CA1331946C - Structure textile permettant la realisation d'articles stratifies composites par moulage par injection - Google Patents
Structure textile permettant la realisation d'articles stratifies composites par moulage par injectionInfo
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Abstract
"Structure textile permettant la réalisation d'articles stratifiés composites par moulage par injection" BROCHIER S.A. Structure textile de renforcement utile pour réaliser des articles stratifiés composites par la technique générale de moulage par injection, laquelle consiste à disposer dans un moule de forme correspondant à celle de l'article à obtenir , un empilement de couches de renforts textiles et, après fermeture du moule, à y injecter une résine. Au moins une couche de l'empilement de renforts textiles a une structure telle qu'au moins dans une de ses directions, elle forme dans l'empilement des canaux (21, 35, 45) favorisant l'écoulement de la résine lors de l'injection.
Description
1331946 La présente invention concerne une structure textile permettant la r~alisation d'articles stratifiés composites par moulage par injection et plus particulièrement par injection sous vide. Elle a également pour objet un procédé
pour l'obtention de tels articles stratifiés (en composites) par moulage par injection ainsi que les articles obtenus incorporant une telle struc-ture.
D'une manière générale, les technologies de transformation permettant la réalisation d'articles stratifiés (ou composites), c'est-à-dire de matériaux à base d'une résine avec renfort textile, peuvent se regrouper en deux grandes ca-tégories, à savoir:
(a) celles permettant la réalisation de pièces à grandes cadences; elles font principale-ment appel à des résines type polyesters ou thermoplastiques, renforcées de fibres courtes et mises en oeuvre par compression, injection, estam-page, et autres;
(b) celles permettant la réalisation de pièces à petites cadences, utilisant des structu-res textiles type nappes, tissus, mats et mises en oeuvre par moulage en autoclave, par contact, sous vide, et autres techniques de moulage connues.
Parmi les technologies de type (b), les procédés dits "au contact" sont souvent de fiabi-lité et de reproductibilité relativement limitées et ils sont en outre fortement polluants.
11 est à noter également que la part main-d'oeuvre dans les technologies de type (b) est une composante importante du coût final de la pièce.
,, , . . .. " .- - .
~ 13319~6 Toutefois, les technologies de type (b) conduisent globalement à des pièces aux performan-ces mécaniques supérieures à celles de pièces réa-lisées par un procédé à cadence élevée de type (a)-Il y a donc opposition entre propriétésmécaniques et cadences de production et, dans l'état actuel de la technique, aucun compromis sa-tisfaisant n'a pu être trouvé entre ces deux irnpé-ratifs 'opposés. L'évolution du marché descomposites conduit à une demande de technologies et de matériaux permettant la fabrication de piè-ces de hautes caractéristiques et à cadences de production suffisamment élevées.
Depuis quelques années, notamment dans le domaine des industries du sport et des loisirs, il a été proposé de réaliser des pièces moulées en grandes séries selon la technique dite "par injection", en utilisant notamment comme structu-res textiles de renforcement, des mats de verre et comme résines, des résines polyester. Une telle technologie présente comme avantage de nécessiter des investissements modérés, de permettre des ca-denses de production élevées, d'être facilement automatisable, non polluante et d'avoir une bonne reproductibilité et fiabilité des résultats. Si cette technique donne satisfaction dans le cas où
l'on souha1te réaliser des pièces présentant des propriétés mécaniques relativement peu élevées, en revanche, lorsque l'on souha1te réaliser des piè-ces à très grande résistance, c'est-à-dire compor-tant une forte teneur en structure textile de renforcement, il a été constaté qu'il était diffi-cile, voire impossible de la mettre en oeuvre, les renforts textiles formant en quelque sorte une "' 133l9~6 barrière empêchant la circulation de la r~sine et ne permettant donc pas d'avoir une imprégnation totale et homogène.
A titre de référence illustrant l'état de la technique dans le domaine du moulage sous vide avec injection de résine, on peut citer le brevet US-A-2913036, qui a pour objet un procédé
de fabrication d'articles de grandes dimensions, tels que des réservoirs ou des piscines. Pour fa-voriser la mise en place de la résine dans le mou-le, il est proposé de créer un réseau de tubes perforés assurant la distribution de la résine li~
quide de manière plus homogène au sein de l'article en cours de moulage. Ce brevet décrit donc une technique ancienne de moulage du type ve-nant d'être décrit, qui est inapplicable pour la fabrication de matériaux composites comportant un empilement de renforts textiles. Les problèmes techniques posés, dans ce cas, lors de l'injection de la résine, sont complètement différents, sur-tout si l'on désire en même temps obtenir des ca-dences de fabrication suffisantes à l'échelle industrielle.
Pour résoudre ces problèmes, diverses solutions ont été proposées, consistant soit à in-jecter la résine sous forte pression, soit à la rendre très fluide pour faciliter sa penétration, soit à utiliser les deux m~thodes cumulativement.
Il a également été proposé d'adapter les renforts textiles, par exemple en traitant chimiquement les fibres ou les renforts, en réalisant une préimpré-gnation des différentes couches de renfort, en maintenant les filaments élémentaires des fils des tissus de renfort aussi plats et parallèles les urls aux autres que possible, voire même en réali-4 13319~6 sant des structures perForées.
Si les solutions proposées permettentd'obtenir des résultats satisfaisants, il convient cependant de noter que, généralement, cela est au détriment d'un ou de plusieurs paramètres intéres-sants de la technique de moulage par injection (renforts plus complexes, résine peu performante , investissement élevé....).
Or, on a trouvé une structure textile lû utile pour réaliser des articles stratifiés compo-sites par moulage par injection, qui permet de surmonter ces inconvénients.
Selon l'invention, pour réaliser des stratifiés composites par la technique générale de moulage par injection, laquelle consiste à dispo-ser dans un moule de forme correspondsnt à celle de l'article à obtenir, un empilement de couches de renforts textiles et, après fermeture du moule, à y injecter une résine, au moins une couche de I'empilement de renforts textiles a une structure telle qu'au moins dans une de ses directions elle forme dans l'empilement des canaux favorisant I'écoulement de la résine lors de l'injection.
Ces canaux se maintiennent dans leur état initial jusqu'à imprégnation totale de l'empilement de renforts textiles par la résine injectée. Ainsi, I'imprégnation est plus rapide et plus homogène que dans les procédés connus d'injection.
Dans le cas de l'utilisation d'une structure selon l'invention avec un procédé
d'injection sous vide, I'injection de résine peut se faire, en fonction de la géométrie de la pièce à réaliser, soit par un conduit périphérique continu entourant la pièce, I'aspiration étant : 1331946 produite dans la partie centrale, de telle sorte que l'imprégnation du renfort textile se fasse si-multanément de tous les côtés, depuis la périphé-rie en allant vers le cer-tre (une variante consiste b injecter la résine au centre de la piè-ce et à tirer le vide sur le pourtour de la pièce), soit par injection à une extrémité, le vi-de se faisant à l'autre extrémité.
