • Adding a lubricant to facilitate sliding does not solve this problem satisfactorily as the lubricant evaporates at working temperatures.
  • FR 2 902 803 which discloses a fibrous reinforcement structure for a part composite material part comprising such a structure
  • DE 43 20 521 which discloses an ink ribbon fabric.
  • the invention proposes, according to a first aspect, a woven fibrous structure comprising threads of a carbon precursor and having on at least one of its external faces a weave with satin weave formed by bonding a first set of threads with a second set of threads,
  • the first set of wires is predominant on the outer face, said first set of wires being formed of a mixture of wires having a torsion S and wires having a torsion Z.
  • carbon precursor is meant a material configured to be converted into carbon by thermal pyrolysis treatment.
  • the son of a carbon precursor may for example be polyacrylonitrile (PAN) yarns, oxidized polyacrylonitrile yarns, cellulose yarns such as rayon yarns or pitch yarns.
  • the first set of son is majority on the outer face that is to say that at least 50% of the son present on the outer face are son of the first set of son.
  • the yarns of the first set of yarns may be warp yarns and the yarns of the second set of yarns may be weft yarns or, conversely, the yarns of the first set of yarns may be weft yarns and the yarns of the second set of threads can be warp threads.
  • a reversal of the roles between warp and weft is possible in the following text, and must be considered as also covered by the claims.
  • the inventors have found that the presence on the outer face of the fibrous structure of the yarn mixture having distinct torsion directions (torsion direction S or Z) makes it possible, in the event of friction of this external face during the heat treatment of the structure. fibrous, reduce the deviation of the latter.
  • the inventors have indeed found that the observed deviation phenomenon is related to the direction of twisting son present on the outer face of the fibrous structure.
  • this outer face has only son having a twist S
  • the fibrous structure will significantly shift in a given direction.
  • this external face has only wires having a Z twist, the fibrous structure will significantly move away in the opposite direction.
  • the invention proposes to "average" these deviations in opposite directions by implementing at the outer face of the fibrous structure a mixture of son having a different direction of torsion to reduce the observed deviation phenomenon.
  • the invention proposes a woven fibrous structure comprising carbon threads and having on at least one of its external faces a weave with satin weave formed by bonding a first set of threads with a second set of threads.
  • the first set of wires is predominant on the outer face, said first set of wires being formed of a mixture of wires having a torsion S and wires having a torsion Z.
  • Such a fibrous structure with carbon fibers corresponds to the product obtained after pyrolysis treatment of the fibrous structure with carbon precursor fibers described above.
  • the ratio [number of wires having a twist S in the first set of wires] / [number of wires having a twist Z in the first set of wires] can be between 0.75 and 1.25.
  • the fibrous structure may be a two-dimensional woven structure with satin weave.
  • the fibrous structure may be formed of three-dimensional weave.
  • the fibrous structure may be a multi-satin fabric, that is to say a fabric obtained by three-dimensional weaving with several layers of weft threads whose basic armor of each layer is equivalent to a weave of classic satin type but with some points of the weave that bind the layers of weft threads between them.
  • the structure may have an outer portion, or skin, adjacent to the outer surface formed by the satin weave with the blend of yarns having a different twist direction and an inner portion, or core, formed by weaving with a weave of different weave of satin weave, for example with interlock weave.
  • Armor or interlock fabric means a 3D weave armor in which each layer of warp threads binds several layers of weft threads with all threads of the same warp column having the same movement in the plane of the weave. armor.
  • Various multilayer weave modes that can be used to form the core are described in particular in document WO 2006/136755. Such an embodiment corresponds to a woven structure having an evolutionary weave weave. The core of this woven structure may for example be formed by weaving son or braids.
  • the structure may comprise on its external face:
  • the present invention also relates to a process for treating a fibrous structure as described above, comprising at least one step of heat treatment of the fibrous structure in which this fibrous structure is set in motion through a heating chamber along the direction of elongation of the son of the first set.
  • the fibrous structure is arranged so that the outer face is the friction face with the heating chamber and the displacement is performed along the direction of elongation of the first set of threads, the majority of the outer face, in order not to damage the fibrous structure during friction with the heating enclosure.
  • the heat treatment of the fibrous structure described above does not cause damage to the latter while limiting or even eliminating the phenomenon of deviation due to the presence, on the outer face, of the mixture of yarns having different twist direction.
  • This method may relate to the manufacture of the woven fibrous structure incorporating carbon fibers described above, by pyrolysis of carbon precursor son.
  • the present invention also relates to a heat treatment process in which a structure comprising son of a carbon precursor as described above undergoes pyrolysis in the heating chamber to obtain the structure comprising carbon son described upper.
  • This process may, alternatively, constitute a thermal desensitization process in which a fibrous structure sized as described above (with carbon precursor son or carbon).
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a composite material part, comprising at least the following steps: forming a fibrous preform of the part to be obtained from one or more fibrous structures comprising carbon threads as described above, and
  • the matrix may be formed of an organic matrix, a ceramic matrix or a carbon matrix.
  • the process may comprise impregnating the fiber preform with a resin in the fluid state, such as a phenolic resin.
  • the resin used may be a thermoplastic or thermosetting resin, in the latter case the polymerization of the resin is carried out after impregnation in order to obtain the organic matrix.
  • the matrix may thus for example be at least partly made of carbon or a ceramic material, such as silicon carbide (SiC).
  • the matrix may be formed by a liquid densification process comprising the impregnation with a precursor of the matrix material to be formed followed by the pyrolysis of this precursor.
  • a gas densification (chemical vapor infiltration) or a melt infiltration (“Melt-Infiltration”) process may be used to form all or part of the matrix.
  • FIG. 1 represents a plane of a weave relative to an embodiment of woven structure according to the invention
  • FIG. 2 represents a wire having a direction of torsion S
  • FIG. 3 represents a wire having a direction of torsion Z
  • FIG. 4 represents the distribution of the satin points on the external face of the woven structure illustrated in FIG.
  • FIG. 5 represents the distribution of the satin points on an external face of another embodiment of the woven structure according to the invention
  • FIG. 6 shows the distribution of the satin points on an external face of another embodiment of the woven structure according to the invention
  • FIG. 7 represents a plane of a weave relative to a woven structure variant according to the invention.
  • FIG. 8 schematically illustrates the heat treatment of a woven structure according to the invention through a heating enclosure
  • FIG. 9 is a flow chart illustrating the steps of a method of manufacturing a composite material part according to the invention.
  • FIG. 1 shows a plane of a weave relative to a first embodiment of woven structure 1 according to the invention.
  • the illustrated woven structure 1 is a two-dimensional woven structure with satin weave.
  • the woven structure 1 has on its outer face Fl a weave with satin weave formed by connecting TIS and T1Z weft son with Cl chain son.
  • the son present on the outer face Fl are son of a carbon precursor or carbon threads.
  • the woven structure 1 consists of son of a precursor of carbon or carbon son. What will be described in the following applies equally to these two alternatives.
  • the weave plane of the woven structure 1 illustrated has a single layer of TIS and T1Z weft yarns and a single layer of Cl chain yarns.
  • Each Cl chain yarn is deflected periodically so as to grasp a weft yarn on n, n being an integer greater than or equal to 3, in order to make the connection between the TIS and T1Z and Cl chain weirs.
