| 1. | Produit de renforcement comprenant un voile de liaison (9) cohérent constitué d'un mélange homogène de tronçons de filaments orientés de verre (3) et de tronçons de filaments orientés de matière thermoplastique (4). |
| 2. | Produit de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le voile de liaison (9) a un poids d'environ 15 g/m2 à environ 100 g/m2, avantageusement d'environ 20 g/m2. |
| 3. | Produit de renforcement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le mélange, les tronçons de filaments de verre (3) sont présents en proportion comprise entre 50 et 80 % en poids environ, et les tronçons de filaments de matière thermoplastique (4) sont présents en proportion comprise entre 50 et 20 % en poids environ. |
| 4. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le mélange, les tronçons de filaments de verre (3) ont un diamètre compris entre 10 et 24 um environ, et les tronçons de filaments de matière thermoplastique (4) ont un diamètre compris entre 10 et 30 um environ. |
| 5. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans le mélange, les tronçons de filaments (3,4) ont une longueur comprise entre 30 mm et 60 mm environ. |
| 6. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matière thermoplastique est choisie dans le groupe comprenant le polyester, les polyoléfines, les polyamides, les polyacrylonitriles, le polyéthylène téréphtalate, le polybutylène téréphtalate. |
| 7. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans le voile de liaison (9), les tronçons de filaments adhèrent partiellement les uns aux autres par la matière thermoplastique. |
| 8. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le voile de liaison (9) est continu et monocouche. |
| 9. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le voile de liaison (12) est nappé en zigzag, et les tronçons adjacents (12a, 12b) de voile de liaison adhèrent les uns aux autres par la matière thermoplastique. |
| 10. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le voile de liaison (9,12) adhère par la matière thermoplastique à un support (15) à base de fibres de renforcement telles que des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d'aramides. |
| 11. | Produit de renforcement selon la revendication 10, caractérisé en ce que le support (15) est une nappe de fils continus parallèles. |
| 12. | Produit de renforcement selon la revendication 11, caractérisé en ce que le voile de liaison (9,12) adhère sur une face de la nappe (15) de fils continus. |
| 13. | Produit de renforcement selon la revendication 11, caractérisé en ce que les fils continus successifs (15a, 15b) de la nappe (15) adhèrent en alternance de part et d'autre du voile de liaison (9,12). |
| 14. | Produit de renforcement selon la revendication 10, caractérisé en ce que le support (15) est une grille à fibres orientées selon au moins deux directions. |
| 15. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le mélange contient en outre des tronçons de filaments en une autre matière telle que lin, chanvre, sisal, jute, laine. |
| 16. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le mélange contient en outre des tronçons de filaments obtenus à partir de monobrins frisés (20) en matériau thermoplastique dont la température de fusion est plus élevée que celle de la matière thermoplastique des tronçons de filaments, constituant un ensemble élastique. |
| 17. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un voile (19) non tissé de verre, de polyester, adhérant au voile de liaison cohérent (9,12). |
| 18. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un empilement de nappes de fils continus (15a. 15d) en verre, en carbone ou en aramides, ayant un voile de liaison (9a. 9c) inséré entre chaque couple de nappes successives et adhérant à l'une et l'autre desdites nappes successives (15a. 15d). |
| 19. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que plusieurs couches de voile de liaison sont aiguilletées par jets d'eau ou éventuellement adhèrent à un support (15) à base de fibres de renforcement telles que des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d'aramides. |
| 20. | Produit de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que le mélange homogène contient des tronçons de filaments orientés de verre (3), des tronçons de filaments orientés de polyester (4a), et des tronçons de filaments orientés de polypropylène ou de polyéthylène (4b). |
| 21. | Produit de renforcement selon la revendication 20, caractérisé en ce que le voile de liaison (9) adhère à des fibres de renforcement (15) par les seuls tronçons de filaments orientés de polypropylène ou de polyéthylène (4b). |
| 22. | Procédé de production d'un produit de renforcement à voile de liaison cohérent (9,12) constitué d'un mélange de tronçons de filaments orientés contenant des tronçons de filaments de verre (3), comprenant les étapes : a) préparer un mélange homogène de tronçons de filaments de verre (3) et de tronçons de filaments de matière thermoplastique (4), de longueur appropriée pour une opération de cardage, les tronçons de filaments de verre (3) étant mélangés de façon homogène avec des tronçons de filaments de matière thermoplastique (4), b) traiter ce mélange de tronçons de filaments dans une carde (8) pour produire un voile de liaison (9) cohérent de tronçons de filaments orientés. |
| 23. | Procédé de production selon la revendication 22, caractérisé en ce que : c) en sortie de carde (8), le voile de liaison (9) passe dans un nappeur (11) qui le replie en zigzag. |
| 24. | Procédé de production selon l'une des revendications 22 ou 23, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape selon laquelle : d). le voile de liaison (9,12) est appliqué sur un support (15) à base de fibres. |
| 25. | Procédé de production selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, caractérisé en ce qu'il comprend une étape ultérieure e) d'adhésion au cours de laquelle : . on chauffe les constituants du produit de renforcement, à une température suffisante pour donner à la matière thermoplastique des propriétés adhésives, . on presse les constituants les uns contre les autres, . on refroidit l'ensemble, et on relâche la pression pour libérer le produit de renforcement. |
L'invention concerne plus spécialement les produits de renforcement destinés à constituer des éléments structurels plans ou en forme, pouvant tre incorporés dans une matrice lors de la fabrication d'une pièce en forme.