Dans la présente description, on a uti-lisé l'expression "canaux" pour caractériser l'écoulement de la résine lors de l'injection dans I'empilement de renforts textiles. L'homme du mé-tier cornprendra que toute expression équivalente pourra~t être utilisée, telle que "passages préférentiels", "couloirs","drains~qui définissent une topographie ou structure capable de procurer un écoulement guidé de résine dans au moins une direction.
Les canaux sont juxtaposés (ou adjacents) ou bien séparés les uns des autres au sein de la structure de renfort textile. Ils peu-vent être rectilignes ou sensiblement rectilignes ou courbes en épousant alors la forme de la pièce finale à obtenir. La forme des canaux doit en ef-fet être adaptée ~ celle du renfort textile, le-quel peut être un empilement en couches superposées sensiblement planes ou comporter des composants-t~extiles en forme, tels que des compo-sants spirales ou coniques. De meme, les canaux peuvent être sensiblement parallèles entre eux ou non, selon la forme des composants du renfort tex-tile.
Lesdits canaux sont continus. Ils peu-vent être formés en utilisant, pour la fabrication de la structure destinée à constituer la (ou les) 6 13319~6 couche(s) considérée(s) de l'empilement, des fils de forme hélico'idale, tels que des fils guipés ou tordus et/ou des fils ayant un état de surface approprié, tels que des fils polymérisés, préim-prégnés ou hybrides.
Ainsi, dans la structure textile de l'invention, les canaux peuvent etre obtenus soit par la géométrie de fils tordus ou guipés, soit par la géométrie de la section des fils eux-mêmes, polymérisés, préimprégnés ou hybrides.
Selon la présente description et corrme cela est connu de l'homme du métier, un fil poly-mérisé est un fil revêtu ou imprégné d'une subs-tance se trouvant déjà à l'état polymérisé alors qu'un fil préimprégné est un fil rev@tu ou im-prégné d'une substance ne se trouvant pas encore à
son état final de polymérisation, celui-ci n'étant atteint qu'à la fin du processus de fabrication de la pièce composite. Par fils hybrides, on entend des fils comprenant des composants de nature dif-férente, par exemple des fils de carbone, guipés avec un fil polyester ou avec plusieurs fils en-trelacés.
Les fils guipés peuvent comporter un guipage simple (à un fil) ou multiple, par exemple avec deux fils entrelacés. Egalement les fils peu-vent comporter une tresse de guipage externe.
Selon l'invention, la nature des fils n'est nullement critique et doit simplement être choisie selon les besoins techniques de la pièce finale à fabriquer. En générsl, on utilise des fils constitués de fibres techniques telles que verre, carbone, carbure de silicium, aramide, bore et autres, seules ou en combinaison, mais on peut aussi utiliser des fils métalliques, par exemple d'aluminium. Les fils en question peuvent être .. ~,,., -, . , . - . -., -, . .. . .. . . .
13~19~6 mis en oeuvre en tant que tels ou après avoir subi divers traitements connus de l'homme du métier.
Pour les besoins de l'invention, on peut donc utiliser les fils les plus variés et réaliser les canaux dans au moins une couche du renfort textile en mettant en place des fils de natures et formes très différer-tes, par exernple des formes hélicoidales, rondes ou sensiblement rondes.
Les canaux peuvent être forrnés, non seu-0 lement dsns l'épaisseur de la couche de renfort,mais aussi sur chacune de ses faces, ce qui permet l'imprégnation d'une ou plusieurs couches adjacen-tes de l'ernpilement.
Les canaux permettent donc, de par leur géométrie, un écoulement de résine dans le sens de I'injection aussi bien que dans l'épaisseur de la couche considérée, pour imprégner les couches ad-jacentes.
Une structure textile, correspondant à
une forme préférée de réalisation consiste à fa-briquer au moins l'une des couches dudit empile-ment à partir d'un tissu chalne et trame dans lequel au moins une partie des fils de cha1ne et/ou la trame auront, soit reçu une torsion suf-; 25 fisante permettant, lorsque le tissu est réalisé, d'obtenir un canal entre deux fils consécutifs, soit été guipés avec au moins un fil additionnel, c'est-à-dire d'un fil enroulé à la périphérie des brins élémentaires sous la forme d'une hélice, le guipage étant bien entendu réalisé de préférence de manière non jointive pour obtenir également le canal désiré.
De préférence, I'ensemble des fils de cha~ne et de trame de la couche considérée auront la configuration précitée, mais on peut réaliser des tissus présentant, en cha1ne et/ou en trame, une alternance de fils ainsi tordus (ou guipés) avec des fils non tordus (ou non guipés).
L'homme du métier comprendra que, lors-que dans la présente description, il est question de tissus à cha1ne et trame, les orientations re-latives de la cha1ne et de la trame peuvent être variées et quelconques, par exemple û,9D~ + 45~, - 45~, ou + 60~, - 60~, et autres.
Eventuellement, au lieu de tissus, on peut utiliser une structure tricotée ou une struc-ture non tissée, à condition qu'elle présente des canaux conformément à l'invention. De même, si les renforts peuvent être constitués de couches élé-mentaires empilées, I'invention peut être ap-pliquée aux structures épaisses constituées de nappes parallèles, liées entre elles, par exemple par tissage, par tricotage, couture... . De plus, ;~ dans le cas de pièces de forme complexe, on peut répartir des canaux (densité, largeur) pour que I'injection se fasse de manière homogène au tra-vers de tout le renfort.
D'autres variantes, conformes à
I'invention, consistent:
- soit en l'utilisation de rubans unidi-rectionnels cha1ne (ou trame) ou de nappes unidi-rectionnelles avec, par exemple, uniquernent des fils de cha~ne et p!as de fils de trame, mais com-portant des passages préférentiels formant des ca-naux permettant l'écoulement de la résine;
- soit en la dépose de fils unitaires (par exemple au moyen de machine de nappage ou d'enroulement filamentaire) entre des couches de renforts textiles classiques, ces fils unitaires créant des passages préférentiels formant des ca-naux permettant l'écoulement de la résine.
Ainsi, la structure textile del'invention peut être réalisée en utilisant des tissus préconstitués (avec des fils cha1ne et/ou trame tels que définis précédémment) ou des compo-sants unidirectionnels (rubans ou nappes), qui sont mis en place dans un empilement de couches textiles de renfort. Mais on peut aussi réaliser in situ une structure conforme à l'invention en disposant des fils entre les couches de renfort d'un empilement en cours de mise en place.
L'homme du métier comprendra que l'invention peut être appliquée à des structures textiles très diverses parmi lesquelles on peut citer:
- des renforts plans à structures mono-couches tissées, tricotées ou ~ nappes unidirec-tionnelles ou multidirectionnelles, avec ou sans embuvage;
- des renforts plans à structures multi-couches épaisses formées de couches empilées et maintenues entre elles;
- des renforts non plans et ayant une forme adaptée à la pièce finale à fabriquer, à
structures monocouches ou multicouches, telles que définies ci-dessus.