  • n is equal to 8 but it is not beyond the scope of the the present invention when n takes another value while remaining at least equal to 3.
  • the Cl chain son define at the weft son seized satin points Pl.
  • the outer face F1 has more than the T1S and TIZ weft son than the C1 chain son.
  • the first set of threads correspond to the weft threads T1S and TIZ and the second set of threads son set corresponds to the Cl chain son.
  • the Cl son of the second set are located on the side of the outer face Fl only at satin points P1.
  • first set corresponding to the warp son and second set to the weft son were considered (first set corresponding to the warp son and second set to the weft son).
  • the son are on the outer face Fl more than 50%, or even at least 75%, the son of the first set of T1S and TIZ son.
  • the first set of threads (here the weft threads T1S and TIZ) is formed of threads of a precursor of carbon or carbon.
  • the first set of yarns comprises both yarns having a twist S and yarns having a Z twist.
  • the second set of yarns C 1 may, for its part, be formed of yarns having the same direction of twist or alternatively of yarns. a mixture of twist direction yarns S and Z twist direction yarns.
  • the second set of yarns is also formed of yarns of a precursor of carbon or carbon.
  • the external face Fl is intended to constitute the rubbing face with the heating chamber during the heat treatment of this fibrous structure 1 and said structure 1 is intended to be set in motion on the along the direction of elongation of the son of the first set T1S and TIZ during this heat treatment.
  • the first set of wires T1S and TIZ comprises, in the illustrated example, an alternation of blocks BS of wires T1S having a direction of torsion S and blocks BZ of wires TIZ having a direction of torsion Z.
  • the fibrous structure 1 when the moving along the direction of elongation of the son of the second set, the fibrous structure 1 has successively at least a first block BS of T1S son of the first set having a direction of torsion S, a first block BZ son TIZ of the first set having a torsion direction Z, a second block BS of wires T1S of the first set having a direction of torsion S and a second block BZ of wires TIZ of the first set having a direction of torsion Z.
  • the blocks BS and BZ son of the first set each have the same number of son but it is not beyond the scope of the invention when these blocks each have a number of different son.
  • the ratio [number of T1S wires having a twist S in the first set of wires] / [number of wires T1Z having a twist Z in the first set of wires] is equal to 1, but this ratio may, in the context of the invention, take other values in the example shown, the blocks BS and BZ each comprise four wires of the first set, but, more generally, these blocks BS and BZ may for example each comprise at least one pair of wires. minus two sons of the first set of wires. There is a similar movement of Cl chain threads in all planes of the weave of the woven structure 1.
  • FIG. 2 illustrates an example of a T1S wire having a twist S
  • FIG. 3 an example of a T1Z wire having a Z twist.
  • Each of the wires T1S and T1Z consists of a winding of a plurality of fibers 1S and 2S, respectively. on the one hand, and 1Z and 2Z on the other hand. According to the direction of winding of these fibers together, the wire is designated, in a manner known per se, as having a torsion S or Z.
  • such a fibrous structure 1 allows because of the presence of the first set of son comprising son having a distinct direction of torsion to limit the deviation of the fibrous structure during its travel through a heating chamber.
  • FIG. 4 illustrates the distribution of the satin points on the external face F1 of the woven structure 1 illustrated in FIG. 1.
  • the satin points are represented by black rectangles.
  • the wires C11, C12, C1n of the second set C1 are adjacent to the external face F1 only at the satin points P11, Pin.
  • the wires T1S and T1Z of the first set located on the side of the external face F1 are in turn represented by a white rectangle in FIG. 4.
  • FIG. 4 also indicates the position of the blocks BS (wires of the first set having a direction of twist S) and BZ (wires of the first set having a direction of twist Z).
  • the woven structure 1 illustrated in Figure 4 comprises on its outer face Fl a first wire Cil of the second set forming a first set of satin points P11.
  • the structure 1 further comprises on its outer face Fl a second wire C12 of the second set, the second wire C12 is adjacent to the first wire Cil and forms a second set of satin points P12.
  • the structure 1 further comprises on its outer face Fl a third wire C13 of the second set adjacent to the second wire C12 and forming a third set of satin points P13.
  • the satin points P12 of the second set are offset from the satin points P11 of the first set according to a first spacing denoted by Eli.
  • the satin stitches P13 of the third set are offset from the satin stitches P12 of the second set at the same spacing Eli.
  • the satin points of two sets of adjacent satin points correspond, in the illustrated example, to a displacement of a rectangle downwards and of three rectangles to the left. This correspondence is invariable over the entire external face resulting in an "aligned" distribution of the satin points with each other as illustrated by the arrow in FIG. 4.
  • the spacing between sets Adjacent satin dots are variable, as will now be described.
  • FIG. 5 illustrates the distribution of the satin stitches on the external face F 2 of a woven structure variant 10 according to the invention.
  • the satin dots are represented by black rectangles.
  • the son C21, C22, C2n of the second set are adjacent to the outer face F2 only at the points of satin P21, P2n.
  • the T2S and T2Z son of the first set on the side of the outer face F2 are in turn represented by a white rectangle.
  • FIG. 5 also indicates the position of the blocks BS (wires of the first set having a direction of twist S) and BZ (wires of the first set having a direction of torsion Z).
  • the woven structure 10 illustrated in Figure 5 comprises on its outer face F2 a first wire C21 of the second set forming a first set of satin points P21.
  • the structure 10 further comprises on its outer face F2 a second wire C22 of the second set, the second wire C22 is adjacent to the first wire C21 and forms a second set of satin points P22.
  • the structure 10 further comprises on its outer face F2 a third wire C23 of the second set adjacent to the second wire C22 and forming a third set of satin points P23.
  • the satin stitches P22 of the second set are offset by the satin stitches P21. of the first set according to a first spacing noted E21.
  • the satin stitches P23 of the third set are, in turn, shifted satin stitches P22 of the second set at a different spacing E22.
  • the satin points are distributed in a herringbone configuration as shown.
  • FIG. 6 illustrates the distribution of satin points on the outer face F3 of another variant of woven structure 100 according to the invention.
  • the satin dots are represented by black rectangles.
  • the son C31, C32, C3n of the second set are adjacent to the outer face F3 only at the points of satin P31, P3n.
  • the son T3S and T3Z of the first set located on the side of the outer face F3 are in turn represented by a white rectangle.
  • FIG. 6 also indicates the position of the blocks BS (wires of the first set having a direction of twist S) and BZ (wires of the first set having a direction of torsion Z).
  • the woven structure 100 illustrated in Figure 6 comprises on its outer face F3 a first wire C31 of the second set forming a first set of satin points P31.
  • the structure 100 further comprises on its outer face F3 a second wire C32 of the second set, the second wire C32 is adjacent to the first wire C31 and forms a second set of satin points P32.
  • the structure 10 further comprises on its outer face F3 a third wire C33 of the second set adjacent to the second wire C32 and forming a third set of satin points P33.
  • the satin points P32 of the second set are shifted from the satin points P31 of the first set according to a first spacing noted E31.