L'invention repose sur l'utilisation de fibres discontinues, que l'on désignera par l'expression"tronçons de filaments", de longueurs égales ou inégales et obtenues à partir de filaments de verre c-mlés avec des filaments de matière thermoplastique. Les documents EP-A-0 599 695 et EP-A-0 616 055 décrivent des procédés pour réaliser de tels fils mixtes co-mlés composés de filaments de verre et de filaments d'une matière thermoplastique organique. Dans toutes les applications décrites, les fils composites constituent eux-mmes la structure de renfort essentielle, et les propriétés mécaniques obtenues sont déterminées par l'orientation des fils eux-mmes.
On connaît déjà des produits de renforcement à base de fils constitués d'une association de filaments de verre et de filaments de matière thermoplastique.
Par exemple, le document FR 2 797 892 utilise de tels fils pour former deux nappes de fils perpendiculaires qui sont pressées à chaud l'une contre l'autre pour assurer leur collage et constituer une plaque. Le document FR 2 784 931 utilise ces mmes fils pour constituer un ruban composite, les fils étant placés longitudinalement côte à côte en nappe et pressés à chaud pour constituer le ruban. Le document FR 2 779 988 utilise ces mmes fils en les disposant sous forme de nappes qui peuvent tre incorporées dans un moule pour tre noyées dans une matrice lors de la fabrication d'une pièce par moulage.
Un inconvénient est que ces structures à nappes de fils manquent de souplesse dans la mise en oeuvre, notamment par le fait qu'il faut disposer les fils sous forme de nappes, ce qui peut tre relativement aisé dans le sens longitudinal lors d'une production en continue, mais ce qui est alors plus délicat lorsque l'on veut disposer les fils dans le sens transversal. Egalement, ces applications sont limitées à l'utilisation du verre comme élément de renfort mécanique.
Le document EP 0 815 307 décrit l'utilisation de nappes de fils co-mlés de verre et d'une matière thermoplastique. L'utilisation d'une étape de cardage n'est pas décrite. Les fibres sont formées en une plaque de 3 millimètres d'épaisseur, constituant en elle-mme un produit de renforcement dans lequel la matière thermoplastique tient lieu de matrice.
Le document EP 1 093 900 décrit la fabrication d'un ruban composite à base de fibres de verre et de fibres de matière thermoplastique. Les fibres sont continues.
Le document JP 1 207 458 A décrit la fabrication d'un produit composite moulé ayant un grammage de 150 à 300 grammes au mètre carré, composé d'un mélange de fibres de verre et de fibres en résine thermoplastique. Le procédé comprend une étape de cardage. Le produit composite obtenu est prt à tre moulé, et constitue en lui-mme un élément de renforcement dans lequel la matière thermoplastique constitue la matrice.
Par ailleurs, on sait que la technique de cardage de fibres de verre n'est pas industriellement applicable pour la réalisation d'un voile de carde de faible grammage. En effet, lorsque les fibres à carder ont un diamètre supérieur à 8 ou 10 um environ, on obtient des nappes de forte épaisseur, utilisées principalement comme matériaux isolants. Mais il est industriellement très difficile d'obtenir un voile de carde ayant un grammage aussi faible que 20 à 100 grammes au mètre carré environ.
EXPOSE DE L'INVENTION Le but de l'invention est de concevoir de nouvelles structures de renforcement à base de fibres qui puissent à la fois tre fabriquées de manière économique par des processus industriels, et tre mises en oeuvre de manière particulièrement souple pour s'adapter à la majorité des applications.
L'invention cherche pour cela à mettre à profit les propriétés intéressantes des mélanges de filaments de verre et de filaments de matière thermoplastique, qui peuvent tre assemblés par simple échauffement sous pression produisant une adhésion.
L'invention vise à disposer d'un tel mélange de filaments de verre et de filaments de matière thermoplastique sous une forme qui soit économique à produire, et qui soit surtout disponible en très faible épaisseur pour maîtriser les quantités de matière thermoplastique et permettre la compatibilité dans les applications nécessitant de minimiser la présence de la matière thermoplastique.