L'invention peut être utilisée aussi pour faciliter l'imprégnation de structures texti-les particulières, par exemple épaisses, pour ob-tenir des préimprégnés avec des résinesclassiquement utilisées dans ces procédés. Cette imprégnation peut se réaliser par injection ou par d'autres techniques d'impregnation.
Egalement, I'invention peut être appli-quée à d'autres procédés que l'injection sous vide lO 1331946 et, d'une manière générale dans tous les cas où
l'on souha~te avoir un très bon écoulement de r~-sine à l'intérieur d'une structure textile de ren-forcement.
Sous un autre aspect, I'invention a éga-lement pour objet les pièces finales composites comprenant au moins une structure textile du type décrit précédemment.
Sous encore un autre aspect, I'invention a pour objet un procédé pour l'obtention de pièces composites par injection sous vide, avec ou sans pression, dans lequel on utilise un renfort com-prenant au moins une structure textile du type dé-crit précédemment.
La description qui suit sera faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:
Fig. 1 représente schématiquement en coupe un empilement de trois couches de renfort textile, réalisé de manière connue;
pour l'obtention de tels articles stratifiés (en composites) par moulage par injection ainsi que les articles obtenus incorporant une telle struc-ture.
D'une manière générale, les technologies de transformation permettant la réalisation d'articles stratifiés (ou composites), c'est-à-dire de matériaux à base d'une résine avec renfort textile, peuvent se regrouper en deux grandes ca-tégories, à savoir:
(a) celles permettant la réalisation de pièces à grandes cadences; elles font principale-ment appel à des résines type polyesters ou thermoplastiques, renforcées de fibres courtes et mises en oeuvre par compression, injection, estam-page, et autres;
(b) celles permettant la réalisation de pièces à petites cadences, utilisant des structu-res textiles type nappes, tissus, mats et mises en oeuvre par moulage en autoclave, par contact, sous vide, et autres techniques de moulage connues.
Parmi les technologies de type (b), les procédés dits "au contact" sont souvent de fiabi-lité et de reproductibilité relativement limitées et ils sont en outre fortement polluants.
11 est à noter également que la part main-d'oeuvre dans les technologies de type (b) est une composante importante du coût final de la pièce.
,, , . . .. " .- - .
~ 13319~6 Toutefois, les technologies de type (b) conduisent globalement à des pièces aux performan-ces mécaniques supérieures à celles de pièces réa-lisées par un procédé à cadence élevée de type (a)-Il y a donc opposition entre propriétésmécaniques et cadences de production et, dans l'état actuel de la technique, aucun compromis sa-tisfaisant n'a pu être trouvé entre ces deux irnpé-ratifs 'opposés. L'évolution du marché descomposites conduit à une demande de technologies et de matériaux permettant la fabrication de piè-ces de hautes caractéristiques et à cadences de production suffisamment élevées.
Depuis quelques années, notamment dans le domaine des industries du sport et des loisirs, il a été proposé de réaliser des pièces moulées en grandes séries selon la technique dite "par injection", en utilisant notamment comme structu-res textiles de renforcement, des mats de verre et comme résines, des résines polyester. Une telle technologie présente comme avantage de nécessiter des investissements modérés, de permettre des ca-denses de production élevées, d'être facilement automatisable, non polluante et d'avoir une bonne reproductibilité et fiabilité des résultats. Si cette technique donne satisfaction dans le cas où
l'on souha1te réaliser des pièces présentant des propriétés mécaniques relativement peu élevées, en revanche, lorsque l'on souha1te réaliser des piè-ces à très grande résistance, c'est-à-dire compor-tant une forte teneur en structure textile de renforcement, il a été constaté qu'il était diffi-cile, voire impossible de la mettre en oeuvre, les renforts textiles formant en quelque sorte une "' 133l9~6 barrière empêchant la circulation de la r~sine et ne permettant donc pas d'avoir une imprégnation totale et homogène.
A titre de référence illustrant l'état de la technique dans le domaine du moulage sous vide avec injection de résine, on peut citer le brevet US-A-2913036, qui a pour objet un procédé
de fabrication d'articles de grandes dimensions, tels que des réservoirs ou des piscines. Pour fa-voriser la mise en place de la résine dans le mou-le, il est proposé de créer un réseau de tubes perforés assurant la distribution de la résine li~
quide de manière plus homogène au sein de l'article en cours de moulage. Ce brevet décrit donc une technique ancienne de moulage du type ve-nant d'être décrit, qui est inapplicable pour la fabrication de matériaux composites comportant un empilement de renforts textiles. Les problèmes techniques posés, dans ce cas, lors de l'injection de la résine, sont complètement différents, sur-tout si l'on désire en même temps obtenir des ca-dences de fabrication suffisantes à l'échelle industrielle.
Pour résoudre ces problèmes, diverses solutions ont été proposées, consistant soit à in-jecter la résine sous forte pression, soit à la rendre très fluide pour faciliter sa penétration, soit à utiliser les deux m~thodes cumulativement.
Il a également été proposé d'adapter les renforts textiles, par exemple en traitant chimiquement les fibres ou les renforts, en réalisant une préimpré-gnation des différentes couches de renfort, en maintenant les filaments élémentaires des fils des tissus de renfort aussi plats et parallèles les urls aux autres que possible, voire même en réali-4 13319~6 sant des structures perForées.
Si les solutions proposées permettentd'obtenir des résultats satisfaisants, il convient cependant de noter que, généralement, cela est au détriment d'un ou de plusieurs paramètres intéres-sants de la technique de moulage par injection (renforts plus complexes, résine peu performante , investissement élevé....).
Or, on a trouvé une structure textile lû utile pour réaliser des articles stratifiés compo-sites par moulage par injection, qui permet de surmonter ces inconvénients.
Selon l'invention, pour réaliser des stratifiés composites par la technique générale de moulage par injection, laquelle consiste à dispo-ser dans un moule de forme correspondsnt à celle de l'article à obtenir, un empilement de couches de renforts textiles et, après fermeture du moule, à y injecter une résine, au moins une couche de I'empilement de renforts textiles a une structure telle qu'au moins dans une de ses directions elle forme dans l'empilement des canaux favorisant I'écoulement de la résine lors de l'injection.
Ces canaux se maintiennent dans leur état initial jusqu'à imprégnation totale de l'empilement de renforts textiles par la résine injectée. Ainsi, I'imprégnation est plus rapide et plus homogène que dans les procédés connus d'injection.
Dans le cas de l'utilisation d'une structure selon l'invention avec un procédé
d'injection sous vide, I'injection de résine peut se faire, en fonction de la géométrie de la pièce à réaliser, soit par un conduit périphérique continu entourant la pièce, I'aspiration étant : 1331946 produite dans la partie centrale, de telle sorte que l'imprégnation du renfort textile se fasse si-multanément de tous les côtés, depuis la périphé-rie en allant vers le cer-tre (une variante consiste b injecter la résine au centre de la piè-ce et à tirer le vide sur le pourtour de la pièce), soit par injection à une extrémité, le vi-de se faisant à l'autre extrémité.