  • the satin stitches P33 of the third set are, for their part, offset from the satin stitches P32 of the second set at a different spacing E32. Indeed, we see, in the illustrated example, that we go from a satin point of the first set to a satin point of the second together by moving a rectangle down and four rectangles to the left. We also pass from a satin point of the second set to a satin point of the third set by moving a rectangle down and two rectangles to the left.
  • the satin points are distributed in a diamond configuration as illustrated.
  • FIGS. 5 and 6 implementing a variable spacing between the sets of adjacent satin points advantageously make it possible to further reduce the deflection of the fibrous structure during its heat treatment.
  • Fig. 7 shows a satin-like multi-layer 3D weave weave plane (multi-satin weave) bonding a plurality of layers of weft yarns T4S and T4Z.
  • the illustrated woven structure 1000 has on its outer face F4 a weave with satin weave formed by connecting weft son T4S and T4Z with C4 warp son.
  • the son present on the outer face F4 are son of a carbon precursor or carbon son.
  • more weft yarns T4S and T4Z are counted than chain yarns C4.
  • the first set of threads correspond to the weft threads T4S and T4Z and the second set of threads correspond to the warp threads C4.
  • the son C4 of the second set are located on the side of the outer face F4 only at the points of satin P4. However, it is not beyond the scope of the invention if the opposite was considered (first set corresponding to the warp son and second set to the weft son).
  • the first set of wires T4S and T4Z comprises in the illustrated example an alternation of blocks BS of wires T4S having a direction of torsion S and blocks BZ of wires T4Z having a twist direction Z.
  • the C4 warp yarns are periodically deviated from their path over a weft layer to alternatively grab a weft yarn of that weft layer and seize together a weft yarn of that weft layer and the weft yarn. frame located in the same column of the upper adjacent weft layer.
  • FIG. 8 schematically illustrates the implementation of a method of heat treatment of the fibrous structure 1 described in FIG. 1.
  • the fibrous structure 1 is set in motion by means of a control system. conveying through a heating chamber 18.
  • the conveying system has a first set of rollers 14a and 14b and a second set of rollers 16a and 16b disposed at both ends of the heating chamber 18 to ensure the scrolling of the structure 1 through the heating chamber 18.
  • the structure 1 is set in motion along the direction of elongation of the son of the first set (arrow F).
  • the structure 1 can scroll through the heating chamber 18 continuously (ie without stopping) or discontinuous (ie in increments alternating between at least one phase of displacement and a stopping phase).
  • the son of the first set are, in the example shown, the T1S and T1Z frame son but it would not depart from the scope of the invention if it were warp son. Due to its weight, the fibrous structure 1 may not have a perfectly rectilinear shape when it travels in the heating chamber 18, which can cause friction of the structure 1 inside said enclosure 18 at the level of a surface S of a wall 12 of the enclosure 18.
  • the fibrous structure 1 is further arranged so that the external face Fl is the friction face with the heating chamber 18. As mentioned above, such a configuration allows during the heat treatment, not to produce a deflection of the fibrous structure 1 and not to damage the latter when it passes through the chamber 18.
  • the outer face intended to rub inside the heating chamber is a warp face (i e a face on which warp threads are predominantly present).
  • the outer face intended to rub inside the heating chamber is a weft face (ie a face on which weft threads are predominantly present).
  • the heating chamber 18 may be provided with one or more heating elements intended to impose the desired temperature inside the latter. Alternatively, the heating chamber 18 is placed in an oven configured to impose the desired working temperature.
  • the fibrous structure 1 may for example consist of son of a carbon precursor and undergo, during its passage through the chamber 18, a thermal pyrolysis treatment to convert the carbon precursor carbon.
  • the heat treatment implemented in the chamber 18 may be a heat desensitization treatment or a thermochemical type treatment.
  • the temperature imposed inside the heating chamber 18 may be greater than or equal to 200 ° C.
  • the treated fibrous structure 1 can be dry, and in particular not be coated with a lubricant.
  • Figure 9 is, for its part, a flow chart of a method of manufacturing a composite material part.
  • a first step 150 is performed to form a fibrous preform from one or more fibrous structures as described above.
  • a preform may for example be obtained by draping a plurality of fibrous structures on a mandrel, in a manner known per se.
  • a matrix is then formed in the porosity of the fibrous preform thus obtained (step 250).
  • the matrix makes it possible to fill the porosity of the preform, in all or part of the volume thereof.
  • the matrix may be an organic matrix and be formed by impregnating the fiber preform with a resin and then polymerizing the latter.
  • the preform is placed in a mold with a cavity having the shape of the molded final part. The resin is injected into the cavity of the mold to impregnate the fiber preform and a heat treatment is then performed to make it polymerize.
  • the matrix can be formed, in a manner known per se, by the liquid densification (CVL) or gas densification (CVI) method, or by a combination of these two methods.
  • CVL liquid densification
  • CVI gas densification
  • the liquid process consists in impregnating the preform with a liquid composition containing a precursor of the material of the matrix.
  • the precursor is usually in the form of a polymer, such as a resin, optionally diluted in a solvent.
  • the conversion of the precursor into a matrix is carried out by heat treatment, generally by heating the mold, after removal of the optional solvent and crosslinking of the polymer, the preform being always maintained in the mold having a shape corresponding to that of the part to be produced.
  • the heat treatment comprises a step of pyrolysis of the precursor to form the ceramic matrix.
  • liquid precursors of ceramics in particular of SiC, may be polycarbosilane (PCS) or polytitanocarbosilane (PTCS) or polysilazane (PSZ) type resins.
  • PCS polycarbosilane
  • PTCS polytitanocarbosilane
  • PSZ polysilazane
  • the densification of the fiber preform can also be carried out, in a known manner, by gaseous method by chemical vapor infiltration of the matrix (CVI).
  • CVI chemical vapor infiltration of the matrix
  • the fiber preform corresponding to the structure to be produced is placed in an oven in which a gaseous reaction phase is admitted.
  • the pressure and the temperature prevailing in the furnace and the composition of the gas phase are chosen so as to allow the diffusion of the gas phase within the porosity of the preform to form the matrix by deposition, at the heart of the material on contact.
  • the formation of an SiC matrix can be obtained with methyltrichlorosilane (MTS) giving SiC by decomposition of the MTS.
  • MTS methyltrichlorosilane
  • a densification combining liquid route and gaseous route can also be used to facilitate implementation, limit costs and production cycles while obtaining satisfactory characteristics for the intended use.

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Abstract

La présente invention concerne une structure fibreuse tissée (1) présentant sur au moins une de ses faces externes (Fl) un tissage à armure satin formé par liaison d'un premier ensemble de fils (TIS; TIZ) avec un deuxième ensemble de fils (Cl), caractérisée en ce que le premier ensemble de fils (TIS; TIZ) est majoritaire sur la face externe, ledit premier ensemble de fils étant formé d'un mélange de fils (TIS) ayant une torsion S et de fils (TIZ) ayant une torsion Z.