Pour cela, l'invention résulte de l'observation surprenante selon laquelle des fibres discontinues, de longueurs égales ou inégales, sont cardables et
permettent la constitution d'un voile de liaison de faible épaisseur et d'un poids de l'ordre de 20 à 40 g/m2, lorsqu'elles sont obtenues à partir de fils constitués de filaments continus de verre co-mlés avec des filaments continus de matière thermoplastique, ou sont obtenues par mélange homogène approprié de tronçons de filaments prédécoupés de verre et de tronçons de filaments prédécoupés de matière thermoplastique.
Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention propose un produit de renforcement comprenant un voile de liaison cohérent, constitué d'un mélange homogène de tronçons de filaments orientés de verre et de tronçons de filaments orientés de matière thermoplastique. Les tronçons de filaments de matière thermoplastique assurent un certain accrochage dans la carde, et protègent les tronçons de filaments de verre contre leur tendance à la rupture. II est ainsi possible de carder des fibres de verre traditionnelles quel que soit le diamètre des filaments unitaires. Le cardage donne au voile sa cohérence, par un enchevtrement ordonné des tronçons de filaments qui assure leur liaison, et oriente préférentiellement les tronçons de filaments dans le sens du mouvement de la carde. Dans le produit de renforcement, on fait adhérer le voile de liaison à un support à base de fibres de renforcement. Le voile de liaison peut ainsi relier entre elles par adhésion des fibres de renforcement, et constitue un élément de liaison résistant.
Le voile de liaison peut avoir avantageusement un poids d'environ 15 g/m2 à environ 100 g/m2, avantageusement d'environ 20 g/m2.
Dans la présente description et dans les revendications annexées, l'expression"co-mlés"est utilisée pour désigner des fils composés de filaments de verre et de filaments de matière thermoplastique qui sont mélangés au sein des fils, ces fils étant généralement obtenus par assemblage des filaments directement lors de leur fabrication, par exemple, et de façon non limitative, selon les procédés décrits dans les documents EP-A-0 599 695 ou EP-A-0 616 055. Les filaments des deux types de matière sont intimement mélangés, de préférence de façon homogène dans le fil.
A partir de tels filaments co-mlés, on peut obtenir des tronçons de filaments co-mlés qui présentent à la fois de bonnes propriétés pour le cardage, et une composition satisfaisante pour des opérations ultérieures d'assemblage, de collage, et des applications nécessitant une proportion faible de matière thermoplastique.
En alternative, on peut également préparer un mélange homogène approprié de tronçons de filaments de verre et de tronçons de filaments de matière
thermoplastique en découpant des filaments distincts de verre et de matière thermoplastique, et en assurant un mélange suffisant, c'est-à-dire dans lequel on retrouve sensiblement une alternance de tronçons de filaments de verre et de tronçons de filaments de matière thermoplastique.
De préférence, dans le mélange, les tronçons de filaments de verre sont présents en proportion comprise entre 50 et 80 % en poids environ, et les tronçons de filaments de matière thermoplastique sont présents en proportion comprise entre 50 et 20 % en poids environ.
Dans le mélange, les tronçons de filaments de verre peuvent avoir un diamètre compris entre 10 et 24 um environ, et les tronçons de filaments de matière thermoplastique peuvent avoir un diamètre compris entre 10 et 30 um environ. Ces dimensions sont compatibles avec les exigences économiques d'une production industrielle, avec un diamètre de filaments de verre suffisamment élevé pour une production économique, la présence de filaments de matière thermoplastique assurant l'efficacité de l'opération de cardage pour la constitution du voile.
Pour assurer le cardage avec les cardes traditionnelles, on peut avantageusement prévoir que, dans le mélange, les tronçons de filaments ont une longueur comprise entre 30 mm et 60 mm environ.
La matière thermoplastique peut tre choisie dans le groupe comprenant le polyester, les polyoléfines, les polyamides, les polyacrylonitriles, le polyéthylène téréphtalate, le polybutylène téréphtalate.
Dans le voile de liaison, les tronçons de filaments peuvent avantageusement adhérer partiellement les uns aux autres par la matière thermoplastique. Cette adhésion est assurée par un chauffage statique ou dynamique approprié après cardage, puis par refroidissement.
Selon une première application, le voile de liaison peut tre continu et monocouche. Dans ce cas, les fibres sont orientées essentiellement dans le sens longitudinal, réalisant une structure de renfort à action préférentielle longitudinale.
En alternative, si l'on désire une épaisseur plus importante, le voile de liaison peut tre nappé en zigzag, et les tronçons adjacents de voile de liaison peuvent adhérer les uns aux autres par la matière thermoplastique. On réalise ainsi un voile de liaison dont les fibres sont orientées préférentiellement selon des directions obliques, constituant une structure de renfort à action transversale sans avoir à tisser ou à coudre des fibres transversales.