Dans la présente description, on a uti-lisé l'expression "canaux" pour caractériser l'écoulement de la résine lors de l'injection dans I'empilement de renforts textiles. L'homme du mé-tier cornprendra que toute expression équivalente pourra~t être utilisée, telle que "passages préférentiels", "couloirs","drains~qui définissent une topographie ou structure capable de procurer un écoulement guidé de résine dans au moins une direction.
Les canaux sont juxtaposés (ou adjacents) ou bien séparés les uns des autres au sein de la structure de renfort textile. Ils peu-vent être rectilignes ou sensiblement rectilignes ou courbes en épousant alors la forme de la pièce finale à obtenir. La forme des canaux doit en ef-fet être adaptée ~ celle du renfort textile, le-quel peut être un empilement en couches superposées sensiblement planes ou comporter des composants-t~extiles en forme, tels que des compo-sants spirales ou coniques. De meme, les canaux peuvent être sensiblement parallèles entre eux ou non, selon la forme des composants du renfort tex-tile.
Lesdits canaux sont continus. Ils peu-vent être formés en utilisant, pour la fabrication de la structure destinée à constituer la (ou les) 6 13319~6 couche(s) considérée(s) de l'empilement, des fils de forme hélico'idale, tels que des fils guipés ou tordus et/ou des fils ayant un état de surface approprié, tels que des fils polymérisés, préim-prégnés ou hybrides.
Ainsi, dans la structure textile de l'invention, les canaux peuvent etre obtenus soit par la géométrie de fils tordus ou guipés, soit par la géométrie de la section des fils eux-mêmes, polymérisés, préimprégnés ou hybrides.
Selon la présente description et corrme cela est connu de l'homme du métier, un fil poly-mérisé est un fil revêtu ou imprégné d'une subs-tance se trouvant déjà à l'état polymérisé alors qu'un fil préimprégné est un fil rev@tu ou im-prégné d'une substance ne se trouvant pas encore à
son état final de polymérisation, celui-ci n'étant atteint qu'à la fin du processus de fabrication de la pièce composite. Par fils hybrides, on entend des fils comprenant des composants de nature dif-férente, par exemple des fils de carbone, guipés avec un fil polyester ou avec plusieurs fils en-trelacés.
Les fils guipés peuvent comporter un guipage simple (à un fil) ou multiple, par exemple avec deux fils entrelacés. Egalement les fils peu-vent comporter une tresse de guipage externe.
Selon l'invention, la nature des fils n'est nullement critique et doit simplement être choisie selon les besoins techniques de la pièce finale à fabriquer. En générsl, on utilise des fils constitués de fibres techniques telles que verre, carbone, carbure de silicium, aramide, bore et autres, seules ou en combinaison, mais on peut aussi utiliser des fils métalliques, par exemple d'aluminium. Les fils en question peuvent être .. ~,,., -, . , . - . -., -, . .. . .. . . .
13~19~6 mis en oeuvre en tant que tels ou après avoir subi divers traitements connus de l'homme du métier.
Pour les besoins de l'invention, on peut donc utiliser les fils les plus variés et réaliser les canaux dans au moins une couche du renfort textile en mettant en place des fils de natures et formes très différer-tes, par exernple des formes hélicoidales, rondes ou sensiblement rondes.
Les canaux peuvent être forrnés, non seu-0 lement dsns l'épaisseur de la couche de renfort,mais aussi sur chacune de ses faces, ce qui permet l'imprégnation d'une ou plusieurs couches adjacen-tes de l'ernpilement.
Les canaux permettent donc, de par leur géométrie, un écoulement de résine dans le sens de I'injection aussi bien que dans l'épaisseur de la couche considérée, pour imprégner les couches ad-jacentes.
Une structure textile, correspondant à
une forme préférée de réalisation consiste à fa-briquer au moins l'une des couches dudit empile-ment à partir d'un tissu chalne et trame dans lequel au moins une partie des fils de cha1ne et/ou la trame auront, soit reçu une torsion suf-; 25 fisante permettant, lorsque le tissu est réalisé, d'obtenir un canal entre deux fils consécutifs, soit été guipés avec au moins un fil additionnel, c'est-à-dire d'un fil enroulé à la périphérie des brins élémentaires sous la forme d'une hélice, le guipage étant bien entendu réalisé de préférence de manière non jointive pour obtenir également le canal désiré.
De préférence, I'ensemble des fils de cha~ne et de trame de la couche considérée auront la configuration précitée, mais on peut réaliser des tissus présentant, en cha1ne et/ou en trame, une alternance de fils ainsi tordus (ou guipés) avec des fils non tordus (ou non guipés).
L'homme du métier comprendra que, lors-que dans la présente description, il est question de tissus à cha1ne et trame, les orientations re-latives de la cha1ne et de la trame peuvent être variées et quelconques, par exemple û,9D~ + 45~, - 45~, ou + 60~, - 60~, et autres.
Eventuellement, au lieu de tissus, on peut utiliser une structure tricotée ou une struc-ture non tissée, à condition qu'elle présente des canaux conformément à l'invention. De même, si les renforts peuvent être constitués de couches élé-mentaires empilées, I'invention peut être ap-pliquée aux structures épaisses constituées de nappes parallèles, liées entre elles, par exemple par tissage, par tricotage, couture... . De plus, ;~ dans le cas de pièces de forme complexe, on peut répartir des canaux (densité, largeur) pour que I'injection se fasse de manière homogène au tra-vers de tout le renfort.
D'autres variantes, conformes à
I'invention, consistent:
- soit en l'utilisation de rubans unidi-rectionnels cha1ne (ou trame) ou de nappes unidi-rectionnelles avec, par exemple, uniquernent des fils de cha~ne et p!as de fils de trame, mais com-portant des passages préférentiels formant des ca-naux permettant l'écoulement de la résine;
- soit en la dépose de fils unitaires (par exemple au moyen de machine de nappage ou d'enroulement filamentaire) entre des couches de renforts textiles classiques, ces fils unitaires créant des passages préférentiels formant des ca-naux permettant l'écoulement de la résine.
Ainsi, la structure textile del'invention peut être réalisée en utilisant des tissus préconstitués (avec des fils cha1ne et/ou trame tels que définis précédémment) ou des compo-sants unidirectionnels (rubans ou nappes), qui sont mis en place dans un empilement de couches textiles de renfort. Mais on peut aussi réaliser in situ une structure conforme à l'invention en disposant des fils entre les couches de renfort d'un empilement en cours de mise en place.
L'homme du métier comprendra que l'invention peut être appliquée à des structures textiles très diverses parmi lesquelles on peut citer:
- des renforts plans à structures mono-couches tissées, tricotées ou ~ nappes unidirec-tionnelles ou multidirectionnelles, avec ou sans embuvage;
- des renforts plans à structures multi-couches épaisses formées de couches empilées et maintenues entre elles;
- des renforts non plans et ayant une forme adaptée à la pièce finale à fabriquer, à
structures monocouches ou multicouches, telles que définies ci-dessus.