Description

Structure fibreuse tissée présentant sur au moins une de ses faces externes un tissage à armure satin
Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne notamment une structure fibreuse tissée comprenant des fils d'un précurseur de carbone ou de carbone et présentant au moins en surface un mélange de fils ayant un sens de torsion distinct. II est connu d'obtenir une structure fibreuse tissée avec une armure satin et comprenant des fils de carbone à partir de la pyrolyse d'une structure fibreuse tissée avec une armure satin et comprenant des fils d'un précurseur de carbone. Pour ce faire, la structure fibreuse formée du précurseur de carbone est mise en mouvement au travers d'un four par un système de convoyage. Lors de cette mise en mouvement, au moins une des faces externes de la structure fibreuse traitée peut entrer en contact et frotter avec une paroi du four. Ce frottement peut affecter la qualité du procédé réalisé.
En effet, si la structure fibreuse est déplacée dans le sens chaîne et que la face externe frottante est une face sur laquelle des fils de trame sont majoritairement présents, le frottement peut engendrer une dégradation de la structure fibreuse au niveau de cette face externe dans la mesure où le sens de déplacement imposé est transversal à la direction d'élongation des fils majoritairement présents au niveau de la surface frottante. Le fait d'ajouter un lubrifiant afin de faciliter le glissement ne permet pas de résoudre ce problème de manière satisfaisante dans la mesure où le lubrifiant s'évapore aux températures de travail.
De nouveaux essais ont été conduits par les inventeurs dans lesquels la surface frottante a été inversée. Dans ces essais, la structure fibreuse était déplacée dans le sens chaîne mais la face externe frottante correspondait cette fois-ci à une face sur laquelle des fils de chaîne sont majoritairement présents. Le problème d'endommagement lié au frottement a été ainsi résolu. Toutefois, les inventeurs ont constaté l'apparition d'un nouveau problème dans cette configuration lié au fait que la structure fibreuse traitée avait tendance à se déporter dans une direction transversale au sens de déplacement. Cette déviation conduit à des interventions manuelles trop fréquentes pour recentrer le tissu dans l'axe du four pour être envisageable à l'échelle industrielle.
On connaît par ailleurs FR 2 902 803 qui divulgue une structure fibreuse de renfort pour pièce en matériau composite une pièce comprenant une telle structure et DE 43 20 521 qui divulgue un tissu pour ruban encreur.
Il existe donc un besoin pour réduire, voire éliminer, la déviation de la structure fibreuse tissée à armure satin rencontrée lors du déplacement de celle-ci durant son traitement thermique.
Obiet et résumé de l'invention
A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, une structure fibreuse tissée comprenant des fils d'un précurseur de carbone et présentant sur au moins une de ses faces externes un tissage à armure satin formé par liaison d'un premier ensemble de fils avec un deuxième ensemble de fils,
caractérisée en ce que le premier ensemble de fils est majoritaire sur la face externe, ledit premier ensemble de fils étant formé d'un mélange de fils ayant une torsion S et de fils ayant une torsion Z.
Par « précurseur de carbone », on entend un matériau configuré pour être transformé en carbone par traitement thermique de pyrolyse. Les fils d'un précurseur de carbone peuvent par exemple être des fils de polyacrylonitrile (PAN), des fils de polyacrylonitrile oxydé, des fils de cellulose comme des fils de rayonne ou des fils de brai.
Le premier ensemble de fils est majoritaire sur la face externe c'est-à-dire qu'au moins 50% des fils présents sur la face externe sont des fils du premier ensemble de fils.
Les fils du premier ensemble de fils peuvent être des fils de chaîne et les fils du deuxième ensemble de fils peuvent être des fils de trame ou, inversement, les fils du premier ensemble de fils peuvent être des fils de trame et les fils du deuxième ensemble de fils peuvent être des fils de chaîne. A toutes fins utiles, il est précisé que, sauf mention contraire, une inversion des rôles entre chaîne et trame est possible dans le texte qui suit, et doit être considérée comme couverte aussi par les revendications. Les inventeurs ont constaté que la présence sur la face externe de la structure fibreuse du mélange de fils ayant des sens de torsion distincts (sens de torsion S ou Z) permet, en cas de frottement de cette face externe durant le traitement thermique de la structure fibreuse, de réduire la déviation de cette dernière. Les inventeurs ont en effet constaté que le phénomène de déviation observé est lié au sens de torsion des fils présents sur la face externe de la structure fibreuse. Ainsi, si cette face externe présente uniquement des fils ayant une torsion S, la structure fibreuse va significativement se déporter dans une direction donnée. Si cette face externe présente au contraire uniquement des fils ayant une torsion Z, la structure fibreuse va significativement se déporter dans la direction opposée. Ainsi, l'invention propose de « moyenner » ces déviations dans des directions opposées en mettant en œuvre au niveau de la face externe de la structure fibreuse un mélange de fils ayant un sens de torsion différent afin de réduire le phénomène de déviation observé.
L'invention propose, selon un deuxième aspect, une structure fibreuse tissée comprenant des fils de carbone et présentant sur au moins une de ses faces externes un tissage à armure satin formé par liaison d'un premier ensemble de fils avec un deuxième ensemble de fils,
caractérisée en ce que le premier ensemble de fils est majoritaire sur la face externe, ledit premier ensemble de fils étant formé d'un mélange de fils ayant une torsion S et de fils ayant une torsion Z.
Une telle structure fibreuse avec des fibres de carbone correspond au produit obtenu après traitement de pyrolyse de la structure fibreuse avec des fibres précurseur de carbone décrite plus haut.
De préférence, le rapport [nombre de fils ayant une torsion S dans le premier ensemble de fils]/[nombre de fils ayant une torsion Z dans le premier ensemble de fils] peut être compris entre 0,75 et 1,25.
Une telle caractéristique permet avantageusement de réduire très significativement voire d'éliminer totalement le phénomène de déviation de la structure fibreuse dans la mesure où les fils de torsion S et de torsion Z sont présents sensiblement dans la même proportion. De préférence encore, ce rapport peut être compris entre 0,9 et 1,1 voire être sensiblement égal à 1. Dans un exemple de réalisation, la structure fibreuse peut être une structure tissée bidimensionnelle à armure satin.
En variante, la structure fibreuse peut être formée d'un tissage tridimensionnel.
Par « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D », il faut comprendre un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de chaîne lient des fils de trame sur plusieurs couches de trame.
Dans ce cas, la structure fibreuse peut être un tissu multi-satin, c'est-à-dire un tissu obtenu par tissage tridimensionnel avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de type satin classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles. En variante, la structure peut avoir une partie externe, ou peau, adjacente à la face externe formée par le tissage satin avec le mélange de fils ayant un sens de torsion différent et une partie interne, ou cœur, formée par tissage avec une armure de tissage différente de l'armure satin, par exemple avec une armure interlock. Par « armure ou tissu interlock », il faut comprendre une armure de tissage 3D dont chaque couche de fils de chaîne lie plusieurs couches de fils de trame avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. Différents modes de tissage multicouche utilisables pour former le c ur sont notamment décrits dans le document WO 2006/136755. Un tel exemple de réalisation correspond à une structure tissée présentant une armure de tissage évolutive. Le cœur de cette structure tissée peut par exemple être formé par tissage de fils ou de tresses.
De préférence, la structure peut comprendre sur sa face externe :
- un premier fil du deuxième ensemble de fils réalisant un premier ensemble de points de satin,
- un deuxième fil du deuxième ensemble de fils adjacent au premier fil du deuxième ensemble de fils et réalisant un deuxième ensemble de points de satin, les points de satin du deuxième ensemble étant décalés des points de satin du premier ensemble selon un premier espacement, et
- un troisième fil du deuxième ensemble de fils adjacent au deuxième fil du deuxième ensemble de fils et réalisant un troisième ensemble de points de satin, les points de satin du troisième ensemble étant décalés des points de satin du deuxième ensemble selon un deuxième espacement différent du premier espacement.
