La présente invention concerne le domaine technique des matériaux de 5 renfort, adaptés à la constitution de pièces composites, Plus précisément, des procédés et utilisations permettant d'améliorer la résistance au délaminage de matériaux lors de leur dépose.

La fabrication de pièces ou d'articles composites, c'est-à-dire comprenant, d'une part _f un ou plusieurs renforts ou nappes fibreuses et,

10 d'autre part, une matrice (qui est, le plus souvent, principalement de type therrnodurcissabl et peut inclure un ou plusieurs therrnoplastîques) peut, par exemple, être réalisée par un procédé dit "direct" ou "LC " (de l'anglais « Liquld Composite Moulcling »}. Un procédé direct est défini par le fait qu ^' un ou plusieurs renforts fibreux sont mis en œuvre à l'état "sec" (c'est-à-dire

15 sans la matrice finale), la résine ou matrice, étant mise en œuvre séparément, par exempte, par injection dans le moule contenant les renforts fibreux (procédé "RTM", de l'anglais Resin Transfer Mouldlng), par infusion au travers de l'épaisseur des renforts fibreux (procédé "LRÏ", de l'anglais « Liquid Resin Infusion » ou procédé "RFT, de l'anglais « Resin Film

20 Infusion »}, ou bien encore par enduetion/imprégnation manuelle au rouleau ou au pinceau, sur chacune des couches unitaires de renfort fibreux, appiîquées de manière successive sur la forme.

Pour les procédés RTH, LRI ou RFI ₍ , il faut e général tout d'abord fabriquer une préforme fibreuse ou empilement de la forme de l'article fini

25 désiré, puis imprégner cette préform ou empilement d'une résine destinée à constituer la matrice. La résine est injectée ou infusée par différentiel de pressions en température, puis une fois que toute la quantité de résine nécessaire est contenue dans la préforme, l'ensemble est porté à une température plus élevée pour réaliser le cycl de polymérisation/réticulation

30 et ainsi entraîner son durcissement,

Les pièces composites utilisées dans l'industrie automobile, aéronautique ou navale, sont en particulier soumises à des exigences très strictes., notamment en termes de propriétés mécaniques. Pour économiser en carburant,, l'Industrie aéronautique a remplacé de nombreux matériaux métalliques par des matériaux composites qui sont plus légers.

La résine qui est ultérieurement associée, notamment par injection ou infusion, aux nappes unidirectionnelles de renfort, lors d la réalisation de la pièce, peut être une résine thermodurclssable, par exemple du type époxy. Pour permettre un écoulement correc au travers d'une préforme constituée d'un empilement de différentes couches de fibres de carbone, cette résine est, le plus souvent, très fluide _, , par exemple d'une viscosité de l'ordre de 50 à 2G0mPa.s. à la température d'infusion/injection, L'inconvénient majeur de ce type de résine est leur fragilité, après polyménsation/réticulation, ce qui entraîne une faible résistance à l'Impact des pièces composites réalisées.

Afin de résoudre ce problème, il a été proposé dans les documents de l'art antérieur d'associer les couches unidirectionnelles de fibres de carbone à des couches intermédiaires polymériques, et notamment à un non-tissé de fibres thermoplastiques. De telles solutions sont notamment décrites dans les demandes de brevet ou les brevets EP 1125728, US 6,828,016, WO 00/58083 _, , WO 2007/015706., WO 2006/12.1961 et US 6,503,856. L'ajout de cette couche de polymère intermédiaire tel qu'un non-tissé permet d'améliorer les propriétés mécaniques au test de compression après impact (CAI), test utilisé de manière courante pour caractériser la résistance des structures à l'impact

La demanderesse a également proposé dans les demandes de brevet antérieures WO 2010/046609 et WO 2010/061114, des matériaux intermédiaires particuliers comportant une nappe de fibres unidirectionnelles, en particulier de carbone, associée par collage, sur chacune de ses faces à un non-tissé de fibres thermoplastiques (également nommé non-tissé), ainsi que leur procédé d'élaboration.

Lors de la mise en oeuvre de tels matériaux intermédiaires, notamment sous la forme de rubans voilés., la demanderesse a constaté que lors de la dépose automatisée d'un ruban voilé, celui-ci est collé au pli précédent par l'association d'une action de pression et de chauffe puis refroidissement, ce dernier pouvant se faire sans action particulière d'apport de frigorie, par voie dite « naturelle », Le ruban se trouve alors lié au pli précédent par sa face Inférieure, et cette liaison mécanique,, est sollicitée en cisaillement tout au long de la dépose du ruban. La sollicitation est d'Intensité proportionnelle au rapport (tension de dépose) / (longueur collée). La tension de dépose étant généralement considérée constante,. Il en résulte que la contrainte de cisaillement est plus importante lors des premiers centimètres de dépose et que celle-ci va décroître avec la longueur du ruban déposé. L'effort de cisaillement se distribue sur toute l'épaisseur du ruba et, si la tension de dépose est trop importante, un délaminage du ruban au niveau de sa zone centrale qui est constituée de fibres de renfort sèches a été constaté dans certains cas par la demanderesse, lors des premiers centimètres de dépose. En effet, la demanderesse a constaté que dans de tels matériaux comprenant un ruban de fibres unidirectionnelles associé sur au moins l'une de ses faces à une coucbe de matière thermoplastique et/ou thermodurcissable une liaison mécanique préférentielle s'établit entre les filaments situés sur leurs faces principales du ruban et la matière thermoplastique et/ou t errnodurcissabie,, alors que la zone centrale du ruban uniquement constituée de filaments correspond à la zone de plus faible résistance au cisaillement,

Ce phénomène peut également être accentué,, dans le cas de matériau associés sur chacune de leurs faces principales à une couche de matière thermoplastique et/ou therrnodurcissabie, lorsqu'un organe de dépose, du type roulette ou rouleau en fonction de la largeur du matériau déposé, est utilisé pour déposer le matériau. Dans ce cas, lors des tous premiers millimètres, voire centimètres, de collage du matériau, la face au contact avec le rouleau ou la roulette a tendance à y adhérer, ce qui peut encore favoriser le délaminage du matériau quand son autre face est ensuite collée à la surface sur laquelle II est déposé et qui peut être un support ou le pli précédent.

Dans ce contexte, l'objectif de l'invention est de remédier aux problèmes de délaminage que l'on peu constater dans certains cas, lors du dépôt de matériaux intermédiaires constitués d'une couche de fibres de renfort associée sur au moins l'une de ses faces à une couche de matière thermopiastique ou thermodurcissable ou d'un mélange de matières thermopiastique et thermodurcissable, comme par exempte avec les rubans voilés décrits dans les demandes de brevet WO 2010/046609 et WO 2010/061114, mis en œuvre notamment lors de la réalisation d'empilements. Pour cela, la présente invention propose un nouveau procédé de dépose mettant en œuvre une étape préalable et permettant de conserver l'intégrité des matériaux intermédiaires utilisés, lors de leur dépose.