L'invention peut être utilisée aussi pour faciliter l'imprégnation de structures texti-les particulières, par exemple épaisses, pour ob-tenir des préimprégnés avec des résinesclassiquement utilisées dans ces procédés. Cette imprégnation peut se réaliser par injection ou par d'autres techniques d'impregnation.
Egalement, I'invention peut être appli-quée à d'autres procédés que l'injection sous vide lO 1331946 et, d'une manière générale dans tous les cas où
l'on souha~te avoir un très bon écoulement de r~-sine à l'intérieur d'une structure textile de ren-forcement.
Sous un autre aspect, I'invention a éga-lement pour objet les pièces finales composites comprenant au moins une structure textile du type décrit précédemment.
Sous encore un autre aspect, I'invention a pour objet un procédé pour l'obtention de pièces composites par injection sous vide, avec ou sans pression, dans lequel on utilise un renfort com-prenant au moins une structure textile du type dé-crit précédemment.
La description qui suit sera faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:
Fig. 1 représente schématiquement en coupe un empilement de trois couches de renfort textile, réalisé de manière connue;
2~ Fig. 2 est une vue analogue à la figure I illustrant une structure textile selon I'invention;
Fig. 3 est un schéma d'un montage de - moule à injection sous vide pour des essais de production de matériaux composites avec divers renforts textiles.
Fig. 4 représente schématiquement en coupe une variante de réalisation de la structure selon l'invention.
Fig. 5 représente schématiquement en coupe une autre variante de réalisation de la structure selon l'invention.
Comme l'illustre schématiquement la fi-gure 1, un empilement classique de trois tissus, destiné à servir de renfort textile pour la fabri-11 13~~19~6 cation de matériaux composites, comporte un pre-mier tissu (référence générale 1) avec fils de cha~ne (ou de trame) la et fils de trame (ou de cha1ne) Ib, un deuxième tissu analogue 2, formé de fils croisés 2a, 2b, et un troisième tissu 3 formé
de fils croisés 3a, 3b. Dans l'empilernent ainsi réalisé, les couches textiles se mettent en place en s'imbriquant l'une sur l'autre et constituent alors un obstacle à l'écoulement d'une résine in-jectée à l'état liquide à travers une telle struc-ture.
La figure 2 illustre une structure tex-tile selon l'invention cornportant deux couches ex-ternes 1, 3 formées de tissus classiques à fils croisés respectivement la, Ib et 3a et 3b et une couche 20 médiane ou interne, comportant un croi-sement de fils 20a, 20b, où les fils 20b ont ùne géométrie permettant de former des canaux conti-nus 21 dans le sens de l'écoulement de la rrSsine.
Dans l'exemple illustré, les fils 20b sont juxtaposés, les canaux continus 21 étant ain-si créés à la périphérie de chacun de ces fils.
Dans les variantes de réalisation, la couche 20 peut ne comporter que certains fils 21, qui sont alors séparés.
Egalement, le dessin n'a qu'un but d'illustration en montrant une seule couche 20, établie conformément à l'invention. Si besoin est, I'empilement peut comporter plusieurs couches de 3U cette nature.
Le dessin de la figure 2 fait bien appa-ra~tre que la constitution des fils 20b peut être diverse, pour aboutir au résultat recherché, à sa-voir la formation des canaux 21. On a dit précé-35 demment que, d=ns les modes de r~al isation les plus avantageux, les fils 20b ont une surface ex-terne hélicoidale, ayant été tordus ou guipés avec au moins un fil additionnel. Mais des résul-tats équivalents peuvent être obtenus à partir de fils dont la forme ou la nature est telle que des canaux se forment au tour du fil.
On notera aussi que les dessins, par simplification, ont représenté un empilement de tissus, mais que d'autres variantes de réalisation peuvent être utilisées comme on l'a indiqué précé-demment.
La figure 3 montre schématiquement un montage de moule par injection sous vide qui a été
utilisé dans les essais rapportés ci-après. Il i5 comprend un moule 50 contensnt un empilement de trois couches 51, 52, 53 de renfort textile. D'un côté le moule est raccordé ~ des moyens connus 54 ; permettant d'injecter la résine en 55 et, de I'autre, à une source de vide 56 reliée en 57 au moule 50. La flèche F matérialise le sens d'écoulement de la résine. Lorsqu'on utilise une structure textile conforme ~ I'invention,les ca-naux de la ou des couches consid~rée(s) sont dis-posés dans le sens de la flèche F. La longueur du moule est désignée par L. Dans les essais qui sui-vent, cette longueur était de 85 crn, I'épaisseur e de chaque couche de renfort textile était d'environ 5 cm, et la résine d'injection était une résine époxy classique (la même pour tous les essais). L'injection était faite sous vide en l'absence de pression.
La figure 4 représente schématiquement en coupe une structure textile selon l'invention, formée à partir de rubans unidirectionnels et convenant comme renfort pour la réalisation de ma-tériaux composites par injection de résine. Cettestructure comprend un empilement de trois rubans 31, 32, 33 dont on a représenté en traits fins les cha1nes de liage respectives 31a, 32a, 33a, par exemple en polyester. Les éléments constitutifs des rubans sont représentés par les fils type 31b, 31c pour le ruban 31, les fils type 32b, 32c pour le ruban 32 et les fils type 33b, 33c pour le ru-ban 33. Une telle structure textile forme des ca-naux 35 entre les rubans empilés.
En variante, au lieu des rubans 31, 32,33, on pourrait utiliser des nappes unidirection-nelles dans la structure textile de la figure 4, auquel cas les cha1nes de liage 31a, 32a,, 33a se-raient absentes.
La figure 5 représente une variante destructure textile selon l'invention dans laquelle des fils unitaires sont mis en place dans un empi-lement de couches en tissus classiques. La struc-~' 20 ture illustrée comporte deux couches 41, 42 constituées de tissus traditionnels comprenant respectivement des entrecroisements de fils 41a, 41b et 42a, 42b. Selon l'invention, des fils uni-taires 43 sont disposés entre les tissus 41, 42, de sorte que des canaux 45 sont formés au voisina-ge de ces fils, dans l'empilement de deux tissus.
Dans la variante illustrée sch~matiquement à la figure 5, les fils 43 sont mis en place in situ~
dans la structure textile, ce qui n'est pas le cas de la structure de la figure 2, par exemple, dans laquelle la couche 20 comprend un tissu préconsti-tué.