Les inventeurs ont constaté qu'une telle répartition relative des ensembles de points de satin participe avantageusement à réduire encore la déviation de la structure fibreuse observée lors de son traitement thermique.
La présente invention vise également un procédé de traitement d'une structure fibreuse telle que décrite plus haut, comportant au moins une étape de traitement thermique de la structure fibreuse dans lequel cette structure fibreuse est mise en mouvement au travers d'une enceinte chauffante le long de la direction d'élongation des fils du premier ensemble.
Durant le traitement thermique, la structure fibreuse est agencée de sorte que la face externe soit la face frottante avec l'enceinte chauffante et le déplacement est effectué le long de la direction d'élongation des fils du premier ensemble, majoritaires sur la face externe, afin de ne pas endommager la structure fibreuse lors du frottement avec l'enceinte chauffante. Ainsi, le traitement thermique de la structure fibreuse décrite plus haut n'engendre pas d'endommagement de cette dernière tout en limitant, voire supprimant, le phénomène de déviation du fait de la présence, sur la face externe, du mélange de fils ayant des sens de torsion différents.
Ce procédé peut concerner la fabrication de la structure fibreuse tissée incorporant des fibres de carbone décrite plus haut, par pyrolyse des fils en précurseur de carbone. Ainsi, la présente invention vise également un procédé de traitement thermique dans lequel une structure comprenant des fils d'un précurseur de carbone telle que décrite plus haut subit une pyrolyse dans l'enceinte chauffante afin d'obtenir la structure comprenant des fils de carbone décrite plus haut.
Ce procédé peut, en variante, constituer un procédé de désensimage thermique dans lequel on traite une structure fibreuse ensimée telle que décrite plus haut (avec fils en précurseur de carbone ou en carbone).
La présente invention vise encore un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite, comprenant au moins les étapes suivantes : - formation d'une préforme fibreuse de la pièce à obtenir à partir d'une ou plusieurs structures fibreuses comprenant des fils de carbone telles que décrites plus haut, et
- formation d'une matrice à l'intérieur de la porosité de cette préforme afin d'obtenir la pièce en matériau composite.
Dans un exemple de réalisation, la matrice peut être formée d'une matrice organique, d'une matrice céramique ou d'une matrice en carbone. Lorsque la matrice est une matrice organique, le procédé peut comporter l'imprégnation de la préforme fibreuse par une résine à l'état fluide, telle qu'une résine phénolique. La résine utilisée peut être une résine thermoplastique ou thermodurcissable, dans ce dernier cas la polymérisation de la résine est effectuée après imprégnation afin d'obtenir la matrice organique.
On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention lorsqu'une matrice distincte est formée. La matrice peut ainsi par exemple être au moins en partie en carbone ou en un matériau céramique, tel que le carbure de silicium (SiC). Dans ces derniers cas, la matrice peut être formée par un procédé de densification par voie liquide comprenant l'imprégnation par un précurseur du matériau de matrice à former suivie de la pyrolyse de ce précurseur. On peut, en variante ou en combinaison, utiliser une densification par voie gazeuse (infiltration chimique en phase vapeur) ou un procédé d'infiltration à l'état fondu (« Melt-Infiltration ») afin de former tout ou partie de la matrice. Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente un plan d'une armure de tissage relatif à un mode de réalisation de structure tissée selon l'invention,
- la figure 2 représente un fil ayant un sens de torsion S,
- la figure 3 représente un fil ayant un sens de torsion Z,
- la figure 4 représente la répartition des points de satin sur la face externe de la structure tissée illustrée à la figure 1, - la figure 5 représente la répartition des points de satin sur une face externe d'un autre mode de réalisation de structure tissée selon l'invention,
- la figure 6 représente la répartition des points de satin sur une face externe d'un autre mode de réalisation de structure tissée selon l'invention,
- la figure 7 représente un plan d'une armure de tissage relatif à une variante de structure tissée selon l'invention,
- la figure 8 illustre de manière schématique le traitement thermique d'une structure tissée selon l'invention au travers d'une enceinte chauffante, et
- la figure 9 est un ordinogramme illustrant les étapes d'un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation
On a représenté à la figure 1 un plan d'une armure de tissage relatif à un premier mode de réalisation de structure tissée 1 selon l'invention. La structure tissée 1 illustrée est une structure tissée bidimensionnelle à armure satin. La structure tissée 1 présente sur sa face externe Fl un tissage à armure satin formé par liaison de fils de trame TIS et T1Z avec des fils de chaîne Cl. Les fils présents sur la face externe Fl sont des fils d'un précurseur de carbone ou des fils en carbone. La structure tissée 1 est constituée de fils d'un précurseur de carbone ou de fils de carbone. Ce qui va être décrit dans la suite s'applique de manière équivalente à ces deux alternatives.
Le plan de l'armure de la structure tissée 1 illustré présente une unique couche de fils de trame TIS et T1Z et une unique couche de fils de chaîne Cl. Chaque fil de chaîne Cl est dévié périodiquement de manière à saisir un fil de trame sur n, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 3, afin de réaliser la liaison entre les fils de trame TIS et T1Z et de chaîne Cl. Dans l'exemple illustré n est égal à 8 mais on ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque n prend une autre valeur tout en restant au moins égal à 3. Les fils de chaîne Cl définissent au niveau des fils de trame saisis des points de satin Pl. On dénombre, dans l'exemple illustré, sur la face externe Fl plus de fils de trame T1S et TIZ que de fils de chaîne Cl. Aussi, dans cet exemple le premier ensemble de fils correspond aux fils de trame T1S et TIZ et le deuxième ensemble de fils correspond aux fils de chaîne Cl. Les fils Cl du deuxième ensemble sont situés du côté de la face externe Fl uniquement au niveau des points de satin Pl. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention si l'inverse était considéré (premier ensemble correspondant aux fils de chaîne et deuxième ensemble aux fils de trame). Comme illustré, les fils sont sur la face externe Fl à plus de 50%, voire à au moins 75%, des fils du premier ensemble de fils T1S et TIZ.