Le voile de liaison selon l'invention trouve des applications importantes dans la réalisation de structures de renfort composites.
Une première possibilité consiste à faire adhérer le voile de liaison par la matière thermoplastique à un support à base de fibres de renforcement telles que des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d'aramides.
Par exemple, le support peut tre une nappe de fils continus parallèles, orientés longitudinalement, ou éventuellement orientés transversalement.
Dans les deux cas, le voile de liaison peut adhérer sur une face de la nappe de fils continus.
Selon un autre exemple, les fils continus successifs de la nappe adhèrent en alternance de part et d'autre du voile de liaison.
Une autre possibilité consiste à faire adhérer le voile de liaison sur un support en forme de grille à fibres orientées selon au moins deux directions.
Un produit plus épais peut tre réalisé en prévoyant un empilement de nappes de fils continus en verre, en carbone ou en aramides, ayant un voile de liaison inséré entre chaque couple de nappes successives et adhérant à l'une et l'autre desdites nappes successives.
En alternative ou en complément, on peut prévoir que plusieurs couches de voile de liaison sont aiguilletées par jets d'eau ou éventuellement adhèrent à un support à base de fibres de renforcement telles que des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d'aramides.
On peut également ajouter au mélange des tronçons de filaments en une autre matière telle que lin, chanvre, sisal, jute, laine.
Selon un mode de réalisation avantageux, le mélange peut contenir en outre des tronçons de filaments obtenus à partir de monobrins frisés en matériau thermoplastique dont la température de fusion est plus élevée que celle de la matière thermoplastique des tronçons de filaments, constituant un ensemble élastique.
On peut également ajouter à la structure composite ainsi formée au moins un voile non tissé de verre, de polyester, qui peut adhérer au voile de liaison cohérent.
Dans une réalisation avantageuse, le mélange homogène peut contenir des tronçons de filaments orientés de verre, des tronçons de filaments orientés de polyester, et des tronçons de filaments orientés de polypropylène ou de polyéthylène. La quantité de filaments de matière thermoplastique (polyester, polypropylène, polyéthylène) est suffisante pour permettre le cardage sans rupture des filaments de verre. Et la quantité de matière utile pour l'adhésion du voile de liaison peut tre réduite par un ramollissement approprié sélectif des seuls tronçons de filaments de polypropylène ou de polyéthylène. Le voile de liaison
adhère alors à des fibres de renforcement par les seuls tronçons de filaments orientés de polypropylène ou de polyéthylène.
Le mme effet peut tre recherché en l'absence de polyester, par utilisation simultanée de tronçons de filaments de polypropylène et de tronçons de filaments de polyéthylène, et en réalisant un ramollissement sélectif du polyéthylène.
Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de production du produit de renforcement à voile de liaison cohérent constitué d'un mélange de tronçons de filaments orientés contenant des tronçons de filaments de verre ; le procédé comprend les étapes : a) préparer un mélange homogène de tronçons de filaments de verre et de tronçons de filaments de matière thermoplastique, de longueur appropriée pour une opération de cardage, les tronçons de filaments de verre étant mélangés de façon homogène avec des tronçons de filaments de matière thermoplastique, b) traiter ce mélange de tronçons de filaments dans une carde pour produire un voile cohérent de tronçons de filaments orientés.
Le mélange homogène de tronçons de filaments peut avantageusement tre obtenu par tronçonnage de fils constitués de filaments de verre co-mlés avec des filaments de matière thermoplastique.
En alternative, le mélange peut résulter du tronçonnage de filaments de verre et de filaments de matière thermoplastique que l'on mélange ensuite jusqu'à réaliser l'homogénéité appropriée.
Par le fait que la carde oriente longitudinalement les tronçons de filaments de verre, on réalise un voile de liaison à action de renfort préférentielle longitudinale.
Selon une autre possibilité, le procédé peut comprendre une étape supplémentaire c) selon laquelle, en sortie de carde, le voile de liaison passe dans un nappeur qui le replie en zigzag. On réalise ainsi un voile de liaison ayant des propriétés de renfort transversales, qui sont fonction de l'angle selon lequel on replie les tronçons de voile.
Ensuite, selon une étape d), on peut éventuellement appliquer le voile de liaison sur un support à base de fibres.