L'invention est applicable au moulage par injection de matériaux composites avec les ré-sines les plus diverses, couramment utilisées pour ' : . ' ~ ' ~ ' ~ ' ' . ~ . ' ' / ' ~ ' ' ' .. . . : ! . , ', :.. " . ' " " ' . ' ' ' : ' ' ' ' ' ' ' ' " ' , , ' ' ' ' ce genre d'application, à savoir, en particulier, des résines époxy, phénoliques, acryliques, bisma-léimides, polyesters et autres. Les meilleurs ré-sultats ont été obtenus avec des résines ne présentant pas lors de l'injection une viscosité
trop élevée par exemple une viscosité ne d~passant pas lûO m Pa.s (millipascal/seconde). Toutefois ces indications n'ont rien de critique et l'homme du métier peut adapter le type de résine à la na-ture du matériau composite ~ fabriquer.
L'invention et les avantages qu'elle ap-porte seront encore illustrés par les exemples de réalisation donnés ci-aprbs.
Essais avec matériau textile à base de fibres de .
verre Dans ces essais, on a utilisé le montage de moule de la figure 3 dans les conditions suivantes:
20(I) Trois couches de tissu de verre 300 9/m2, chaque couche comportant des canaux, (structures selon l'invention) (2) Deux couches externes de tissu de verre 300 g/m2 trgditionnel et ne comportant pas de cansux, Une couche centrale de tissu de verre 300 g/m comportant des canaux (structure selon l'invention~,
Fig. 3 est un schéma d'un montage de - moule à injection sous vide pour des essais de production de matériaux composites avec divers renforts textiles.
Fig. 4 représente schématiquement en coupe une variante de réalisation de la structure selon l'invention.
Fig. 5 représente schématiquement en coupe une autre variante de réalisation de la structure selon l'invention.
Comme l'illustre schématiquement la fi-gure 1, un empilement classique de trois tissus, destiné à servir de renfort textile pour la fabri-11 13~~19~6 cation de matériaux composites, comporte un pre-mier tissu (référence générale 1) avec fils de cha~ne (ou de trame) la et fils de trame (ou de cha1ne) Ib, un deuxième tissu analogue 2, formé de fils croisés 2a, 2b, et un troisième tissu 3 formé
de fils croisés 3a, 3b. Dans l'empilernent ainsi réalisé, les couches textiles se mettent en place en s'imbriquant l'une sur l'autre et constituent alors un obstacle à l'écoulement d'une résine in-jectée à l'état liquide à travers une telle struc-ture.
La figure 2 illustre une structure tex-tile selon l'invention cornportant deux couches ex-ternes 1, 3 formées de tissus classiques à fils croisés respectivement la, Ib et 3a et 3b et une couche 20 médiane ou interne, comportant un croi-sement de fils 20a, 20b, où les fils 20b ont ùne géométrie permettant de former des canaux conti-nus 21 dans le sens de l'écoulement de la rrSsine.
Dans l'exemple illustré, les fils 20b sont juxtaposés, les canaux continus 21 étant ain-si créés à la périphérie de chacun de ces fils.
Dans les variantes de réalisation, la couche 20 peut ne comporter que certains fils 21, qui sont alors séparés.
Egalement, le dessin n'a qu'un but d'illustration en montrant une seule couche 20, établie conformément à l'invention. Si besoin est, I'empilement peut comporter plusieurs couches de 3U cette nature.
Le dessin de la figure 2 fait bien appa-ra~tre que la constitution des fils 20b peut être diverse, pour aboutir au résultat recherché, à sa-voir la formation des canaux 21. On a dit précé-35 demment que, d=ns les modes de r~al isation les plus avantageux, les fils 20b ont une surface ex-terne hélicoidale, ayant été tordus ou guipés avec au moins un fil additionnel. Mais des résul-tats équivalents peuvent être obtenus à partir de fils dont la forme ou la nature est telle que des canaux se forment au tour du fil.
On notera aussi que les dessins, par simplification, ont représenté un empilement de tissus, mais que d'autres variantes de réalisation peuvent être utilisées comme on l'a indiqué précé-demment.
La figure 3 montre schématiquement un montage de moule par injection sous vide qui a été
utilisé dans les essais rapportés ci-après. Il i5 comprend un moule 50 contensnt un empilement de trois couches 51, 52, 53 de renfort textile. D'un côté le moule est raccordé ~ des moyens connus 54 ; permettant d'injecter la résine en 55 et, de I'autre, à une source de vide 56 reliée en 57 au moule 50. La flèche F matérialise le sens d'écoulement de la résine. Lorsqu'on utilise une structure textile conforme ~ I'invention,les ca-naux de la ou des couches consid~rée(s) sont dis-posés dans le sens de la flèche F. La longueur du moule est désignée par L. Dans les essais qui sui-vent, cette longueur était de 85 crn, I'épaisseur e de chaque couche de renfort textile était d'environ 5 cm, et la résine d'injection était une résine époxy classique (la même pour tous les essais). L'injection était faite sous vide en l'absence de pression.
La figure 4 représente schématiquement en coupe une structure textile selon l'invention, formée à partir de rubans unidirectionnels et convenant comme renfort pour la réalisation de ma-tériaux composites par injection de résine. Cettestructure comprend un empilement de trois rubans 31, 32, 33 dont on a représenté en traits fins les cha1nes de liage respectives 31a, 32a, 33a, par exemple en polyester. Les éléments constitutifs des rubans sont représentés par les fils type 31b, 31c pour le ruban 31, les fils type 32b, 32c pour le ruban 32 et les fils type 33b, 33c pour le ru-ban 33. Une telle structure textile forme des ca-naux 35 entre les rubans empilés.
En variante, au lieu des rubans 31, 32,33, on pourrait utiliser des nappes unidirection-nelles dans la structure textile de la figure 4, auquel cas les cha1nes de liage 31a, 32a,, 33a se-raient absentes.
La figure 5 représente une variante destructure textile selon l'invention dans laquelle des fils unitaires sont mis en place dans un empi-lement de couches en tissus classiques. La struc-~' 20 ture illustrée comporte deux couches 41, 42 constituées de tissus traditionnels comprenant respectivement des entrecroisements de fils 41a, 41b et 42a, 42b. Selon l'invention, des fils uni-taires 43 sont disposés entre les tissus 41, 42, de sorte que des canaux 45 sont formés au voisina-ge de ces fils, dans l'empilement de deux tissus.
Dans la variante illustrée sch~matiquement à la figure 5, les fils 43 sont mis en place in situ~
dans la structure textile, ce qui n'est pas le cas de la structure de la figure 2, par exemple, dans laquelle la couche 20 comprend un tissu préconsti-tué.
L'invention est applicable au moulage par injection de matériaux composites avec les ré-sines les plus diverses, couramment utilisées pour ' : . ' ~ ' ~ ' ~ ' ' . ~ . ' ' / ' ~ ' ' ' .. . . : ! . , ', :.. " . ' " " ' . ' ' ' : ' ' ' ' ' ' ' ' " ' , , ' ' ' ' ce genre d'application, à savoir, en particulier, des résines époxy, phénoliques, acryliques, bisma-léimides, polyesters et autres. Les meilleurs ré-sultats ont été obtenus avec des résines ne présentant pas lors de l'injection une viscosité
trop élevée par exemple une viscosité ne d~passant pas lûO m Pa.s (millipascal/seconde). Toutefois ces indications n'ont rien de critique et l'homme du métier peut adapter le type de résine à la na-ture du matériau composite ~ fabriquer.