Le premier ensemble de fils (ici les fils de trame T1S et TIZ) est formé de fils d'un précurseur de carbone ou de carbone. Le premier ensemble de fils comporte à la fois des fils ayant une torsion S et des fils ayant une torsion Z. Le deuxième ensemble de fils Cl peut, quant à lui, être formé de fils ayant le même sens de torsion ou en variante d'un mélange de fils de sens de torsion S et de fils de sens de torsion Z. Le deuxième ensemble de fils est aussi formé de fils d'un précurseur de carbone ou de carbone. Dans l'exemple illustré et comme il sera détaillé plus bas, la face externe Fl est destinée à constituer la face frottant avec l'enceinte chauffante lors du traitement thermique de cette structure fibreuse 1 et ladite structure 1 est destinée à être mise en mouvement le long de la direction d'élongation des fils du premier ensemble T1S et TIZ lors de ce traitement thermique. Le premier ensemble de fils T1S et TIZ comprend dans l'exemple illustré une alternance de blocs BS de fils T1S ayant un sens de torsion S et de blocs BZ de fils TIZ ayant un sens de torsion Z. En d'autres termes, lorsque l'on se déplace le long de la direction d'élongation des fils du deuxième ensemble, la structure fibreuse 1 présente successivement au moins un premier bloc BS de fils T1S du premier ensemble ayant un sens de torsion S, un premier bloc BZ de fils TIZ du premier ensemble ayant un sens de torsion Z, un deuxième bloc BS de fils T1S du premier ensemble ayant un sens de torsion S et un deuxième bloc BZ de fils TIZ du premier ensemble ayant un sens de torsion Z. Dans l'exemple illustré, les blocs BS et BZ des fils du premier ensemble présentent chacun le même nombre de fils mais on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque ces blocs présentent chacun un nombre de fils différents. Ainsi, dans l'exemple illustré, le rapport [nombre de fils T1S ayant une torsion S dans le premier ensemble de fils]/[nombre de fils T1Z ayant une torsion Z dans le premier ensemble de fils] est égal à 1 mais ce rapport peut, dans le cadre de l'invention, prendre d'autres valeurs selon la proportion relative entre les fils de torsion S et ceux de torsion Z. Dans l'exemple illustré, les blocs BS et BZ comprennent chacun quatre fils du premier ensemble mais, plus généralement, ces blocs BS et BZ peuvent par exemple chacun comporter au moins deux fils du premier ensemble de fils. On retrouve un mouvement des fils de chaîne Cl similaire dans tous les plans de l'armure de la structure tissée 1.
La figure 2 illustre un exemple de fil T1S ayant une torsion S et la figure 3 un exemple de fil T1Z ayant une torsion Z. Chacun des fils T1S et T1Z est constitué d'un enroulement d'une pluralité de fibres respectivement 1S et 2S, d'une part, et 1Z et 2Z d'autre part. Selon le sens d'enroulement de ces fibres entre elles, le fil est désigné, de manière connue en soi, comme présentant une torsion S ou Z.
Comme mentionné plus haut, une telle structure fibreuse 1 permet du fait de la présence du premier ensemble de fils comprenant des fils ayant un sens de torsion distinct de limiter la déviation de la structure fibreuse lors de son défilement au travers d'une enceinte chauffante.
La figure 4 illustre la répartition des points de satin sur la face externe Fl de la structure tissée 1 illustrée à la figure 1. Sur cette figure, les points de satin sont représentés par des rectangles noirs. Dans l'exemple illustré et comme illustré à la figure 1, les fils Cil, C12, Cln du deuxième ensemble Cl sont adjacents à la face externe Fl uniquement au niveau des points de satin Pli, Pin. Les fils T1S et T1Z du premier ensemble situés du côté de la face externe Fl sont quant à eux représentés par un rectangle blanc à la figure 4. La figure 4 indique par ailleurs la position des blocs BS (fils du premier ensemble ayant un sens de torsion S) et BZ (fils du premier ensemble ayant un sens de torsion Z).
La structure tissée 1 illustrée à la figure 4 comprend sur sa face externe Fl un premier fil Cil du deuxième ensemble formant un premier ensemble de points de satin Pli. La structure 1 comprend en outre sur sa face externe Fl un deuxième fil C12 du deuxième ensemble, le deuxième fil C12 est adjacent au premier fil Cil et forme un deuxième ensemble de points de satin P12. La structure 1 comprend en outre sur sa face externe Fl un troisième fil C13 du deuxième ensemble adjacent au deuxième fil C12 et formant un troisième ensemble de points de satin P13.
Dans l'exemple de structure 1 illustrée à la figure 4, les points de satin P12 du deuxième ensemble sont décalés des points de satin Pli du premier ensemble selon un premier espacement noté Eli. De la même manière, les points de satin P13 du troisième ensemble sont décalés des points de satin P12 du deuxième ensemble selon le même espacement Eli. Plus généralement, on voit que les points de satin de deux ensembles de points de satin adjacents se correspondent, dans l'exemple illustré, par un déplacement d'un rectangle vers le bas et de trois rectangles vers la gauche. Cette correspondance est invariable sur toute la face externe aboutissant une répartition « alignée » des points de satin entre eux comme illustré par la flèche figurant à la figure 4. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention lorsque l'espacement entre des ensembles de points de satin adjacents est variable, comme il va être à présent décrit.
La figure 5 illustre la répartition des points de satin sur la face externe F2 d'une variante de structure tissée 10 selon l'invention. Les points de satin sont représentés par des rectangles noirs. Dans l'exemple illustré, les fils C21, C22, C2n du deuxième ensemble sont adjacents à la face externe F2 uniquement au niveau des points de satin P21, P2n. Les fils T2S et T2Z du premier ensemble situés du côté de la face externe F2 sont quant à eux représentés par un rectangle blanc. La figure 5 indique par ailleurs la position des blocs BS (fils du premier ensemble ayant un sens de torsion S) et BZ (fils du premier ensemble ayant un sens de torsion Z).
La structure tissée 10 illustrée à la figure 5 comprend sur sa face externe F2 un premier fil C21 du deuxième ensemble formant un premier ensemble de points de satin P21. La structure 10 comprend en outre sur sa face externe F2 un deuxième fil C22 du deuxième ensemble, le deuxième fil C22 est adjacent au premier fil C21 et forme un deuxième ensemble de points de satin P22. La structure 10 comprend en outre sur sa face externe F2 un troisième fil C23 du deuxième ensemble adjacent au deuxième fil C22 et formant un troisième ensemble de points de satin P23.
Dans l'exemple de structure 10 illustrée à la figure 5, les points de satin P22 du deuxième ensemble sont décalés des points de satin P21 du premier ensemble selon un premier espacement noté E21. Les points de satin P23 du troisième ensemble sont, quant à eux, décalés des points de satin P22 du deuxième ensemble selon un espacement différent E22. En effet, on voit, dans l'exemple illustré, que l'on passe d'un point de satin du premier ensemble à un point de satin du deuxième ensemble par un déplacement d'un rectangle vers le bas et de deux rectangles vers la gauche. On passe par ailleurs d'un point de satin du deuxième ensemble à un point de satin du troisième ensemble par un déplacement d'un rectangle vers le bas et de trois rectangles vers la droite. Dans l'exemple de la figure 5, les points de satin sont répartis selon une configuration en chevrons comme illustré.
La figure 6 illustre la répartition des points de satin sur la face externe F3 d'une autre variante de structure tissée 100 selon l'invention. Les points de satin sont représentés par des rectangles noirs. Dans l'exemple illustré, les fils C31, C32, C3n du deuxième ensemble sont adjacents à la face externe F3 uniquement au niveau des points de satin P31, P3n. Les fils T3S et T3Z du premier ensemble situés du côté de la face externe F3 sont quant à eux représentés par un rectangle blanc. La figure 6 indique par ailleurs la position des blocs BS (fils du premier ensemble ayant un sens de torsion S) et BZ (fils du premier ensemble ayant un sens de torsion Z).