Et on prévoit une étape ultérieure e) d'adhésion, au cours de laquelle : - on chauffe les constituants du produit de renforcement à une température suffisante pour donner à la matière thermoplastique des propriétés adhésives, - on presse les constituants les uns contre les autres,
- on refroidit l'ensemble, et on relâche la pression pour libérer le produit de renforcement.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective illustrant une structure de voile de liaison selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 illustre en perspective une structure de voile de liaison selon un second mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 3 est une coupe transversale d'une structure de renfort à voile de liaison et nappe de fibres longitudinales selon l'invention ; -la figure 4 est une coupe transversale d'une autre structure de renfort à voile de liaison et fibres longitudinales selon l'invention ; -la figure 5 est une coupe transversale d'une autre structure de renfort à voile de liaison, fibres longitudinales et couche supplémentaire selon l'invention ; - la figure 6 illustre schématiquement la coupe transversale d'un fil composite à filaments de verre et filaments de matière thermoplastique pouvant tre utilisé selon l'invention ; -la figure 7 est une vue schématique d'une installation de fabrication de produits de renforcement selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 8 est une vue schématique en perspective illustrant partiellement l'installation de fabrication de produits de renforcement de la figure 7 ; - la figure 9 est une vue en perspective illustrant partiellement l'installation de produits de renforcement de la figure 7, selon un autre mode de réalisation ; - la figure 10 illustre schématiquement, en coupe transversale, une autre structure de renfort selon l'invention à empilement de plusieurs nappes de fils continus collées l'une à l'autre par des voiles de liaison ; - la figure 11 illustre schématiquement, en coupe transversale, un voile épais selon l'invention, à base de fibres de verre et de fibres de matière plastique incluant des monobrins frisés en matériau thermoplastique à température de fusion plus élevée ; - la figure 12 illustre en coupe transversale un produit de renforcement selon un autre mode de réalisation, comportant plusieurs couches de voile aiguilletées par jets d'eau et collées à un support ; et - la figure 13 illustre schématiquement en coupe transversale une autre structure de renfort selon l'invention, incluant des fibres de matière thermofusible partiellement fondues.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES On se référera tout d'abord à la figure 7, qui illustre schématiquement une installation de fabrication de produits de renforcement selon un mode de réalisation de l'invention.
Cette installation comprend tout d'abord une réserve de fil 1, contenant un fil 2 formé de filaments de verre co-mlés avec des filaments d'une matière thermoplastique. Une structure possible d'un tel fil composite est illustrée en coupe transversale sur la figure 6, dans laquelle on distingue les filaments de verre 3 représentés en sombre et les filaments de matière thermoplastique 4 représentés en clair. On voit que la répartition des filaments de verre 3 et des filaments de matière thermoplastique 4 est relativement homogène dans la section transversale du fil 2.
Sur la figure 7, la réserve de fil 1 est par exemple une bobine de laquelle on dévide le fil 2 pour l'amener à un dispositif de coupe 5 qui débite le fil en tronçons de longueur appropriée pour permettre ensuite le cardage des fibres. La longueur de coupe peut avantageusement tre comprise entre 30 mm et 60 mm environ, bien que des longueurs différentes puissent tre choisies en fonction de la structure de la carde que l'on utilise ensuite.
Les fibres découpées 6, ou tronçons de filaments, qui sortent du dispositif de coupe 5 sont recueillies dans une réserve de fibres 7, qui les alimente ensuite de manière appropriée dans une carde 8.
On peut utiliser une carde 8 mécanique telle que celles qui sont traditionnellement utilisées dans l'industrie textile, comprenant un cylindre rotatif équipé de dents ou aiguilles qui tournent face à des travailleurs pour entraîner les tronçons de filaments en les peignant, produisant ainsi en sortie un voile 9 continu et de faible épaisseur dans lequel les tronçons de filaments 9a sont préférentiellement orientés dans le sens longitudinal 10 de défilement du voile 9.
En alternative, on peut utiliser une carde pneumatique, générant un flux d'air qui oriente les tronçons de filaments en les peignant.
On pourra se référer à la figure 1, qui illustre en perspective à plus grande échelle la structure du voile de liaison 9, formé de tronçons de filaments 9a cardés orientés préférentiellement dans le sens longitudinal.
Dans la réalisation de la figure 7, le voile 9 est ensuite traité par un nappeur 11 qui réalise un pliage transversal croisé. En sortie du nappeur 11, on recueille un voile de liaison nappé 12 dont la structure est plus clairement illustrée sur la figure 2 : par des pliages successifs croisés en zigzag, on réalise une bande continue qui défile dans le sens longitudinal 13, formée d'une succession de
tronçons de voile tels que les tronçons adjacents 12a et 12b, qui sont orientés transversalement en oblique par rapport à la direction longitudinale 13. Ainsi, le tronçon 12a fait avec la direction longitudinale 13 un angle A, tandis que le tronçon 12b fait avec la mme direction longitudinale 13 un angle B. Les angles A et B peuvent tre égaux et opposés, et sont inférieurs à 90'et supérieurs à 45°. Selon l'angle choisi, on effectue un recouvrement plus ou moins complet des tronçons successifs 12a et 12b les uns sur les autres, ce qui permet de régler dans une certaine mesure l'épaisseur du voile nappé 12 ainsi obtenu.