L'invention et les avantages qu'elle ap-porte seront encore illustrés par les exemples de réalisation donnés ci-aprbs.
Essais avec matériau textile à base de fibres de .
verre Dans ces essais, on a utilisé le montage de moule de la figure 3 dans les conditions suivantes:
20(I) Trois couches de tissu de verre 300 9/m2, chaque couche comportant des canaux, (structures selon l'invention) (2) Deux couches externes de tissu de verre 300 g/m2 trgditionnel et ne comportant pas de cansux, Une couche centrale de tissu de verre 300 g/m comportant des canaux (structure selon l'invention~,
(3) Trois couches de tissu de verre 300 g/m2 ne com~ortant pas de canaux (aucune structu-re selon l'invention).
Les types de tissus avaient la meme ar-mure: Sergé 2 lie 2.
La résine mise en oeuvre est la résine époxy XB3052A (avec durcisseur B).de Ciba-Geigy.
*Marque de Cor~merce X
i3319~6 La pression résiduelle dans le moule étsit de 5 millibars environ.
Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 1 qui suit. On a mesuré la lon-gueur parcourue par la résine dans le moule (parrapport à la longueur L = 85 cm de celui-ci) en un temps donné.
i0 ¦longueur d'ecoulementternps I (cm) (min) (I) 85 1,5 (2) 45 1,5 2,5 (3) 10 2 (blocage 20 I résine) Essais avec matériau textile à base de fibres de carbone 3000 filaments Les essais ont été réalisés d'une maniè-re similaire à l'Exemple 1, dans les conditions suivantes:
(I,) Trois couches de tissu de carbone 195 g/m2, chaque couche comportant des canaux.
(2) Deux couches externes de tissu de csrbone 195 9/m2 ne comportant pas de canaux.
Une couche centrale de tissu de csrbone 195 mg/m2 comportant des canaux.
(3) Trois couches de tissu de carbone 195g/m2 ne comportant pas de cansux.
16 13~19~6 La résine mise en oeuvre était la résine époxy XB3052A (avec durcisseur B) de Ciba-Geigy.
La pression résiduelle dans le moule était de 5 millibars.
Les fibres de carbone étaient des fibres Toray à 3000 filaments En outre, les deux types de tissus sont fabriqués à partir de la même fibre de carbone et ont la même armure: taffetas.
lû Les résultats obtenus sont rassemblés dans le Tableau 2.
¦ longueur d'écoulement .
(I) 85 cm (en 6 minutes) (2) 60 cm (blocage résine) 20 ~ ) 25 cm (blocage résine) , ~ Les essais des exemples I et 2 montrent -~ à l'évidence les avantages de la présente inven-tion tant en ce qui concerne la longueur d'écoulement de résine dans un temps donné que le temps d'injection pour une distance donnée.
; Ces essais mettent en évidence également le fait que l'emploi d'une couche de tissu, com-portant des canaux dans un empilernent de couches,permet d'accro1tre très sensiblement la distance d'imprégnation.
Grâce à la mise en oeuvre de l'invention, on peut sensiblement augmenter les cadences de moulage et même réaliser des moulages par injection de matériaux composites à renforts textiles qui ne pouvaient pas être obtenus dans l'art antérieur, comne l'ont montré les essais comparatifs ci-dessus qui, pour certains, ont abouti à un blocage de la résine. Dans de tels cas, la pièce obtenue est défectueuse, ce qui peut occasionner des désordres très graves compte-tenu des applications de tels matériaux composites, par exemple dans l'industrie aéronautique.
_XEMPLE 3 On réalise un tissu conforrne à
l'invention ayant les caractéristiques suivantes:
- Largeur 120 crn - Armure de tissage Satin de 4 - Nature du fil . cha~ne fils aramide 1267 Dtex non tordus . trame fils aramide 1267 Dtex tordus à 80 t/m - Masse surfacique 175 i 18 9/m2 - Contexture . cha~ne 67 i 3,5 fils/10 cm . trame 65 + 3,5 coups/10 cm - Epaisseur 9,25 i 0,03 mm 25Un tel tissu pr~sente donc dans le sens de sa trame des canaux continus, obtenus grace à
la torsion communiquée aux fils.
A partir d'un tel matériau, on réalise un empilement comportant dix nappes identiques aysnt donc une épaisseur d'environ 2,5 mn, 2 m de longueur et 0,5 m de largeur.
Le moulage par injection sous vide d'un tel matériau s'effectue de manière aisée, I'im-prégnation étant régulière et constante en allant de la périphérie au centre et ce, sur toute 18 13319~6 I'épaisseur de l'empilement.
_XEMPLE 4 On réalise un tissu conforme à
l'invention ayant les caractéristiques suivantes:
- Largeur 120cm - Armure du tissage Sergé 2 lie 2 - Nature du fil . cha1ne fils de verre 68 x 4 tordus à 150 t sens Z
. trame fils de verre 272 Tex tordus à 20t sens Z
- Masse surfacique 300 i 15 9/m2 - Contexture . chs~ne 56 i 3,0 fils/10 cm . trame 52 ~ 3,U coups/10 cm - Epaisseur 0,36 i 0,04 mm Un tel tissu présente donc, dans le sens de sa cha1ne, des canaux continus, obtenus grâce la torsion comuniquée aux fils de cha~ne.
Comme dans l'exemple 3, à partir d'un tel matériau, on réalise un empilement comportant . dix nappes identiques, ce renfort ayant donc une épaisseur d'environ 3,6 mm, sa longueur et sa lar-geur étant les mêmes que dans l'exemple précédent.
Le moulage par injection sous vide d'un tel matériau s'effectue également de manière ai-sée, I'impr~gnation étant régulière et constante en allant de la périphérie au centre et ce, sur toute l'épaisseur de l'empilement.
_ On réalise un tissu conforme à l'inven-tion ayant les caractéristiques suivantes:
- Largeur 100 cm - Armure du tissage taffetas :'~ 19 1~3~19~6 - Nature du fil . cha1ne fils de carbone 3K
non tordus . trame alternance d'un fil de carbone non tordu avec un fil de carbone 3K
guipé avec un fil de polyester à raison de 260 t/m - Poids moyen 195 + 8 g/cm2 - Contexture . cha1ne 4,9 + 2 fiIs/cm . trame 1) 2,4 ~ 2 fils/cm de fil de carbone non i5 guipé
2) 2,4 ~ 2 fils/cm de fil de carbone gui-pé
Un tel tissu présente donc, dans le sens de sa trame (sens travers) des canaux continus, ~; s'étendant autour des fils guipés dans l'espace compris entre les fils de trame non guip~s et les . fils guipés.
