RENFORT COMPOSITE POUR IMPRéGNATION OU ENDUCTION

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un renfort composite comportant au moins une nappe de fibres consolidée et destiné à être imprégné ou enduit par une matière organique. Un tel renfort composite peut par exemple être imprégné d'une couche de bitume de manière à réaliser un revêtement pour l'étanchéité d'une terrasse ou d'une toiture, en particulier d'une toiture plate non recouverte de tuiles.

ETAT ANTéRIEUR DE LA TECHNIQUE

Pour rendre étanche une toiture ou une terrasse, on emploie les bitumes en raison de leur forte résistance à la pénétration de l'humidité, c'est-à-dire pour leur imperméabilité, et en raison de leur capacité élevée à imprégner et à adhérer au support sur lequel ils sont étalés. Les produits d'étanchéité sont appelés ici revêtements bitumineux. Ces revêtements sont généralement stockés et transportés sous forme de rouleaux de largeur standard que l'on déroule à la demande sur le site d'installation.

La déformation des bitumes soumis à un effort de cisaillement est relativement lente et continue. Outre cette stabilité mécanique, les bitumes présentent une bonne stabilité chimique et physique, une faible sensibilité aux variations de température et un point élevé d'inflammabilité des vapeurs.

Pour réaliser un revêtement bitumineux, on utilise généralement un renfort composite que l'on imprègne afin de le rendre étanche. Le plus souvent, de tels renforts sont composés de toiles tissées ou de mats en non tissé constitués de fibres de verre et/ou de fibres synthétiques et éventuellement associés à des grilles de renforcement.

En particulier pour les applications évoquées ci-dessus, les renforts constituant ces revêtements bitumineux doivent présenter les qualités mécaniques suivantes :

• une résistance élevée en traction ;

• un module d'élasticité initial élevé ; • une résistance à la perforation et au cisaillement ou à la déchirure élevée ;

• une rigidité spécifique en flexion pour faciliter la pose du renfort ;

• une stabilité dimensionnelle au cours de l'usage du produit et au cours de sa fabrication.

La rigidité spécifique recherchée est en fait celle qui permet d'éviter la formation de plis lorsque le renfort est imprégné par la matière organique, de manière notamment à éviter la formation de bulles d'air par exemple lors d'une imprégnation de bitume.

Pour obtenir ces propriétés mécaniques, de tels revêtements sont constitués de renforts textiles qui peuvent être des structures monocouches ou des structures multicouches. Dans ce dernier cas, on peut par exemple associer des non tissés à des grilles de renforcement généralement réalisées en fibres de verre. En général, les non tissés incorporés à de telles structures sont en polyester généralement fabriqué par une technologie directe d'extrusion par voie fondue (en anglais « spun » ou « spunbond »), permettant d'obtenir un non tissé à partir de filaments continus. De manière connue, les fibres sont courtes et discontinues tandis que les filaments sont longs et continus.

Pour réaliser des renforts composites à structure monocouche comme pour les renforts à structure multicouches ou complexe, de manière connue, les non tissés de type « spuns » subissent une opération d'aiguilletage ou de calandrage qui leur confère une certaine cohésion mécanique. Puis ils sont chimiquement liés au moyen d'une résine liante, afin d'augmenter leur rigidité et de leur donner la consistance voulue avant leur imprégnation par le bitume. On obtient ainsi des renforts composites destinés à être imprégnés ou enduits par des résines organiques.

Dans les procédés de fabrication des renforts composites de l'art antérieur, les liants chimiques sont appliqués par voie humide. Ainsi, ces liants chimiques sont généralement appliqués sur le renfort en voie aqueuse sous forme d'émulsion de latex ; la proportion de résine liante sur la masse totale du renfort composite varie généralement entre 15% et 30%. Les résines peuvent être du type vinyle-acrylique, styrène-acrylique, mélamine, urée, etc.

Si de tels renforts composites de l'art antérieur présentent généralement les propriétés mécaniques recherchées, le procédé de fabrication par voie aqueuse nécessite des opérations supplémentaires liées en particulier à la préparation de la solution de latex et à l'évaporation de l'eau.