Dans la réalisation illustrée sur la figure 7, le voile de liaison nappé 12 est ensuite traité par un dispositif d'assemblage 14 qui assemble par adhésion le voile de liaison nappé 12 avec un support 15 à base de fibres de renforcement telles que des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d'aramides. On a illustré un support 15 constitué d'une nappe de mèches de fibres parallèles. On peut par exemple utiliser avec avantage des mèches de roving en verre de 160 Tex à 4 800 Tex, ou des fils de verre de 34 Tex à 544 Tex.
Le dispositif d'assemblage 14 assure le chauffage des constituants à une température suffisante pour donner à la matière thermoplastique du voile de liaison des propriétés adhésives, et presse les constituants les uns contre les autres. La température est avantageusement choisie seulement légèrement inférieure à la température de fusion de la matière thermoplastique considérée. Par exemple, pour le polyéthylène, on choisira environ 120°C-140°C.
On peut ensuite laisser les constituants se refroidir dans l'air ambiant.
De préférence, en aval du dispositif d'assemblage, on prévoit un dispositif refroidisseur 16 qui presse à froid les constituants entre deux ou plusieurs rouleaux pour les refroidir et pour figer la matière thermoplastique.
En sortie du dispositif d'assemblage 14 ou du dispositif refroidisseur 16, on recueille le produit de renforcement 17, soit en bande continue que l'on peut conditionner en bobines, soit en plaques découpées.
Un exemple de dispositif d'assemblage 14 est illustré schématiquement sur la figure 8. Dans ce cas, le dispositif d'assemblage 14 traite un voile de liaison nappé 12 sortant du nappeur 11. Le dispositif d'assemblage 14 comprend notamment deux moyens presseurs 14a et 14b en opposition l'un de l'autre, entre lesquels on fait passer à la fois le voile de liaison nappé 12 et un support 15 provenant d'une réserve de support 18. Dans la réalisation illustrée, le support 15 est une nappe de mèches de fibres parallèles, pouvant tre en carbone, en aramides ou autres. En alternative, le support 15 peut tre une grille de fibres orientées selon au moins deux directions, préformée et conditionnée dans la
réserve de support 18. Les moyens presseurs 14a et 14b assurent à la fois le plaquage du voile de liaison nappé 12 et du support 15 l'un sur l'autre, et le maintien d'une pression satisfaisante. Ils peuvent aussi tre chauffants pour assurer l'échauffement de l'ensemble jusqu'à une température assurant un ramollissement suffisant et une adhésion de la matière thermoplastique contenue dans les fibres composites constituant le voile de liaison nappé 12. En alternative, l'échauffement peut tre assuré par des sources chaudes telles que des sources de rayonnement infrarouge en amont des rouleaux, et les rouleaux 14a et 14b peuvent presser les constituants sans les chauffer.
En sortie du dispositif d'assemblage 14, par l'effet du ramollissement suffisant de la matière thermoplastique, puis par l'effet du refroidissement qui fige la matière thermoplastique, le voile de liaison nappé 12 adhère sur le support 15, les fibres composites du voile de liaison nappé 12 adhèrent partiellement les unes aux autres, et les tronçons adjacents tels que les tronçons 12a et 12b du voile de liaison nappé 12 adhèrent également les uns aux autres.
La figure 3 illustre, en coupe transversale, la structure du produit de renforcement pouvant tre obtenu en utilisant un tel dispositif d'assemblage 14 et un support 15 monocouche, dans une application dans laquelle le dispositif d'assemblage 14 traite un voile de liaison 9 qui n'a pas été nappé. On distingue le voile de liaison 9, formant la couche supérieure, et on distingue le support 15 formant la couche inférieure et constitué d'une nappe de fibres longitudinales telles que la fibre 15d.
La figure 9 illustre une variante du dispositif d'assemblage 14, dans une installation dans laquelle le dispositif d'assemblage 14 traite directement un voile de liaison 9 sortant de la carde 8.
Dans cette variante, le support 15 est formé de deux supports partiels, à savoir un support inférieur 15a provenant d'une réserve inférieure de support 18a, et un support supérieur 15b provenant d'une réserve supérieure de support 18b. Le support inférieur 15a est plaqué sous la face inférieure du voile de liaison 9, tandis que le support supérieur 15b est plaqué sur la face supérieure du voile de liaison 9, l'ensemble étant comprimé par les moyens presseurs 14a et 14b. En sortie, on obtient un produit de renforcement tel qu'illustré sur la coupe transversale sur la figure 4, dans laquelle on distingue le voile de liaison 9 qui prend une forme ondulée, les fibres du support inférieur 15a se trouvant sous la face inférieure du voile de liaison 9, les fibres du support supérieur 15b se. trouvant sur la face supérieure du voile de liaison 9. Dans le cas de supports 15a et 15b sous forme de nappes de fils continus, les mèches de fibres successives, lorsque l'on considère le
produit de renforcement en coupe transversale, adhèrent en alternance de part et d'autre du voile de liaison 9.