La présente invention concerne un procédé de dépôt en continu sur une surface de dépose d'un matériau Intermédiaire constitué d'une couche unidirectionnelle de fibres de renfort associée sur au moins l'une de ses faces è une couche de matière thermoplastique et/ou ttiermodurdssabie, la ou les couches de matière thermopiastique et/ou fhermodurcissahle constitutiYe(s) du matériau intermédiaire ne représentant pas plus de 10% de la masse totale du matériau intermédiaire,, et représentant de préférence de 0,5 à 10%, et préférentiel lement de 2 à 6%, de la masse totale du matériau intermédiaire, dans lequel :

- le matériau intermédiaire a subi, préalablement à son dépôt, une opération d'application ponctuelle d'efforts traversants réalisée, de manière à traverser l'épaisseur totale du matériau Intermédiaire et étant accompagnée d'un chauffage entraînant la fusion au moins partielle de la matière thermoplastique ou une polymérisation partielle ou complète de la matière thermodurcissable, au niveau des points d'applications des efforts traversants, et entraînant une pénétration de la matière thermoplastique et/ou thermodurcissable et créant des ponts de fiaison dans l'épaisseur de ta couche unidirectionnelle de fibres de renfort, s'étendant de préférence d'une face principale à l'autre de la couche unidirectionnelle de fibres de renfort,

- ie matériau intermédiaire est déposé en continu, selon une trajectoire de déplacement déterminée, avec application simultanée sur le matériau intermédiaire, d'une tension et d'une pression de manière à appliquer sur la surface de dépose,, ia dépose étant réalisée,, en appliquant une face du matériau intermédiaire en cours de dépose correspondant à une couche de matière thernioplastique et ou thermodurdssabie sur la surface de dépose et/ou en appliquant ie matériau intermédiaire en cours de dépose sur la surface d dépose porteuse d'une matière thermoplastique et ou thermodurcissable, et en activant la matière thermopiastique et/ou thermodurdssabie qui va se trouver à 1 Interface entre le matériau intermédiaire et la surface de dépose,, de manière à assurer la liaison entre e matériau intermédiaire déposé et la surface de dépose.

Dans ie cadre de l'invention, le matériau intermédiaire est soumis, avant l'opération de dépose, à une opération d'application ponctuelle d'efforts traversants, de manière à augmenter la cohésion dans l'épaisseur du matériau Intermédiaire, Ensuite, lors de sa dépose, l'intégrité du matériau Intermédiaire est mieux conservée, malgré les contraintes en cisaillement qui! subit.

L'invention concerne également un procédé de constitution d'un empilement par dépôts successifs de matériaux intermédiaires constitués d'une couche unidirectionnelle de tlbres de renfort; associée sur au moins Tune de ses faces à une couche de matière thermopiastique et/ou thermodurdssabie, dans lequel les matériaux intermédiaires sont déposés selon le procédé en continu de l'invention. L'empilement réalisé comporte plusieurs couches unidirectionnelles de fibres de renfort, avec au moins deux couches unidirectionnelles de fibres de renfort s'étendant selon des directions différentes.

L'invention a également pour objet l'utilisation dans un procédé de dépôt en continu selon ⁽ Invention d'un matériau intermédiaire ayant préalablement subi une opération d'application ponctuelle d'efforts traversants, pour conserver la cohésion du matériau lors de s dépose, et en particulier lors des premiers centimètres de dépose, L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce composite comprenant une étape de constitution selon le procédé défini dans le cadre de l'invention d ^' un empilement par dépôts successifs de matériaux intermédiaires,, lesdits matériaux intermédiaires étant chacun constitué d'une couche de fibres de renfort associée sur au moins l'une de ses faces à une couche de matière thermoplastique ou thermodurdssable ou d'un mélange de matières thermopiastlque et thermodurdssable, suivie d'une étape de diffusion., par infusion ou injection,, d'une résine thermodurdssable, d'une résine thermoplastique ou d'un mélange de telles résines, au sein de l'empilement, suivie d'une étape de consolidation de la pièce souhaitée par- une étape de polymérisation/réticuiation suivant un cycle défini en température et sous pression, et d'une étape de refroidissement,

La présente Invention concerne également des matériaux intermédiaires constitués d'une couche unidirectionnelle de fibres de renfort associée sur au moins l'une de ses faces à une couche de matière thermoplastique et/ou thermodurdssable, la ou les couches de matière thermoplastique et/ou thermodurdssable constitutive(s) du matériau intermédiaire ne représentant pas plus de 10% de la masse totale du matériau intermédiaire et représentant, de préférence de 0 5 â 10% , et préférentielle ment de 2 à 6%, de la masse totale du matériau intermédiaire, ayant subi une opération d'application ponctuelle d'efforts traversants réalisée, de manière à traverser l'épaisseur totale du matériau intermédiaire et étant accompagnée d'un chauffage entraînant la fusion au moins partielle de la matière thermoplastique ou une polymérisation partielle ou complète de la matière thermodurdssable, au niveau des points d'applications des efforts traversants, et entraînant une pénétration de la matière thermopiastlque et/ou thermodurdssable et créant des ponts dans l'épaisseur de la couche unidirectionnelle de fibres de renfort, s'étendant de préférence d'une face principale â l'autre de la couche unidirectionnelle de fibres de renfort. De manière avantageuse, l'opération d'application ponctuelle d'efforts traversants est réalisée selon une densité de points d'application de 40000 à 250000 par m ² , et de préférence de 90000 à 110000 par ni ² et le matériau ? intermédiaire obtenu présente un facteur d'ouverture de G à 2 %, et de préférence de 0 à 1% et préférentiellement de 0%. En particulier, un tel matériau intermédiaire pourra présenter un facteur d ^' Ouverture de 0 à 2% et, de préférence de G%, et avoir été obtenu avec une densité de points d'application de 90000 à 110000 par m ² .

La description qui va suivre, en référence aux Figures annexées, permet de mieux comprendre I Invention et détaille différentes variantes de mise en œuvre applicables, indifféremment, aux procédés et utilisations faisant l'objet de iinvention,

Les Fi ures i et 1 sont des vues schématiques Illustrant deux modes de dépôt de matériaux intermédiaires pouvant être utilisés dans le cadre de l'Invention,

La Figure 2 présente schématiquement les forces appliquées sur un matériau intermédiaire au début de sa dépose.

La ig re 3 est une vue schématique illustrant un autre mode de dépôt de matériaux intermédiaires pouvant être utilisé dans le cadre de

Iinventlon.

Les Figure 4â à 4€ sont des vues schématiques Illustrant la réalisation successive de dépôts de matériaux intermédiaires se présentant sous la forme de ruban,

La Figura S est une vue schématique d'une série de points d'application au niveau desquels les efforts traversants., pénétrations., ou perforations sont exercés,

La Figura §& est une photographie d'ensemble d'un matériau intermédiaire perforé pouvant être utilisé dans le cadre de l'Invention,

La Fîcpre SB est une photographie correspondant à une vue microscopique, donnant une vue détaillée de l'effet d'une perforation du matériau présenté en Figure 6A.

La Figure SC est une photographie d'un autre matériau intermédiaire perforé pouvant être utilisé dans le cadre de Iinventlon ayant des caractéristiques différentes (GF), La Fig re 6B est une photographie correspondant à une vue microscopique, donnant une vue détaillée de l'effet d'une perforation du matériau présenté en igyre 6C

La Fifpre SE montre une micrographie d'une coupe dans l'épaisseur d'un stratifié réalisé à partir du matériau intermédiaire présenté Figure 6€ avec infusion de résine TM 6 (de la société Hexcel Corporation) à 60% de taux volumique de fibres.

La Fsg re 7 représente schématiquement un dispositif d'application ponctuelle d'efforts traversants.

La Fsgyr® S étudie la résistance au délaminage d'un matériau intermédiaire utilisé dans le cadre de l'invention, en fonction de la tension appliquée audit matériau intermédiaire lors d'une opération de perforation.