La structure tissée 100 illustrée à la figure 6 comprend sur sa face externe F3 un premier fil C31 du deuxième ensemble formant un premier ensemble de points de satin P31. La structure 100 comprend en outre sur sa face externe F3 un deuxième fil C32 du deuxième ensemble, le deuxième fil C32 est adjacent au premier fil C31 et forme un deuxième ensemble de points de satin P32. La structure 10 comprend en outre sur sa face externe F3 un troisième fil C33 du deuxième ensemble adjacent au deuxième fil C32 et formant un troisième ensemble de points de satin P33.
Dans l'exemple de structure 100 illustrée à la figure 6, les points de satin P32 du deuxième ensemble sont décalés des points de satin P31 du premier ensemble selon un premier espacement noté E31. Les points de satin P33 du troisième ensemble sont, quant à eux, décalés des points de satin P32 du deuxième ensemble selon un espacement différent E32. En effet, on voit, dans l'exemple illustré, que l'on passe d'un point de satin du premier ensemble à un point de satin du deuxième ensemble par un déplacement d'un rectangle vers le bas et de quatre rectangles vers la gauche. On passe par ailleurs d'un point de satin du deuxième ensemble à un point de satin du troisième ensemble par un déplacement d'un rectangle vers le bas et de deux rectangles vers la gauche. Dans l'exemple de la figure 6, les points de satin sont répartis selon une configuration en losange comme illustré.
Les inventeurs ont constaté que les modes de réalisation illustrés aux figures 5 et 6 mettant en œuvre un espacement variable entre les ensembles de points de satin adjacents permettent avantageusement de réduire encore la déviation de la structure fibreuse lors de son traitement thermique.
La figure 7 montre un plan d'armure de tissage 3D multicouches de type satin (tissage multi-satin) liant une pluralité de couches de fils de trame T4S et T4Z. La structure tissée 1000 illustrée présente sur sa face externe F4 un tissage à armure satin formé par liaison de fils de trame T4S et T4Z avec des fils de chaîne C4. De la même manière que décrit plus haut, les fils présents sur la face externe F4 sont des fils d'un précurseur de carbone ou des fils en carbone. On dénombre, dans l'exemple illustré, sur la face externe F4 plus de fils de trame T4S et T4Z que de fils de chaîne C4. Aussi, dans cet exemple le premier ensemble de fils correspond aux fils de trame T4S et T4Z et le deuxième ensemble de fils correspond aux fils de chaîne C4. Les fils C4 du deuxième ensemble sont situés du côté de la face externe F4 uniquement au niveau des points de satin P4. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention si l'inverse était considéré (premier ensemble correspondant aux fils de chaîne et deuxième ensemble aux fils de trame). De la même manière que pour le mode de réalisation de la figure 1, le premier ensemble de fils T4S et T4Z comprend dans l'exemple illustré une alternance de blocs BS de fils T4S ayant un sens de torsion S et de blocs BZ de fils T4Z ayant un sens de torsion Z.
Les fils de chaîne C4 sont périodiquement déviés de leur trajet au-dessus d'une couche de trame pour, alternativement, saisir un fil de trame de cette couche de trame et saisir ensemble un fil de trame de cette couche de trame et le fil de trame situé dans la même colonne de la couche de trame adjacente supérieure. On a ainsi formation de points de satin simples classiques P41 alternativement avec des points de satin doubles P42 liant les fils de deux couches de trame adjacentes, donc assurant une liaison entre couches de trame.
La figure 8 illustre de manière schématique la mise en œuvre d'un procédé de traitement thermique de la structure fibreuse 1 décrite à la figure 1. Durant ce procédé, la structure fibreuse 1 est mise en mouvement à l'aide d'un système de convoyage au travers d'une enceinte chauffante 18. Le système de convoyage présente un premier ensemble de rouleaux 14a et 14b et un deuxième ensemble de rouleaux 16a et 16b disposés aux deux extrémités de l'enceinte chauffante 18 permettant d'assurer le défilement de la structure 1 au travers de l'enceinte chauffante 18. La structure 1 est mise en mouvement le long de la direction d'élongation des fils du premier ensemble (flèche F). La structure 1 peut défiler au travers de l'enceinte chauffante 18 de manière continue (i.e. sans s'arrêter) ou discontinue (i.e. par incréments en alternant entre au moins une phase de déplacement et une phase d'arrêt). Les fils du premier ensemble sont, dans l'exemple illustré, les fils de trame T1S et T1Z mais on ne sortirait pas du cadre de l'invention s'il s'agissait de fils de chaîne. Du fait de son poids, la structure fibreuse 1 peut ne pas présenter une forme parfaitement rectiligne lorsqu'elle défile dans l'enceinte chauffante 18, ce qui peut engendrer un frottement de la structure 1 à l'intérieur de ladite enceinte 18 au niveau d'une surface S d'une paroi 12 de l'enceinte 18. La structure fibreuse 1 est en outre agencée de sorte que la face externe Fl soit la face frottant avec l'enceinte chauffante 18. Comme mentionné plus haut, une telle configuration permet, lors du traitement thermique, de ne pas produire de déviation de la structure fibreuse 1 et de ne pas endommager cette dernière lors de sa traversée de l'enceinte 18. Dans le procédé de traitement thermique selon l'invention, lorsque le déplacement de la structure fibreuse 1 est effectué dans le sens chaîne (i.e. selon la direction d'élongation des fils de chaîne dans la structure fibreuse), la face externe destinée à frotter à l'intérieur de l'enceinte chauffante est une face chaîne (i.e. une face sur laquelle des fils de chaîne sont majoritairement présents). De manière analogue, lorsque le déplacement est effectué dans le sens trame (i.e. selon la direction d'élongation des fils de trame dans la structure fibreuse), la face externe destinée à frotter à l'intérieur de l'enceinte chauffante est une face trame (i.e. une face sur laquelle des fils de trame sont majoritairement présents).
L'enceinte chauffante 18 peut être munie d'un ou plusieurs organes de chauffage destinés à imposer la température souhaitée à l'intérieur de cette dernière. En variante, l'enceinte chauffante 18 est placée dans un four configuré pour imposer la température de travail souhaitée. La structure fibreuse 1 peut par exemple être constituée de fils d'un précurseur de carbone et subir, lors de sa traversée de l'enceinte 18, un traitement thermique de pyrolyse afin de transformer le précurseur de carbone en carbone. En variante, le traitement thermique mis en œuvre dans l'enceinte 18 peut être un traitement de désensimage thermique ou un traitement de type thermochimique. D'une manière générale, la température imposée à l'intérieur de l'enceinte chauffante 18 peut être supérieure ou égale à 200°C. En outre, la structure fibreuse 1 traitée peut être sèche, et en particulier ne pas être enduite d'un lubrifiant.
La figure 9 est, quant à elle, un ordinogramme d'un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite. Dans ce procédé une première étape 150 est effectuée afin de former une préforme fibreuse à partir d'une ou plusieurs structures fibreuses telles que décrites plus haut. Une préforme peut par exemple être obtenue par drapage d'une pluralité de structures fibreuses sur un mandrin, de manière connue en soi. Une matrice est ensuite formée dans la porosité de la préforme fibreuse ainsi obtenue (étape 250). La matrice permet de combler la porosité de la préforme, dans tout ou partie du volume de celle-ci. La matrice peut être une matrice organique et être formée par imprégnation de la préforme fibreuse par une résine puis polymérisation de cette dernière. Dans ce cas, la préforme est placée dans un moule avec une cavité présentant la forme de la pièce finale moulée. La résine est injectée dans la cavité du moule pour imprégner la préforme fibreuse et un traitement thermique est ensuite réalisé afin de la faire polymériser.