Naturellement, cette disposition s'applique également à un voile de liaison nappé 12.
Dans tous les cas, les moyens presseurs 14a et 14b qui assurent la compression et le chauffage des matériaux peuvent tre associés, en aval, à des moyens refroidisseurs qui assurent une prise rapide de la matière thermoplastique.
Pour plus de clarté, sur les figures 8 et 9, les moyens presseurs 14a et 14b ont été schématiquement illustrés par des rouleaux. En réalité, on pourra avantageusement utiliser des tapis presseurs, par exemple tels que décrits dans le document US 4,997, 507. Deux tapis presseurs opposés peuvent assurer en amont le chauffage et la compression dans le dispositif d'assemblage 14, deux autres tapis presseurs opposés assurant en aval le refroidissement avec maintien de pression dans le dispositif refroidisseur 16.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, on retrouve la structure de produit de renforcement illustrée sur la figure 3, avec un voile de liaison 9 cardé et un renfort inférieur 15, avec en outre au moins un voile 19 non tissé de verre, de polyester, adhérant au voile de liaison 9 cardé.
En considérant à nouveau l'installation illustrée sur la figure 7, on comprendra que cette installation peut tre simplifiée dans le cas où l'on veut produire des produits de renforcement tels qu'illustrés sur les figures 3,4 ou 5. En effet, dans ce cas, on n'utilise pas de nappeur 11.
Egalement, l'installation de la figure 7 telle qu'illustrée utilise des fibres découpées 6 provenant uniquement de la réserve de fils 1 contenant un fil 2 composite comportant des filaments co-mlés de verre et de matière thermoplastique.
En alternative, la réserve de fils 1 peut délivrer séparément des filaments continus de verre et des filaments continus de matière thermoplastique, que le dispositif de coupe 5 tronçonne. Les tronçons de filaments sont mélangés dans le dispositif de coupe 5 et/ou la réserve de fibres 7 pour réaliser un mélange homogène où le verre et la matière thermoplastique se retrouvent en proportions généralement constantes.
En complément, on peut aussi ajouter dans la réserve de fibres 7, en les mélangeant, des tronçons de filaments de nature différente, par exemple des tronçons de filaments de lin, de chanvre, de sisal, de jute, de laine. Ces fibres se retrouvent ensuite dans le voile de liaison 9.
La matière thermoplastique utilisée sera choisie en fonction des utilisations envisagées du produit de renforcement. Par exemple, on utilisera les matières thermoplastiques compatibles avec les autres matériaux dans lesquels le produit de renforcement doit tre incorporé. En fonction des utilisations, la matière thermoplastique pourra tre choisie dans le groupe comprenant le polyester, les polyoléfines dont le polypropylène, les polyamides, les polyacrylonitriles, le polyéthylène téréphtalate, le polybutylène téréphtalate. Le polyéthylène ou le polypropylène peuvent présenter un intért grâce à leur faible température de fusion.
Le support 15 à base de fibres de renforcement pourra tre constitué de fibres de verre, de fibres de carbone, de fibres d'aramides. On pourra trouver avantage à utiliser des nappes de mèches de fibres parallèles.
Dans le fil 2 utilisé pour réaliser le voile de liaison 9 par cardage, on pourra avantageusement prévoir que les filaments de verre auront un diamètre compris entre 10 et 24 um environ, les filaments de matière thermoplastique ayant un diamètre compris entre 10 et 30 um environ, les filaments de verre étant présents en proportion comprise entre 50 et 80 % en poids environ, et les filaments de matière thermoplastique étant présents en proportion comprise entre 50 et 20 % en poids environ.
Dans le support 15, les mèches de fibres peuvent tre longitudinales, ou peuvent tre orientées transversalement ou en oblique, en fonction des propriétés mécaniques désirées du produit de renforcement.
On peut également réaliser des pièces circulaires en forme de disque, en déposant sur le voile un support en forme de disque constitué par exemple de mèches de fils enroulées en spirale.
La mme technologie peut tre employée pour réaliser des pièces ayant d'autres contours, par exemple des contours rectangulaires, triangulaires, polygonaux, à surface plane ou gauche.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 10, le produit de renforcement selon l'invention comprend un empilement de plusieurs nappes de fils continus 15a, 15b, 15c et 15d, pouvant chacune tre en verre, en carbone ou en aramides. Ces matériaux peuvent tre identiques ou différents pour chaque nappe, en fonction des propriétés globales recherchées pour le produit de renforcement.