La Fig re § étudi la résistance au délaminage obtenue en fonction de la densité de micro-perforations appliquée au matériau intermédiaire, dans différents cas de grammage de nappes unidirectionnelles de fibres de carbone.

La Figyre î présente les résultats de résistance au délaminage obtenus pour différents matériaux intermédiaires en fonction du voile et du grammage de la nappe unidirectionnelle de carbone utilisés,

La Figure il présente les résultats de résistance au délaminage obtenus en fonction du taux massique de voile.

L'invention utilise le dépôt en continu d'un matériau Intermédiaire, selon une trajectoire de déplacement déterminée, avec application simultanée sur le matériau Intermédiaire, d'une tension et d'une pression de manière à l'appliquer sur la surface de dépose, la dépose étant réalisée, en appliquant une face du matériau intermédiaire en cours de dépose correspondant à une couche de matière thermoplastique et/ou thermodurdssable sur la surface de dépose et/ou en appliquant le matériau intermédiaire en cours de dépose sur la surface de dépose porteuse d'une matière tberrnoplastique et/ou thermodurcissable et en activant, au niveau de fa zone de dépose, Ilnterface entre le matériau intermédiaire et la surface de dépose, de manière à assurer la liaison entre ie matériau intermédiaire déposé et la surface de dépose. La Flgyre i illustre le dépôt d'un matériau Intermédiaire I constitué d'une couche de fibres unidirectionnelles 2 associée sur une seule de ses faces nommée li à une couche de matière tliermoplastique et/ou thermodurdssable 3. Le matériau intermédiaire est déposé, de telle sorte que sa face 1 ₂ qui correspond à la couche de fibres unidirectionnelles 2 soit appliquée contre l surface de dépose 4. Dans ce cas, la surface de dépose 4 est elle-même constituée d'une couche de matière thermoplastique et/ou thermodurcissable 5 qui est activée et qui assure la liaison avec le matériau Intermédiaire. L'activa ion est assurée par des moyens appropriés non représentés, au fur et â mesure de ia dépose du matériau intermédiaire.

Le plus souvent, le matériau intermédiaire est déposé en continu., selon une trajectoire de déplacement déterminée, avec application simultanée sur le matériau Intermédiaire, d'une tension et d'une pression de manière à appliquer sur la surface de dépose une face du matériau Intermédiaire en cours de dépose correspondant à une coucbe de matière tliermoplastique et/ou thermodurdssable et en activant, lors de sa dépose, ladite couche de matière thermoplastique et/ou thermodurcissable, de manière à assurer la liaison entre le matériau intermédiaire déposé et la surface de dépose, Une telle possibilité où le matériau intermédiaire est déposé de manière à appliquer la couche de matière thermoplastique et ou thermodurcissable 3 contre la surface de dépose 4 est présentée Ft§ur® ÎB,

Quel que soit le cas de figure, iactivation se fait au niveau ou à proximité de la zone de dépose, de manière à rendre collante la couche de matière tliermoplastique et/ou thermodurcissable devant assurer la liaison, avant que le contact entre le matériau intermédiaire et la surface de dépose soit réalisé.

De manière classique, dans le cadre de l'Invention, la constitution de pièces composites passe par la réalisation d'un empilement ou préforme de matériaux intermédiaires. Chaque matériau intermédiaire comprend une couche de fibres de renfort associée sur au moins l'une de ses faces a une couche de matière thermoplastique ou thermodurcissable ou d'un mélange de matières thermoplastique et thermodurcissable. Afin de constituer l'empilement souhaité, chaque matériau Intermédiaire est déposé sur une surface qui peut être, soit un élément support dans le cas du dépôt de la première couche de matériau(x) interrnédiaire(s) nécessaire à la réalisation de l'empilement, soit un matériau intermédiaire précédemment déposé» Le dépôt de chaque matériau intermédiaire est, de préférence, réaiisé de manière telle qu'au moins une couche de matière thermoplastique ou thermodurclssable ou d'un mélange de matières thermoplastique et thermodurdssable soit appliquée sur la surface de dépôt et soit activée lors de sa dépose, de manière à assurer la liaison avec la surface sur laquelle le matériau intermédiaire est déposé, Une telle dépose facilite le dépôt du premier pli, qui peut être déposé sur n'importe quel type de surface compatible de collage avec la matière polymé iqu choisie. De plus., on a ainsi, au moins une couche de matière thermoplastique ou thermodurclssable ou d'un mélange de matières thermoplastique et thermodurclssable qui se trouve à l'interface de deux matériaux intermédiaires déposés l'un sur l'autre et assure leur liaison l'un à l'autre.

Dans le cadre de l'invention, ie dépôt d'un matériau Intermédiaire est réalisé en continu avec application sur ce dernier d'une pression de manière à appilquer sur la surface de dépose, La force résultant de cette pression peut, par exemple,, être de 0,3 à 8 par cm de largeur de matériau intermédiaire. De manière à assurer un dépôt adéquat,, le matériau intermédiaire est tendu au cours de sa dépose. Pour cela, il est tiré parallèlement à la direction des fibres unidirectionnelles. En particulier, une tension de 2 à 50g par cm de largeur de matériau intermédiaire peut, notamment, être appliquée au matériau intermédiaire. Il en résuite que lors des premiers centimètres de dépose, le matériau intermédiaire I est soumis à une contrainte en cisaillement du fait qu'il est tiré dans un sens du fait de sa liaison à la surface de dépose 4 et dans le sens opposé du fait de la tension appliquée sur ce dernier, comme représenté schématique ment Figure 2,

L'organe de dépôt est,, de manière avantageuse, un dispositif tournant du type rouleau, galet ou roulette, en fonction de la largeur du matériau II intermédiaire déposé. Cet organe de dépôt est couplé à un dispositif de déplacement et d'avancement du matériau au cours de sa dépose. Le dépôt du matériau Intermédiair peut ainsi être réalisé de manière automatisée grâce à un dispositif de commande.

La Fifyre 3 illustre un autre mode de réalisation dans lequel le déplacement du matériau intermédiaire î est assuré au fur et à mesure de sa dépose en exerçant une pression,, de préférence sensiblement perpendiculaire à la surface de dépose 4 sur lequel II est déposé. L'organe de dépose est constitué d'un rouleau 6 qui exerce une pression sur le matériau 1, de manière à rappliquer sur la surface de dépose 4, Le matériau Intermédiaire, dans l'exemple illustré Figure 3 est composé d'une nappe unidirectionnelle 1Û associée sur chacune de ses faces à une couche de matière thermopiasdque et ou hermodurcissabie 20 et 3CL La manipulation de tels matériaux intermédiaires symétriques est plus aisée,, étant: donné que dans tous les cas, on a deux couches de matière thermoplastique et/ou thermodurcissabie à l ^' interface,, et le matériau peut être déposé sur l'une ou l'autre de ses faces. La couche de matière thermoplastique et/ou thermodurcissabie situé à l'interface du matériau intermédiaire en cours de dépose et de la surface sur laquelle il est déposé est activée au fur et à mesure de la dépose, par tout moyen approprié,, par exemple, par un dispositif de chauffage, notamment, une lampe à Infrarouge,, un buse à gaz chaud ou un LASER représenté sous la référence 7 sur la Figure 3, orienté vers la zone de dépose du matériau intermédiaire. Il a notamment été montré que l'utilisation d'un LASER à Diode de 500W et de longueur d'onde comprise entre 965 nrn et 980 nm offrait la possibilité de dépose du matériau intermédiaire à des vitesses de 1 m/seconde sur 50mm de large. Une puissance pius importante permet d'augmenter encore cette vitesse ou de déposer une largeur supérieure. L'activatlon permet de ramollir l couche polymérique à activer en réalisant une fusion au moins partielle dans le cas d ^f une matière thermoplastique et un début de polymérisation dans le cas d'une matière thermodurcissabie. Après refroidissement, qui peut intervenir naturellement, sans moyen additionne! de frigorie, la liaison du matériau à la surface de dépose est ainsi assurée, La trajectoire de dépose du matériau intermédiaire peut être reetiligne ou courbe. Les libres unidirectionnelles suivent ia trajectoire de dépose.