On peut, en variante, former la matrice, de façon connue en soi, suivant le procédé par densification par voie liquide (CVL) ou par densification par voie gazeuse (CVI), ou encore suivant un enchaînement de ces deux procédés.
Le procédé par voie liquide consiste à imprégner la préforme par une composition liquide contenant un précurseur du matériau de la matrice. Le précurseur se présente habituellement sous forme d'un polymère, tel qu'une résine, éventuellement dilué dans un solvant. La transformation du précurseur en matrice est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage du moule, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère, la préforme étant toujours maintenue dans le moule ayant une forme correspondant à celle de la pièce à réaliser. Dans le cas de la formation d'une matrice céramique, le traitement thermique comporte une étape de pyrolyse du précurseur pour former la matrice céramique. A titre d'exemple, des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ). Plusieurs cycles consécutifs, depuis l'imprégnation jusqu'au traitement thermique, peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité.
La densification de la préforme fibreuse peut également être réalisée, de façon connue, par voie gazeuse par infiltration chimique en phase vapeur de la matrice (CVI). La préforme fibreuse correspondant à la structure à réaliser est placée dans un four dans lequel est admise une phase gazeuse réactionnelle. La pression et la température régnant dans le four et la composition de la phase gazeuse sont choisies de manière à permettre la diffusion de la phase gazeuse au sein de la porosité de la préforme pour y former la matrice par dépôt, au cœur du matériau au contact des fibres, d'un matériau solide résultant d'une décomposition d'un constituant de la phase gazeuse ou d'une réaction entre plusieurs constituants. La formation d'une matrice SiC peut être obtenue avec du méthyltrichlorosilane (MTS) donnant du SiC par décomposition du MTS.
Une densification combinant voie liquide et voie gazeuse peut être également utilisée pour faciliter la mise en œuvre, limiter les coûts et les cycles de fabrication tout en obtenant des caractéristiques satisfaisantes pour l'utilisation envisagée.
L'expression « compris(e) entre ... et ... » doit se comprendre comme incluant les bornes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure fibreuse tissée (1 ; 10 ; 100 ; 1000) comprenant des fils d'un précurseur de carbone et présentant sur au moins une de ses faces externes (Fl ; F2 ; F3 ; F4) un tissage à armure satin formé par liaison d'un premier ensemble de fils (T1S-T4S ; T1Z-T4Z) avec un deuxième ensemble de fils (Cl ; C4),
caractérisée en ce que le premier ensemble de fils (T1S-T4S ; T1Z- T4Z) est majoritaire sur la face externe, ledit premier ensemble de fils étant formé d'un mélange de fils (T1S-T4S) ayant une torsion S et de fils (T1Z-T4Z) ayant une torsion Z, et en ce que la structure comprend sur sa face externe (F2 ; F3) :
- un premier fil (C21 ; C31) du deuxième ensemble de fils réalisant un premier ensemble de points de satin (P21 ; P31),
- un deuxième fil (C22 ; C32) du deuxième ensemble de fils adjacent au premier fil (C21 ; C31) du deuxième ensemble de fils et réalisant un deuxième ensemble de points de satin (P22 ; P32), les points de satin du deuxième ensemble étant décalés des points de satin du premier ensemble selon un premier espacement (E21 ; E31), et
- un troisième fil (C23 ; C33) du deuxième ensemble de fils adjacent au deuxième fil (C22 ; C32) du deuxième ensemble de fils et réalisant un troisième ensemble de points de satin (P23 ; P33), les points de satin du troisième ensemble étant décalés des points de satin du deuxième ensemble selon un deuxième espacement (E22 ; E32) différent du premier espacement (E21 ; E31).
2. Structure fibreuse tissée (1 ; 10 ; 100 ; 1000) comprenant des fils de carbone et présentant sur au moins une de ses faces externes (Fl ; F2 ; F3 ; F4) un tissage à armure satin formé par liaison d'un premier ensemble de fils (T1S-T4S ; T1Z-T4Z) avec un deuxième ensemble de fils (Cl ; C4),
caractérisée en ce que le premier ensemble de fils (T1S-T4S ; T1Z- T4Z) est majoritaire sur la face externe, ledit premier ensemble de fils étant formé d'un mélange de fils (T1S-T4S) ayant une torsion S et de fils (T1Z-T4Z) ayant une torsion Z, et en ce que la structure comprend sur sa face externe (F2 ; F3) : - un premier fil (C21 ; C31) du deuxième ensemble de fils réalisant un premier ensemble de points de satin (P21 ; P31),
- un deuxième fil (C22 ; C32) du deuxième ensemble de fils adjacent au premier fil (C21 ; C31) du deuxième ensemble de fils et réalisant un deuxième ensemble de points de satin (P22 ; P32), les points de satin du deuxième ensemble étant décalés des points de satin du premier ensemble selon un premier espacement (E21 ; E31), et
- un troisième fil (C23 ; C33) du deuxième ensemble de fils adjacent au deuxième fil (C22 ; C32) du deuxième ensemble de fils et réalisant un troisième ensemble de points de satin (P23 ; P33), les points de satin du troisième ensemble étant décalés des points de satin du deuxième ensemble selon un deuxième espacement (E22 ; E32) différent du premier espacement (E21 ; E31).
3. Structure (1 ; 10 ; 100 ; 1000) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le rapport [nombre de fils ayant une torsion S dans le premier ensemble de fils]/[nombre de fils ayant une torsion Z dans le premier ensemble de fils] est compris entre 0,75 et 1,25.
4. Structure (1 ; 10 ; 100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, la structure fibreuse (1 ; 10 ; 100) étant une structure tissée bidimensionnelle à armure satin.
5. Structure (1000) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, la structure fibreuse (1000) étant formée d'un tissage tridimensionnel.
6. Structure selon la revendication 5, la structure fibreuse (1000) étant un tissu multi-satin.
7. Procédé de traitement d'une structure fibreuse (1 ; 10 ; 100 ;
1000) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant au moins une étape de traitement thermique de la structure fibreuse dans lequel cette structure fibreuse est mise en mouvement au travers d'une enceinte chauffante (18) le long de la direction d'élongation (F) des fils du premier ensemble.
8. Procédé selon la revendication 6 dans lequel la structure selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 6 rattachées à la revendication 1 subit une pyrolyse dans l'enceinte chauffante (18) afin d'obtenir la structure selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 à 6 rattachées à la revendication 2.
9. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite, comprenant au moins les étapes suivantes :
- formation d'une préforme fibreuse de la pièce à obtenir à partir d'une ou plusieurs structures fibreuses selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 à 6 rattachées à la revendication 2, et- formation d'une matrice à l'intérieur de la porosité de cette préforme afin d'obtenir la pièce en matériau composite.
10. Procédé selon la revendication 9, la matrice formée étant une matrice organique, une matrice céramique ou une matrice en carbone.
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