Un voile 9a, 9b ou 9c est inséré entre chaque couple de nappes successives, respectivement 15a et 15b, 15b et 15c, 15c et 15d. Les voiles 9a, 9b et 9c adhérent aux nappes successives, et les relient les unes aux autres.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 11, pour réaliser le voile de liaison selon l'invention, on part d'un mélange qui, outre les tronçons de filaments de verre et les tronçons de filaments de matière thermoplastique, contient également des tronçons de filaments obtenus à partir de monobrins frisés en matériau thermoplastique dont la température de fusion est plus élevée que celle de la matière thermoplastique des tronçons de filaments. Ainsi, dans le voile de liaison 9 ainsi constitué, on retrouve par exemple les tronçons de filaments de fibres de verre 3 co-mlés avec les tronçons de filaments de matière thermoplastique 4, avec en outre les tronçons de filaments frisés 20 en matériau thermoplastique à température de fusion supérieure.
Par exemple, les tronçons de filaments de matière thermoplastique 4 peuvent tre en polyéthylène, tandis que les tronçons de filaments frisés en matériau thermoplastique peuvent tre en polypropylène ayant reçu préalablement un traitement de texturation, par exemple par bourrage, leur communiquant une frisure permanente. Après formation du voile de liaison, les traitements thermiques ramollissent le polyéthylène formant les tronçons de filaments de matière thermoplastique 4 pour assurer l'adhésion, mais la température reste nettement inférieure à la température de fusion des monobrins en polypropylène, qui ne fondent pas et ne se ramollissent pas, et qui conservent leurs propriétés élastiques conférées par la texturation. L'ensemble conserve ainsi une élasticité donnée par les tronçons de filaments frisés en matériau thermoplastique à température de fusion élevée, et peut tre calandré pour en fixer l'épaisseur. On réalise ainsi un matériau élastique, sans avoir à recourir à une procédure de tricotage couture.
Dans le mode de réalisation de la figure 12, on prévoit plusieurs couches de voile 9a, 9b et 9c qui sont aiguilletées par jets d'eau et qui adhèrent éventuellement à un support 15 à base de fibres de renforcement telles que des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d'aramides. L'aiguilletage par jet d'eau consiste à pousser des fibres de voile dans le sens de l'épaisseur, et on a représenté schématiquement sur la figure les tronçons de filaments 21,22 et 23, à titre d'exemple, qui relient deux couches successives de voile 9a, 9b ou 9c.
On réalise ainsi un voile épais, susceptible d'tre utilisé par exemple comme renfort d'étanchéité.
Dans le mode de réalisation de la figure 13, on prévoit par exemple une couche de voile de liaison 9 qui adhère à un support 15 à base de fibres de renforcement. Le voile de liaison 9 cohérent est constitué d'un mélange homogène de tronçons de filaments orientés de verre 3, de tronçons de filaments orientés de polyester 4a, et de tronçons de filaments orientés de polypropylène ou de
polyéthylène 4b. Pour l'adhésion du voile de liaison 9 sur le support 15, on assure le ramollissement sélectif des seuls tronçons de filaments de polypropylène ou de polyéthylène 4b, qui fondent à une température inférieure à la température de fusion des tronçons de filaments de polyester 4a. De la sorte, on peut limiter la quantité de matière qui assure l'adhésion, tout en conservant une quantité globale de matière thermoplastique suffisante pour permettre le cardage dans de bonnes conditions sans rupture des tronçons de filaments de verre. En pratique, on pourra choisir une quantité totale de tronçons de matière thermoplastique suffisante pour permettre un cardage dans de bonnes conditions, et une quantité de tronçons de filaments orientés de polypropylène ou de polyéthylène 4b suffisamment faible pour que, lors du ramollissement, le voile de liaison 9 reste à l'état de paroi discontinue, comportant des interstices qui favorisent le passage ultérieur d'une matrice lors de l'incorporation de l'élément de renfort pour la fabrication d'une pièce. Les tronçons de filaments de polypropylène ou de polyéthylène 4b sont en quantité juste suffisante pour assurer une adhésion des fibres du support 15.
Un exemple de produit de renforcement est le suivant : une nappe de fils de verre continus de 720 g/m2, composée de six fils au centimètre d'une mèche (roving) de 1200 Tex, contrecollée sur un voile de carde de 40 g/m2 (deux couches), dont les tronçons de filaments sont orientés principalement de manière oblique après passage dans un nappeur, ce qui permet, avec un mélange en poids de 75 % de verre et de 25% de matière thermoplastique, d'obtenir un renfort à composantes transversales (trame), le poids final étant de 760 g/m2. Un tel produit de renforcement est utilisable dans la fabrication des skis.
On évite la présence des fils de liage par tricotage couture, qui sont présents dans les renforts actuels de nappe de roving et de voile de verre non directionnels. Ces fils de tricotage couture constituent des irrégularités de surface qui restent apparentes après fabrication du ski, et nuisent à l'aspect du produit.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des. revendications ci-après.