Les Fîg res 4â à 4C illustrent un mode de réalisation dans lequel différentes bandes iOÛ de matériaux intermédiaires sont déposées les unes à côté des autres selon des trajectoires de dépose parallèles, de manière à former des couches 2Û¾ à 2S¾. Comme illustré Figyre 4A, le dispositif 3ÛÛ permettant d'activer ia matière thermoplastique et ou thermodurcissable est solidaire de l'organe de dépose 400, de manière à pouvoir se déplacer ensemble, L'Organe de dépose 4ÛÛ est déplacé pour le dépôt des différentes bandes 100 qui sont découpées en fin de trajectoire grâce à un organe de découpe non représenté. Lorsqu'une couche est entièrement déposée, l'orientation de l'organe de dépose est modifiée, comme illustré Figure 4E _f dans le cas de la première couche 2 §i _f de manière à déposer les différentes bandes de matériaux intermédiaires successives devant constituer la couche suivante selon une trajectoire de dépose différente de la couche précédente, La Figyra 4€ représente le dépôt de la deuxième couche 2002,. tes bandes 100 de matériau intermédiaire constitutives d'une même couche sont déposées de manière adjacente, sans espace inter-bande, et avec un coilage sur 100% de leur surface. Il est ainsi possible de réaliser un matériau dit multi-axial. Le procédé de dépose illustré Fïgyres 4A â 4C est particulièrement adapté au dépôt de matériaux intermédiaires de largeur comprise entre 3 et 300mm et de faible variation en largeur,, typiquement ayant un écart type en largeur inférieur à 0,25mm,

Dans le cadre de l'invention, le matériau Intermédiaire est préparé, préalablement à son dépôt en continu lors duquel celui-ci est soumis à une certaine pression et à une certaine tension donnant lieu à l'application d'efforts cisaillants, de manière à garantir une meilleure cohésion au matériau intermédiaire malgré les forces de cisaillement exercées sur ce dernier lors de l'opération de dépose, Cette préparation consiste à réaliser sur le matériau intermédiaire, une opération d'application ponctuelle d'efforts traversants,, de manière à traverser l'épaisseur totale du matériau Intermédiaire. Cette application ponctuelle d'efforts traversants est accompagnée d'un chauffage entraînant la fusion au moins partielle de la matière thermopiastique ou une polymérisation partielle ou complète de la matière thermodurdssable, au niveau des points d'applications des efforts traversants, ce qui entraîne une pénétration de la matière thermoplastique et/ou thermodurdssable et crée des ponts de liaison dans l'épaisseur de la couche unidirectionnelle de fibres de renfort. De préférence, ces ponts de liaisons sont établis entre les deux faces principales de la couche unidirectionnelle de fibres de renfort.

L'Invention est adaptée au dépôt de matériaux intermédiaires dans lesquels,, sur au moins une partie de l'épaisseur de la couche unidirectionnelle,, les fibres unidirectionnelles de renfort sont sèches., ^' est à dire non imprégnées de matière thermoplastique et/ou thermodurcissable, et donc plus sensibles au déiaminage, La ou les couche(s) thermopiastique(s) et/ou t iermodurcissabie(s) assodée(s) à la nappe unidirectionnelle, peut(vent) néanmoins avoir légèrement pénétré dans cette dernière, lors de l'association réalisée en général par thermo-compression mais la partie centrale,, dans le cas d'un matériau comportant deux couches de matière thermoplastique et/ou thermodurcissable, ou la partie opposée à la couche de matière thermopiastique et/ou thermodurdssable dans le cas d'un matériau ne comportant qu'une seule couche de matière thermoplastique et/ou thermodurcissable, qui correspond généralement à au moins 50% de l'épaisseur de la couche de fibres unidirectionnelles., reste non imprégnée et est donc qualifiée de sèche. L'opération de pénétration consiste à traverser l'épaisseur totale du matériau intermédiaire; tout en chauffant la matière thermoplastique ou thermodurcissable de manière à ce que cette dernière se trouve ramollie et puisse être entraînée dans la couche de fibres unidirectionnelles, au niveau des points d'application des efforts traversants. Une fois refroidie, la matière thermoplastique et/ou thermodurdssable crée dans l'épaisseur de la couche de fibres unidirectionnelles des ponts de liaison,, ce qui permet de renforcer sa cohésion. Après une telle opération, à l'exception des zones bordant les points d'application d'efforts traversants, sur au moins 50% de son épaisseur, la couche de fibres unidirectionnelles est toujours sèche, c'est à dire non imprégnée de matière thermoplastique et/ou thermodurcissable.

Dans le cadre de l'invention, l'opération d'application ponctuelle d'efforts traversants correspond à une opération de pénétration en différents points d'application ou de pénétration. Dans la suite de la description, on nommera indifféremment opération d'application ponctuelle d'efforts traversants ou opération de pénétration en différents points de pénétration, une telle étape consistant à traverser, au moins sur une partie de son épaisseur, un matériau intermédiaire» L'opération d'application ponctuelle d'efforts traversants est, de préférence, réalisée grâce a la pénétration d'une aiguille ou d'une série d'aiguilles, ce qui permet de bien maîtriser l'orientation des efforts traversants. L'opération d'application ponctuelle d'efforts traversants réalisée sur le matériau intermédiaire doit être accompagnée d'un chauffage entraînant ia fusion au moins partielle de la matière thermoplastique et/ou le ramollissement de la matière thermodurcissable, au niveau des points d'applications des efforts traversants. Pour cela, on utilisera, par exemple, un organe de pénétration lui-même chauffé. Néanmoins, il pourrait très bien être prévu de réaliser une telle opération grâce à un jet de gaz chaud. Sien que ceci soit non préféré, il pourrait également être envisagé de chauffer la couche de matière thermoplastique et ou thermodurclssable préalablement à l'opération de pénétration.

D manière avantageuse, l'opération d'application ponctuelle d'efforts traversants est réalisée en appliquant une force de tension sur le matériau intermédiaire. Tout d'abord, une tension suffisante, notamment de 15 à 3000g par cm de largeur sera appliquée sur ie matériau intermédiaire, le plus souvent en défilement, lors de l'opération de pénétration, de manière à permettre lintroductlon du moyen ou de l'organe de pénétration choisi. De manière avantageuse, la force de tension sur le matériau intermédiaire sera sélectionnée, de manière à entraîner un resserrement au moins partiel des fibres unidirectionnelles après l'opération d'application ponctuelle d'efforts traversants. En particulier, on recherchera à obtenir un facteur d'ouverture le plus faible possible,, pour ne pas détériorer les propriétés mécaniques de la pièce obtenue par la suite à partir d'un tel dépôt de matériau intermédiaire. Pour obtenir un facteur d'ouverture le plus faible possible, l'opération de pénétration sera mise en œuvre en appliquant sur le matériau intermédiaire une tension telle que l'ouverture créée par l'organe ou le moyen de pénétration puisse se refermer après le retrait de ce dernier. En particulier, une tension de 300 à 2000g par cm de largeur sera appliquée su le matériau intermédiaire, pour obtenir un tel resserrement.