En outre, la masse de résine liquide nécessaire doit préférentiellement être supérieure à 15 % de la masse du renfort composite final. Ainsi, compte tenu de cette masse minimale, les fibres du tissé ou du non tissé sont recouvertes de façon homogène, car la résine est mise en œuvre sous forme aqueuse. La résine se place donc en partie à des endroits où elle n'est d'aucune utilité.

En outre, pour fabriquer des renforts multicouches, les procédés de l'art antérieur nécessitent souvent une opération supplémentaire d'aiguilletage ou de liage par jets d'eau préalablement à l'imprégnation par la résine liante.

L'objectif de la présente invention est donc de réaliser un renfort composite relativement simple à fabriquer, présentant des propriétés mécaniques en adéquation avec son utilisation finale, et dont le poids demeure limité. Dans le renfort objet de l'invention, la masse de matière liante n'est pas répartie de façon homogène sur les fibres.

EXPOSE DE L'INVENTION

La présente invention a pour objet un renfort composite dont la masse de matière liante est répartie de façon hétérogène sur les fibres. Le renfort objet de l'invention présente une bonne stabilité thermique, une rigidité ou une « main » optimale, de bonnes résistances mécaniques et une bonne mouillabilité pour une imprégnation et/ou une enduction ultérieure et ce, pour un coût de production et un poids du produit final relativement faibles.

Conformément à la présente invention, le renfort composite comportant une ou plusieurs nappe(s) fibreuse(s) ou filamentaire(s) destiné à être imprégné ou enduit par une couche de matière organique se caractérise en ce qu'au moins l'une de ces nappes inclut des amas de résine organique liante sous forme de poudre, au moins 50% en volume de ces amas étant localisés au niveau d'intersections entre les fibres.

En d'autres termes, la résine organique liante est répartie de façon hétérogène dans une nappe de fibres et elle se loge majoritairement sur ou près des croisements entre fibres. Ainsi, cette résine joue pleinement son rôle qui consiste à lier par collage les fibres entre elles. Inversement, seule une faible quantité de la résine liante se trouve répartie sur les parties des fibres qui ne sont en contact avec aucune autre fibre. Par intersection, on désigne une région où deux ou plusieurs fibres sont très proches ou entrent en contact entre elles, sans évidemment « se couper » au sens propre. De plus, la résine organique liante ainsi répartie peut servir à lier entre elles plusieurs matières différentes pour fabriquer des renforts multicouches sans opération d'aiguilletage ou de liage par jets d'eau. La présente invention permet aussi de renforcer des produits multicouches qui auraient été préalablement assemblés par aiguilletage. L'objet de l'invention présente donc un bon rapport entre masse de résine et résistance mécanique, permettant ainsi de diminuer encore la masse totale et le prix de revient du renfort composite.

Avantageusement, au moins 70% en volume des amas peuvent être localisés au niveau d'intersections entre les fibres.

En pratique, la résine organique liante peut représenter entre 3% et 40% de la masse du renfort composite, de préférence entre 5% et 20%. La masse du renfort composite désigne ici la masse de la nappe de fibres plus la masse de la résine liante.

Ainsi, le renfort composite objet de l'invention présente un poids et un prix de revient d'autant plus faible que la proportion massique de résine liante employée est faible. Nonobstant sa teneur relativement faible en résine liante, le renfort composite objet de l'invention est apte à remplir les fonctions mécaniques, thermiques et chimiques recherchées.

Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la nappe peut être composée de matières choisies dans le groupe comprenant les matières synthétiques telles que les polyesters, polyoléfines, polyamides, aramides, ou dans le groupe comprenant les matières naturelles telles que jute, lin ou parmi les matières minérales verre, basalte, céramique.

Une bonne partie de ces matériaux présentent une stabilité thermique qui autorise l'imprégnation et/ou l'enduction du renfort composite par une couche de matière portée à une température typiquement supérieure à 200 ⁰ C. Cette résistance thermique permet, en particulier, d'employer un tel renfort pour une imprégnation avec du bitume. Les autres matériaux permettent également une imprégnation ou une enduction du renfort, mais par des matières organiques mises en œuvre à des températures inférieures.