Bien entendu, l'organe ou le moyen utilisé pour l'opération de pénétration, est retiré sot après avoir traversé le matériau intermédiaire concerné en effectuant un simple trajet aller, soit: en effectuant un trajet aller-retour. Ce retrait sera donc, de préférence, effectué avant refroidissement de la matière thermoplastique et/ou thermodurcissable, afin de permettre le resserrement des fibres» Le temps de refroidissement de la matière thermoplastique et/ou ther odurcissable jusqu'à son point de durcissement sera donc supérieur au temps nécessaire aux fibres pour se resserrer, voire se réaligner totalement, sous la forte tension qui leur est appliquée,

Le résultat ou le but de cette opération de pénétration est de minimiser les risques de délaminage, qui pourraient se produire lors de la dépose du matériau intermédiaire,, conformément à l'étape de dépose précédemment décrite, et notamment lors des premiers centimètres de dépose où il est soumis aux principales forces de cisaillement.

De manière préférentielle., l'opération de pénétration est réalisée selon une direction transversale à la surface du matériau intermédiaire traversé» d'obtenir des résultats en termes de résistance au délaminage particulièrement satisfaisants. L'opération de pénétration peut laisser ou non des perforations dans le matériau intermédiaire traversé. Les ouvertures créées par l'opération de perforation présenteront le plus souvent; dans le plan du matériau intermédiaire traversé, une section circulaire ou plus ou moins allongée, sous la forme d ^*' un œil ou fente, Les perforations résultantes ont, par exemple, une pius grande dimension, mesurée parallèlement à la surface traversée _; pouvant aller jusqu'à iOmm et de largeur pouvant aller jusqu'à 300μπι.

De manière avantageuse, l'opération d'application ponctuelle d'efforts traversants conduit à un facteur d'ouverture supérieur ou égal à 0 et inférieur ou égal à S% et de préférenc de 0 à 2 %, et encore préférentiel lement de 0 à i%, de manière à împacter le moins possible les propriétés mécaniques des pièces composites ultérieurement obtenues. Le facteur d'ouverture peut être défini comme le rapport entre la surface non occupée par la matière et la surface totale observée, dont l'observation peut être faite par le dessus du matériau avec un éclairage par le dessous de ce dernier, Il peut, par exempie, être mesuré selon la méthode décrite dans la demande WO 2011/086266, Le facteur d'ouverture peut être nul et correspondre à un matériau avec un délaminage très amélioré,

Un chauffage sera réalisé au niveau du moyen de pénétration ou autour de ce dernier, de manière à permettre le ramollissement de la matière thermoplastique et/ou t ermodurclssable Initialement présent qu'en surface du matériau intermédiaire et sa pénétration dans la couche de fibres unidirectionnelles, Une résistance chauffante peut, par exemple, être directement intégrée dans le moyen de pénétration, du type aiguille- Il se produit ainsi une fusion de la matière thermoplastique ou une polymérisation partielle ou complète dans le cas d'une matière thermodurclssable autour du moyen de pénétration, ce qui conduit,, après refroidissement, à la création de ponts de liaison entre les fibres de la couche unidirectionnelle. De préférence, le moyen de chauffage est directement intégré au moyen de pénétration, de telle sorte que le moyen de pénétration est lui-même chauffé. Lors de la pénétration le matériau intermédiaire pourra venir en butée sur une surface qui pourra alors être chauffée localement autour du moyen de pénétration, afin de réaliser un chauffage localisé autour de ce dernier ou bien, au contraire être totalement isolé, de manière a éviter un ramollissement de la couche de matières thermopfastîque ou thermodurcissable ou d'un mélange des deux avec laquelle 11 sera en contact. La Figyre J montre un dispositif de chauffage/pénétration 6Û0 équipé d'un ensemble d'aiguilles 00 alignées conformément aux lignes de pénétration et pas d'espacement sélectionnés.

Les points de pénétration seront,, préférentiel lemen , disposés de manière à former, par exemple un réseau de lignes parallèles, et seront avantageusement, disposés sur deux séries Si et 52 de lignes, de sorte

- Dans chaque série SI et 52, les lignes soient parallèles entre elles, - Les lignes d'une série Si soient perpendiculaires à la direction A des fibres unidirectionnelles de la nappe,.

- Les lignes des deux séries Si et S2 soient sécantes et forment, entre elles, un angle a différent de 90°, et notamment, de l'ordre de 50 à 85 ⁰ qui est d'environ 60° dans l'exemple illustré Figure S, Une telle configuration est illustrée Pîg re 5. Etant donné qu'au niveau des points de pénétration 500, la pénétration d'un organe tel qu'une aiguille, peut entraîner, non pas la formation d'u trou, mais plutôt d'une fente comme e montre les Figures 6Â et 6C _f du fait que les fibres unidirectionnelles s'écartent les unes des autres au niveau du point de pénétration, on obtient ainsi un décalage des fentes les unes par rapport aux autres. Ceci permet d'éviter la création d'une ouverture trop importante du fait de la réunion de deux fentes trop rapprochées l'une de l'autre.

La Figure 6â montre un matériau intermédiaire composé d'une nappe unidirectionnelle de î4Gg/m* de fibres de carbone IHA 12K de la société Hexcel Corporation avec un voile 1RSD03 de la société Protechnic (Cernay, France) thermocompressé de chaque côté. Ce matériau intermédiaire présente une largeur de de 6 _f 35rnm et un facteur d'ouverture de 1,6% (écart type 0,5%). Il a été produit par pénétration avec une série d'aiguilles chaudes avec une tension de 315g/cm.

La Figyre 6B montre un grossissement d ^' une zone perforée du matériau présenté Figure 6A.

La Figyre §€ montre un matériau intermédiaire de 2iQg/m ² de fibres

IHÂ 12K de la société Hexcei Corporation avec un voile 1 8D06 de la société Protec nic (Cernay, France) thermocompressé de chaque côté, de 6,35mm de large ayant un facteur d'ouverture de 0,5% (écart type 0,3%). Il a été produit par pénétration avec une série d'aiguiiies chaudes avec une tension de 315g/cm,

La Figyre §D montre un grossissement d'une zone perforée du matériau présenté Figyre 6C.