De manière pratique, la nappe peut être associée à un mat de fibres de verre continues ou coupées ou à une grille en fibres de verre.

L'adjonction d'une telle grille à la nappe permet de constituer un renfort composite mécaniquement plus résistant et présentant une meilleure stabilité dimensionnelle.

Selon une autre forme de réalisation particulière de l'invention, la résine organique liante peut être composée de matériaux thermodurcissables choisis dans le groupe comprenant les polyépoxydes, les mélanges de polyépoxydes et de polyesters, les acryliques, les composés à base de mélamines, les composés à base d'urée- formaldéhyde, les composés phénoliques, ou encore des matériaux thermoplastiques tel qu'un oligomère cyclique de polyester (C.B. T.).

Ces différents matériaux étant thermiquement relativement stables, ils peuvent servir de liants pour réaliser des renforts composites destinés à recevoir une imprégnation et/ou une induction à température élevée, et typiquement supérieure à 200 ⁰ C.

Par ailleurs, le procédé de fabrication d'un renfort composite comportant une nappe de fibres destiné à être imprégné ou enduit par une couche de matière organique. Selon l'invention, ce procédé comprend les étapes consistant :

- à saupoudrer des particules d'une poudre de résine organique liante sur la nappe dans une proportion représentant entre 3% et 40% de la masse du renfort composite, de préférence entre 5% et 20% ;

- à soumettre la nappe ainsi saupoudrée à au moins un champ électrique, de manière à mouvoir les particules au sein de la nappe ;

- à chauffer l'ensemble ainsi formé au-delà de la température de ramollissement de la résine liante.

En d'autres termes, le déplacement et le positionnement des particules de poudre de résine liante au sein de la nappe de fibres sont réalisés au moyen de forces générées par un champ électrique. Cette étape permet de fabriquer le renfort composite tel qu'exposé ci-dessus. En particulier, l'étape de chauffage permet de fixer la poudre de résine liante sur la nappe de fibres.

En pratique, le champ électrique peut présenter une tension alternative de fréquence comprise entre 2 Hz et 500 Hz et une amplitude comprise entre 100 kV/m et 80000 kV/m.

Un tel champ électrique permet de déplacer efficacement les particules de poudre au sein de la nappe. En effet, un champ alternatif provoque des déplacements

oscillants des particules de poudre, lesquelles se déplacent donc jusqu'à être maintenues en position, ce qui est le cas en particulier lorsqu'elles sont agglutinées à l'intersection de plusieurs fibres.

De manière pratique également, le champ électrique peut être généré entre des électrodes globalement planes et parallèles entre elles.

Alternativement, le champ électrique peut être généré entre des électrodes globalement tubulaires.

De telles géométries d'électrodes permettent de générer un champ électrique apte à déplacer la poudre dans l'ensemble de la nappe de fibres constituant le renfort.

Avantageusement, la poudre peut présenter une granulométrie dont le diamètre maximal est essentiellement inférieur à 300 μm, de préférence inférieur à 100 μm.

Cette granulométrie relativement fine caractérise donc une poudre très mobile et qui n'aura pas tendance à stagner dans les régions ouvertes entre fibres. De plus, il est possible de mettre en œuvre des poudres fines constituant des sous-produits de certaines industries, tel que les peintures, ce qui permet de recycler ces sous-produits autrement inutilisables et donc de diminuer le coût de revient du renfort composite. Par diamètre maximal, on désigne le diamètre au-dessus duquel on trouve une part négligeable de particules.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront aussi de l'exemple de réalisation qui suit. Cet exemple est donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées parmi lesquelles :

La figure 1 est une reproduction d'une photographie par microscope d'un échantillon d'un renfort composite de l'art antérieur.

La figure 2 est une reproduction d'une photographie par microscope d'un échantillon d'un renfort composite conforme à la présente invention.

MODE DE RéALISATION

Tandis que la figure 1 illustre un renfort de l'art antérieur, la figure 2 illustre une photographie prise au microscope d'un échantillon d'un renfort composite conforme à l'invention. Cette figure est représentée hors échelle, mais elle permet néanmoins de visualiser la principale caractéristique du renfort composite objet de la présente invention, à savoir l'agglomération de la résine liante au niveau des intersections entre fibres.