La Figure 6E montre une micrographie d'une coupe dans l'épaisseur d'un stratifié réalisé à partir du matériau Intermédiaire présenté Figure 6€ avec infusion de résine RTM 6 (de la société Hexcei Corporation) à 80% de taux volumîque de fibres. Cette micrographie met en évidence que l'opération de pénétration de l'aiguille chaude à travers le matériau intermédiaire engendre un déplacement du polymère de la surface du matériau intermédiaire au sein de celui-ci, augmentant ainsi sa résistance au délaminage,

Il apparaît que la masse sur adque des fils de renforts et du voile influent sur le facteur d'ouverture obtenu avec une même tension des fils lors de la perforation. La nappe de 2i0g/m ² a un facteur d'ouverture plus faible que la nappe de l-Wg/m ² , alors même qu'un voile de plus fort grammage a été utilisé. Le phénomène de réarrangement des filaments sous tension se passe plus facilement avec un matériau plus épais, La demande WO 2010/046609 décrit de tels matériaux intermédiaires ayant subi une opération préalable de pénétration/perforation, constitués d'une nappe unidirectionnelle de fibres de carbone, associée sur chacune de ses faces à un non-tissé de fibres thermoplastiques. On pourra se référer à cette demande de brevet pour plus de détails., étant donné, qu'elle décrit de manière détaillée des matériaux intermédiaires pouvant être utilisés dans le cadre de l'Invention, îl convient, néanmoins, de souligner que, dans cette demande de brevet, une opération de pénétration ou de perforation était réalisée pour améliorer la perméabilité de l'empilement lors de la réalisation de la pièce composite, Dans le cadre de l'invention, une telle opération est utilisée pour améliorer la cohésion des matériaux intermédiaires au cours de leur dépose qui met en œuvre un dépôt progressif et une liaison progressive du matériau intermédiaire et forme des ponts de liaison entre les fibres unidirectionnelles. Une telle amélioration est mise en évidence dans les exemples qui vont suivre.

Dans le cadre de l'invention, quelle que soit ia variante de mise en oeuvre, l'opération d'application ponctuelle d'efforts traversants sera réalisée par tout moyen de pénétration approprié, de préférence automatisé, et notamment grâce à une série d'aiguilles, picots ou autre. Le diamètre des aiguilles (dans la partie régulière après la pointe) sera notammen de 0,8 à 2,4mm. Les points d'applications seront,, le plus souvent espacés de 5 à 2 mm.

L'opération de pénétration est réalisée sur les matériaux intermédiaires qui sont ensuite déposés,, voire empilés pour former un empilement nécessaire à la réalisation d'une pièce composite, Il n'est pas nécessaire que les points de pénétration se superposent ensuite,, lors de l'empilement des matériaux intermédiaires. De manière préférée, l'empilement réalisé est exclusivement constitué de matériaux intermédiaires définis dans le cadre de l'invention, ayant subi l'opération de pénétration.

Il es , selon un mode de réalisation privilégié dans le cadre de l'invention, possible de réaliser l'empilement par superposition de matériaux intermédiaires constitués d'un matériau de renfort à base de fibres unidirectionnelles de carbone, associé sur au moins une de ses faces à une couche de matière thermo plastique ou thermodurclssable ou d'un mélange des deux. Un tel matériau intermédiaire pourra être constitué d'une nappe unidirectionnelle de fibres de carbone, associé sur une seule de ses faces, ou sur chacune de ses faces, à une couche de matière thermoplastique ou thermodurclssable ou d'un mélange des deux. De tels matériaux intermédiaires présentent une cohésion propre _, , la ou les deux couches de matière thermoplastique ou thermodurcissable ou d'un mélange des deux ayant été préalabiement associée(s) au matériau de renfort, de préférence grâce au caractère thermopiastique ou thermodurcissable de la couche par thermocompression.

L'empilement réalisé dans ie cadre de l'invention pourra comprendre un grand nombre de couches de matériaux intermédiaires, en général, au moins quatre et dans certains cas plus de 100, voire plus de 200. Chaque couche de matériau(x) interrnédialre(s) pourra soit être constitué d'une seule largeur de matériau intermédiaire, soit de dépôts côte â côte, réalisés de manière joîntive ou non de matériaux intermédiaires. L'empilement sera, de préférence, constitué uniquement de matériaux intermédiaires définis dans le cadre de l'invention et selon un mode de réalisation avantageux, de matériaux intermédiaires tous Identiques.

Les fibres de renfort constitutives des matériaux intermédiaires déposés dans ie cadre de l'invention et,, donc, utilisés pour la conception des empilements sont, par exemple, des fibres de verre, de carbone, d'aramide, de céramiques, les fibres de carbone étant particulièrement préférées.

De manière classique, dans ce domaine, par « nappe ou couch unidirectionnelle de fibres de renfort » _f on entend une nappe constituée exclusivement ou quasi-exclusivement de fibres de renfort déposées selon une même direction, de manière à s'étendre de manière sensiblement parallèle les unes aux autres. En particulier, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la nappe unidirectionnelle ne comporte aucun fû de trame venant entrelacer les fibres de renfort, ni même de couture qui aurait pour but de donner une cobésion à la napp unidirectionnelle avant son association à une couche de matière thermopiastiqu ou thermodurcissable ou d'un mélange des deux. Ceci permet en particulier d'éviter toute ondulation au sein de la nappe unidirectionnelle.

Dans la nappe unidirectionnelle, les fils de renfort sont, de préférence,, non associés à un liant polymé ique et donc qualifiés de secs, c'est-à-dire quiis ne sont ni imprégnés, ni enduits, ni associés à un quelconque liant polvmérique avant leur association aux couches de matière thermoplastique et/ou thermodurcissable, Les fibres de renfort sont., néanmoins, l plus souvent caractérisées par un taux massique d'ensimage standard pouvant représenter au plus 2% de leur masse. Ceci est particulièrement adapté à la réalisation de pièces composites par diffusion de résine; selon Ses procédés directs bien connus de l'homme de Part

Les fibres constitutives des nappes unidirectionnelles sont de préférence continues. La couche ou nappe unidirectionnelle présente dans ies matériaux intermédiaires déposés peuvent être constituées de un ou de plusieurs fils. Un fil de carbone est constitué d'un ensemble de filaments et comporte,, en général, de 1 000 à 80 000 filaments, avantageusement de 12 000 à 24 000 filaments, De façon, particulièrement préférée, dans le cadre de l'invention,, des fils de carbone de 1 à 24 K _f par exemple, de 3K _f 6K _f 12K ou 24K, et préférentieliement de 12 et 24K, sont utilisés. Par exemple, ies fils de carbone présents au sein des nappes unidirectionnelles, présentent un titre de 60 à 3800 Tex, et préférentieliement de 400 à 900 tex. La nappe unidirectionnelle peut être réalisée avec tout type de fils de carbone, par exemple, des f s Haute Résistance (HR) dont le module en traction est compris entre 220 et 2 1GPa et dont la contrainte à rupture en traction est comprise entre 3450 et 483ÛHPa, des fils de Module Intermédiair (IH) dont le module en traction est compris entre 290 et 29?6Pa et dont la contrainte à la rupture en traction est comprise entre 3450 et 6200MPa et des Fils Haut Module (HM) dont le module en traction est compris entre 345 et 4486Fa et dont la contrainte à rupture en traction est comprise entre 3450 et 5520Pa (d'après le « ASM Handbook », ISBN 0-87170-703-9, ASM International 2001),

Dans le cadre de l'invention, quelle que soi la variante de mise en oeuvre du procédé de constitution d'un empilement, l'empilement est, de préférence,, constitué de plusieurs matériaux Intermédiaires comprenant chacun une couche de fibres de renfort unidirectionnelles, avec au moins deux couches de fibres de renfort unidirectionnelles s'etendant selon des directions différentes, Toutes les couches de fibres de renfort unidirectionnelles peuvent avoir des directions différentes ou seulement certaines d'entre elles. Sinon, hormis leurs différences d'orientation , les couches de Fibres de renfort unidirectionnelles présenteront, de préférence, des caractéristiques identiques, Les orientations privilégiées sont le plus souvent, celles faisant un angle de 0°, + 45° ou - 45° (correspondant également à +135°), et + 90° avec l'axe principal de la pièce à réaliser. Le 0° correspond à l'axe de la machine permettant de réaliser l'empilement, c'est-à-dire à Taxe qui correspond à la direction d'avancement de l'empilement lors de sa conception» L'axe principal de la pièce qui est le plus grand axe de la pièce se confond généralement avec le 0°. Il est, par exemple, possible de réaliser des empilements quasi-Isotropes, symétriques ou orientés en choisissant I Orientation des plis. A titre d'exemples d'empilement quasi-isotrope, on peut cite l'empilement selon les angles 4570 135 90°, ou 907i35707 5 ^o , A titre d'exemples d'empilement symétrique, on peut citer 079070°, ou 457135745°. En particulier, des empilements comprenant plus de 4 nappes unidirectionnelles, par exemple de 10 à 300 nappes unidirectionnelles pourront être réalisés. Ces nappes pourront être orientées selon 2, 3 _f 4, 5, voire plus., directions différentes.