La comparaison visuelle entre ces deux photographies permet ainsi d'observer que le renfort objet de l'invention comporte davantage de résine liante 201, 202 au niveau des intersections entre fibres. A l'inverse, on constate que les fibres du renfort de la figure 1 sont recouvertes de résine liante de façon relativement uniforme. Cette répartition uniforme implique donc l'emploi d'une masse importante de résine pour conférer les propriétés mécaniques recherchées au renfort.

Le renfort de la figure 2 a été obtenu en opérant le procédé objet de l'invention. La proportion massique (donc volumique en supposant faible ou nulle la variation de la masse volumique de la résine) de résine est ici de 18%. L'ensemble fibres/poudre a été préalablement soumis à un champ électrique à tension alternative, puis chauffé à 21O ⁰ C. Le champ électrique peut être mis en œuvre avec des caractéristiques analogues à celles décrites dans les demandes de brevets EP-A-I 028 836 ou EP-A-I 526 214.

Par conséquent, la présente invention permet de minimiser la quantité de résine liante à mettre en œuvre pour atteindre des performances mécaniques maximales. En effet, la résine liante est localisée essentiellement dans les régions où elle est susceptible de jouer son rôle, tandis que le liage des nappes de fibres par voie humide, comme exposé précédemment, produit un revêtement relativement homogène des fibres, induisant ainsi la présence de résine liante dans des régions où elle n'a pas ou peu d'utilité.

De plus, la résistance mécanique est également accrue du fait de la mise en œuvre d'une résine « rigide » présentant une bonne compatibilité chimique avec le support fibreux. En outre, elle peut présenter une bonne compatibilité vis-à-vis des matières organiques employées pour l'enduction ou l'imprégnation, telles que le bitume.

En outre, la proportion massique de poudre de résine liante étant faible, le prix de revient du renfort composite s'en trouve donc diminué.

Un autre avantage du procédé objet de la présente invention est qu'il met en œuvre la résine liante sous forme de poudre. Ainsi, il est possible d'employer tout type de poudre thermodurcissable, y compris une poudre relativement fine, pour réaliser le procédé objet de l'invention.

Il existe dans l'industrie plusieurs sources d'approvisionnement à très bas coût de telles poudres, à savoir l'industrie des peintures et vernis. En effet, ces industries produisent des quantités relativement élevées de poudre inutilisable, soit parce qu'elles sont trop fines, soit parce qu'une teinte est polluée par une autre teinte. Par conséquent, le procédé de l'invention permet de réutiliser ces poudres pour fabriquer des renforts composites conformes à l'invention et économiques.

Or, les peintures en poudre présentent les qualités nécessaires à leur emploi dans le domaine des renforts composites, à savoir :

• une bonne fluidité au cours du premier cycle thermique et avant gélification ;

• une granulométrie fine, typiquement inférieure à 200 μm, voire à 100 μm, ce qui permet d'obtenir une répartition optimale des particules de poudre dans la nappe de fibres ;

• une affinité chimique compatible avec celle de la nappe de fibres employée ;

• un coût très faible.

Le renfort composite objet de la présente invention présente donc une stabilité thermique, une stabilité mécanique et une stabilité chimique qui le rendent tout à fait

apte à être imprégné ou enduit par exemple par des bitumes pour rendre étanches des toitures ou par d'autres matières organiques. De plus, son coût est tout à fait concurrentiel. Enfin, son poids et sa rigidité le rendent aisément transportable, stockable et apte à la transformation par enduction ou par imprégnation. Ce renfort composite peut en outre être associé, notamment par collage au moyen de la résine liante, à d'autres couches faites de matières différentes, telles qu'un film plastique ou une feuille métallique.

D'autres modes de réalisation de l'invention et d'autres applications sont possibles, sans pour autant sortir du cadre de cette invention. On peut par exemple prévoir d'utiliser un renfort conforme à l'invention pour réaliser des revêtements de sols et des revêtements muraux etc.