De manière avantageuse, les matériaux intermédiaires utilisés comportent une nappe unidirectionnelle de fibres de carbone présentant un grammage de 100 à 280 g/m ² .

Dans le cadre de ilnvention, quelle que soit la variante de mise en œuvre, la ou les couches de matière thermo plastique et/ou thermodurcissable présentes dans les matériaux intermédiaires utilisés est (sont),, de préférence,, un non-tissé d fibres thermoplastiques- Bien que ces possibilités soient non préférées,, des couches de matière thermoplastique ou thermodurcissable ou d'un mélange des deux du type tissu, film poreux, griiie, tricot ou dépôt de poudre pourraient être utilisées. On entend par « couche de matière thermoplastique et/ou thermodurcissable » que ladite couche peut être constituée d'une seule matière therrnopiasb ^' que ou thermodurcissable, d'un mélange de matières thermoplastiques, d'un mélange de matières thermodurcissables ou d'un mélange de matières thermoplastique(s) et thermodurcissabfe(s).

Par non-tJssé,, qui peut également être nommé « voile », on entend classiquement un ensemble de fibres continues ou courtes disposées aléatoirement. Ces non-tissés ou voiles pourront par exemple être produits par les procédés voie sèch (« Drylaid »}, voie humide (« Wetiaid »}, par voie fondue (« Spunlaid »), par exemple par extrusion {« Spunbond »), extrusion soufflage («Heltblo n »), ou par filage avec solvant (* electrospinning » , « Flashspining »},, bien connus de l'homme du métier. En particulier, les fibres constitutives du non~tissé peuvent présenter des diamètres moyens compris dans la gamme allant de 0,5 à 70 pm, et préférentieiiemen de 0,5 à 20 pm. Les non-tissés peuvent être constitués de fibres courtes ou,, de préférence, de fibres continues. Dans le cas d'un non- tissé de fibres courtes,, les fibres peuvent présenter,, par exemple, une longueur comprise entre i et 100 mm, Les non-tissés offrent une couverture aléatoire et,, de préférence, isotropique.

De manière avantageuse., chacun des non-tissés présent dans les matériaux Intermédiaires utilisés a une masse surfaclque comprise dans la gamme allant de 0,2 et 20 g/m ² . De façon préférée, chacun des non-tissés présents dans les matériaux intermédiaires utilisés a une épaisseur de 0,5 à 50 microns, de préférence de 3 â 35 microns. Les caractéristiques de ces non-tissés pourront être déterminées selon Ses méthodes décrites dans la demande WO 2010/046609,

La ou les couches de matière thermoplastique ou thermoci u rcissa ble présente(s) dans les matériaux intermédiaires utilisés, et notamment: tes non- tissés, est (sont), de préférence, en une matière thermoplastique choisie parmi les polyamides, copolyamîdes, ies polyamides - block ether ou ester, ies polyph alarnides, les polyesters, les copolyesters, les poiyuréthanes thermoplastiques,, les polyacétales, les polyoléfines en C2-C8, ies polyét ersulfones _f les polysulfones, les poiyphénylènes suifones, les polyétherétherCétones les polyétherCétoneCétone, les po!y(sulfure de phénylène), ies polyétherimides, les polyimldes thermoplastiques, les polymères à cristaux liquides, les phénoxys les copolymères à blocs tels que les copolymères styrène-butadiene-métbyiméthacrylate, les copolymères méthylméthacrylate-acrvlate de butyl-méthylméthacrylate et leurs mélanges.

Les autres étapes utilisées pour la fabrication de la pièce composite sont tout à fait classiques pour l'homme du métier, Notamment, la fabrication de la pièce composite met en œuvre, en tant qu'étapes finales, une étape de diffusion, par infusion ou injection, d'une résine thermodurcissable, d ^' une résine thermopiastique ou d'un mélange de telles résines, au sein de empliement, suivie d'une étape de consolidation de la pièce souhaitée par une étape de polymérlsation/réticulation suivant un cycle défini en température et sous pression, et d'une étape d'un refroidissement. Selon un mode de réalisation particulier., adapté par ailleurs à toutes les variantes de mise en œuvre décrites en relation avec l'invention, les étapes de diffusion, consolidation et refroidissement sont mises en uvre dans un moule ouvert.

En particulier, une résine diffusée au sein de empliement sera une résine thermopiastique telle que précédemment listée pour la couche de matière thermoplastique constitutive de l'empilement, ou de préférence une résine thermodurcissable choisie parmi les époxydes, les polyesters insaturés, les vinyiesters, les résines phénoiiques, les polyimides, les bismaléimides. les résines phénol-for aldéhydes, urée-fbrmaldéhydes, les l _i 3 _/ S~triazine~2 _f 4 _< 6-triamine5., les benzoxazines, les esters de cyanates, et leurs mélanges. Une telle résine pourra également comprendre un ou plusieurs agents durcisseurs., bien connus de l'homme du métier pour être utilisés avec les polymères thermodurcissables sélectionnés.

Dans le cas où la réalisation de la pièce composite utilise la diffusion, pa infusion ou injection, d'une résine thermodurcissable, d'une résine thermopiastique ou d'un mélange de telles résines, au sein de l'empilement qui est l'application majeure envisagée dans le cadre de l'invention, rempliement réalisé, avant l'ajout de cette résine externe, ne contient pas plus de 10% de matière thermopiastique ou thermodurcissable. En particulier, les couches de matière thermopiastique ou thermodurcissable ou d'un mélange des deux représentent de 0,5 à 10% de la masse totale de l'empilement, et de préférence de 2 à 6% de la niasse totale de ! ^f empitement _f avant l'ajout de cette résine externe. Bien que l'Invention soit particulièrement adaptée à la mise en œuvre de procédé directe, elle est également applicable aux procédés indirects mettant en œuvre des matériaux de type préimprégnés.

De manière préférée, dans le cadre de (Invention, l'empilement est effectué de façon automatisée,

L'Invention, utilisera de préférence, une infusion dans l'empilement, sous pression réduite, notamment sous une pression inférieure à la pression atmosphérique, notamment inférieure à 1 bar et, de préférence, comprise entre 0,1 et 1 bar, de la résine thermodurcissable ou ttierrno plastique, ou un mélange de telles résines, pour la réalisation de la pièce composite. Llnfusion sera,, de préférence, réalisée dans u moule ouvert, par exemple par infusion sous bâche à vide,

La pièce composite est obtenue au final après une étape de traitement thermique, En particulier, la pièce composite est obtenue généralement par un cycle de consolidation classique des polymères considérés, en effectuant un traitement thermique, recommandé par les fournisseurs d ces polymères, et connu de l'homme du métier. Cette étape de consolidation de la pièce souhaitée est réalisée par polymérisation/rétlculation suivant un cycle défini en température et sous pression, suivie d'un refroidissement. Dans le cas de résine thermodurcissable, on aura le plus souvent une étape de geliflcation de la résine avant son durcissement, La pression appliquée lors du cycle de traitement est faible dans le cas de l'infusion sous pression réduite et plus forte dans le cas de l'injection dans u moule RTM.

De manière avantageuse, la pièce composite obtenue présente un taux volumique de fibres de 55 à 70% et notamment de 57 à 63%, ce qui conduit à des propriétés satisfaisantes notamment pour le domaine de l'aéronautique. Le taux volumique de fibres (TVF) d'une pièce composite est calculé à partir de la mesure de l'épaisseur d'une pièce composite en connaissant la masse surfacique de la nappe unidirectionnelle de carbone et les propriétés de la fibre de carbone, à partir de i'équation suivante

n x Masse surîadque UD _œr¾0Be

TVF{¾) _^ ^{' '} ^ ^{" ' £} ^ x lQ- ^j

Où e piaque est l'épaisseur de la plaque en mm,.

pi¾re carbone est la densité de la fibre de carbone en g an ³ ,

la masse surfacique UD car one est en g/m ² .

Les exemples ci-après permettent d'Illustrer l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif.

Description des matériaux de départi

- Voile de copolyamide d'épaisseur 118um et de 6g/m ² , commercialisé sous la référence 1R8D06 par la société Protechnîc (Cemay, France)

~ Voile de copolyamide d'épaisseur 5 um et de 3g/m ³ _f commercialisé sous la référence 1R8D03 par ia société Protechnîc (Cemay, France),

- Nappe unidirectionnelle réalisée avec des fils IMA 12 et 446 Tex de la société Hexeel, de manière à obtenir une masse surfacique de 140, 210 ou

Un matériau intermédiaire de largeur 6,35mm correspondant à une association voile polyamide/nappe unidirectionnelle de fibres de carbone/voile polyamide est réalisé et lié thermiquement conformément au procédé décrit pages 27 â 30 de la demande WO 2010/046609.

Un dispositif tel qu'illustré Figure 7 est utilisé pour effectuer une opération de pénétration sur le matériau, avec une disposition des points de pénétration comme présenté Figyre S, Dans tous les essais réalisés, les aiguilles sont chauffées à une température de 220°C< Les aiguilles utilisées sont en acier traité avec du carbonitrure de titane» Elles présentent une pointe d'une longueur de 5,25 mm qui présente un diamètre qui augmente jusqu'à atteindre un diamètre de 1,6 mm, pour se finir ave une partie régulière de diamètre contant égal à 1,6 mm sur une longueur de 14 mm. Tests îles p@rf¾ri¾i¾rigg§

Protocole de test et modélisation

Les éprouvettes sont réalisées à partir d'un fil de longueur 200mm, en contre-collant un ruban adhésif de 50mm sur ses deux faces opposées, L'effort est exercé par une machine de traction par l'Intermédiaire des rubans adhésifs» Un effort en traction de direction parallèle à la longueur de réprouvet e et de sens opposé est appliqué sur chacune des faces de l'éprouvette. La longueur totale sollicitée s'applique donc sur toute l'éprouvette soit 200 mm.

L'essai est réalisé à vitesse constante jusqu'à décohésion totale de l'éprouvette et la valeur de la plus haute résistance en tension obtenue est récupérée.

Le paramètres suivants ont été fixés pour l'ensemble des essais :

- Longueur de l'éprouvette ; 20 cm

- Longueur de collage des rubans adhésifs : 5 cm

- Vitesse de sollicitation : 37,5 m/s

Dans chaque cas, au moins cinq éprouvettes sont testées.

résultat obtenu peut être extrapolé à toute la gamme des grammages,

Pour faire varier la tension appliquée au matériau intermédiaire, le freinage des bobines piacées en amont de la machine de micro- perforations est augmenté.

La tension est contrôlée à l ^' aide d'un tensiomètre portatif type DTBX 500-10 et 5Ô0Û-2Ô en amont de la machine de micro-perforations constituée d ^f un chariot à aiguilles,

Les résultats obtenus sont présentés Figure 8 et montrent que la tension appliquée au matériau intermédiaire n'a pas d'influence sur la résistance au déiaminage obtenue. Par contre, la tension appliquée a une influence sur le facteur d'ouverture comme le montrent les résultats

II est intéressant de noter que la tension influe linéairement avec le facteur d'ouverture dans le cas d'une échelle des tensions logarithmique.

Les essais présentés aux points 2 à 4 ci-après ont été réalisés avec une tension de 315 g/cm.

2. Influence de la densité de perforations

Pour tester llnfluence de la densité de micro-perforations, la densité a été divisée par deux. Les essais ont été réalisés pour les deux grammages 210 et 280 g/m ² pour un type de voile (1 8D06 de 6 g/m ² }.

Les résultats obtenus avec la densité de micro perforations divisée par deux (HP/2 sur la Figur §} sont comparés aux performances obtenues sans (Std sur la Figyre 9) et avec micro perforations (pleine densité HP sur la Fsgyre 9 qui correspond à 9,2 trous/cm ² ) â grammage et type de voile équivalent»

Les résultats sont présentés Fig re 9 et une nette progression de la résistance au délaminage est constatée avec l'augmentation de la densité de perforations,

Il apparaît donc clairement que tes micro-perforations améliorent la résistance au délaminage et que cette amélioration augmente avec la densité de perforations,

3» Comparaison des performances olsienyes en fonction du pra r s e de la ¾ € rtidirecttofii elle et du oiie.

L'ensemble des résultats de résistance au délaminage obtenus en fonction du grammage de l'unidirectionnel et du voile utilisés sont présentés Fîgyre 10. Il apparaît que quel que so t le cas étudié, l'utilisation d'un matériau intermédiaire perforé (MP) par rapport à un matériau intermédiaire sans perforations (Std) permet d'améliorer considérablement les résultats et conduit à une meilleur résistance au délaminage.

5 4. Influence û our tag qu® représente le v ile,

Le taux de voile est exprimé en % massique, par rapport à la masse de fibres de carbone présentes dans le matériau intermédiaire.

Les résultats obtenus présentés Figure 11 montrent qu'à iso paramètre d'efforts traversants, la résistance au délaminage croit avec 10 l ^' augmentation du pourcentage massique de voile.

Il a été démontré qu'un stratifié réalisé par injection de résine époxy TH6 (Hexeel Corporation) d'un matériau intermédiaire conforme au

15 paragraphe 1 ayant subi une application ponctuelle d ^' efforts traversant combinée à une tension de 15 g/cm et entraînant un facteur d'ouverture de 4% donnait statistiquement une valeur de Compression 0° selon la norme E 2850B environ 7% plus faible que le même stratifié réalisé à partir d'un matériau intermédiaire ayant subi une application ponctuelle d'efforts

20 traversant combinée à une tension de 945 g/cm et entraînant un facteur d'ouverture de 0%. Le stratifié réalisé à partir d'un matériau intermédiaire n'ayant pas subi d'efforts traversant est encore légèrement meilleur mais n'est pas optimisé en terme de déiaminage lors de la dépose automatisé. Les résultats sont présentés TABLEAU 2.

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