Comme dans les exemples précédents, il est possible à partir d'un tel matériau, de réali-ser un renfort textile comportant un grand nombre de nappes superposées, le moulage par injection sous vide étant également effectué de manière ai-sée avec une impregnation régulière et constante.
~0Les renforts textiles de forte épaisseur : constitués d'une pluralité de nappes d'un tel ma-tériau sont également facilement moulables par in-jection sous vide.
Les exemples qui précèdent montrent bien les avsntages apportés par l'invention, notamment le fait qu'il est possible de réaliser une impré-13319~6 gnation parfaite selon la technique d'injectionsous vide et ce, même avec une forte teneur en ma-tériau textile de renforcement.
Par ailleurs, si, dans certsins des exemples précédents, toutes les couches de l'empilement étaient réalisées à partir d'une structure comportant des canaux, il a été égale-ment constaté qu'il suffisait qu'une seule de ces couches, disposée dans la zone centrale de I'empilement, soit réalisée à partir d'une struc-ture conforme à l'invention, toutes les autres couches disposées de part et d'autre de cette cou-che intermédiaire pouvant être à base d'une struc-ture textile ne comportant pas une telle i5 caractér;stique, pour que l'on obtienne également une très bonne répartition de la résine sur toute la largeur et épaisseur dudit empilement.
A titre comparatif, des essais similai-res réalisés à partir de tissus ayant les mêmes ; 20 contextures et les mêmes armatures que celles des exemples 3 à 5 précédents, mais dans lesquels au-~. cun des fils n'avait resu de torsion ou n'avait :~été guipé, ont montré qu'en procédant de la même :~manière par injection sous vide pour un empilement formé d'un même nombre de couches, et ce sur un panneau ayant les mêmes dimensions, la pénétration de la résine à l'intérieur du pannesu était blo-quée très rapidement et n'arrivait pas jusqu'au centre.
Grâce à l'invention, il est donc possi-ble d'obtenir au moyen d'une technique d'injection très simple et très fiable, des matériaux présen-tant des taux de renfort textile très importants, impossibles à obtenir à ce jour par une technique d'injection similaire et qui ne pouvaient être Ir~
21 13319~6 réalisés que par l'interrnédiaire de technologies chères et complexes, telles que celles faisant flp-pel à des autoclaves.
Grâce à l'invention, il est donc possi-ble par la combinaison du procédé d'injection sousvide et/ou sous pression et l'utilisation des structures de renforcement, dont au moins une des couches comporte des canaux, d'obtenir des pièces strstifiées (composites) présentant des caracté-ristiques techniques avantageuses et ce, avec:- un niveau d'investissement faible, - une vitesse de production élevée et très modula-ble, - la possibilité de réaliser des pièces de grandes tailles.
Ainsi, la structure textile objet de la présente invention,mise en oeuvre par injection de résine et donnant des pièces à fortes caractéris-tiques mécaniques, apporte les avantages suivants:
2û (1) elle permet, par utilisation du vide seul, de réaliser des pièces de grandes tailles et tout particulièrement avec des fibres de hautes perfor-mances type carbone, en substitution de pièces unitaires moulées au contact.
(2) elle permet, par utilisation de vide et pression:
- sur les renforts de grande diffusion (type verre) d'augmenter les cadences, la fiabi-lité et la reproductibilité, - sur les renforts hautes performances, d'utiliser des résines plus performantes d'un point de vue mécanique et thermique et/ou plus réactives.
Les avantages sont encore plus marqués dans le cas de pièces de structure fortement ani-22 1 331 9 ~ 6 sotrope.
Bien entendu, I'invention n'est pas li-mit~e aux exemples donnés précédemment mais elle couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit: par exemple, la structure textile de ren-forcement pourrait être à base de tout autre matériau que ceux utilisés dans les exemples don-nés et les armatures des tissus également être adaptées.
Dans la description qui précède, il a été surtout question de structures textiles com-prenant des fils qui, grâce à leur contexture ou à
leur disposition au sein de la structure, forment des canaux dans l'empilement servant de renfort textile. Mais il va sans dire que des résultats équivalents peuvent être obtenus avec des cornpo-sants textiles autres que des fils, par exemple des composants, tels que des joncs ou des fils hy-brides, capables de former aussi des canaux dans I'empilement.
On notera aussi que, pendant l'injection de résine et la fabrication du matériau composite, les canaux sont conservés intégralement jusqu'à
imprégnation totale du renfort par la résine. Une fois la pièce fabriquée, les canaux peuvent se ; maintenir en l'état ou, dans d'autres cas, ne plus appara~tre en tant que tels dans la pièce finale.
Selon la caractér~istique essentielle de l'invention, de tels canaux sont présents au sein du renfort textile lors du processus d'injection.
Ainsi, I'invention permet d'obtenir des structures très diverses qui, toutes entrent dans son cadre. On comprendra aussi que l'homme du métier peut apporter des modifications aux compo-sants susceptibles de former les canaux dans 23 13319~6 I'empilement sans pour autant sortir du cadre del'invention revendiquée.
Les signes de référence insérés après les carsctéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréllension de ces dernières, et n'en limi-tent aucunement la portée.
~,.
Les types de tissus avaient la meme ar-mure: Sergé 2 lie 2.
La résine mise en oeuvre est la résine époxy XB3052A (avec durcisseur B).de Ciba-Geigy.
*Marque de Cor~merce X
i3319~6 La pression résiduelle dans le moule étsit de 5 millibars environ.
Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 1 qui suit. On a mesuré la lon-gueur parcourue par la résine dans le moule (parrapport à la longueur L = 85 cm de celui-ci) en un temps donné.
i0 ¦longueur d'ecoulementternps I (cm) (min) (I) 85 1,5 (2) 45 1,5 2,5 (3) 10 2 (blocage 20 I résine) Essais avec matériau textile à base de fibres de carbone 3000 filaments Les essais ont été réalisés d'une maniè-re similaire à l'Exemple 1, dans les conditions suivantes:
(I,) Trois couches de tissu de carbone 195 g/m2, chaque couche comportant des canaux.
(2) Deux couches externes de tissu de csrbone 195 9/m2 ne comportant pas de canaux.
Une couche centrale de tissu de csrbone 195 mg/m2 comportant des canaux.
(3) Trois couches de tissu de carbone 195g/m2 ne comportant pas de cansux.
16 13~19~6 La résine mise en oeuvre était la résine époxy XB3052A (avec durcisseur B) de Ciba-Geigy.
La pression résiduelle dans le moule était de 5 millibars.
Les fibres de carbone étaient des fibres Toray à 3000 filaments En outre, les deux types de tissus sont fabriqués à partir de la même fibre de carbone et ont la même armure: taffetas.
lû Les résultats obtenus sont rassemblés dans le Tableau 2.
¦ longueur d'écoulement .
(I) 85 cm (en 6 minutes) (2) 60 cm (blocage résine) 20 ~ ) 25 cm (blocage résine) , ~ Les essais des exemples I et 2 montrent -~ à l'évidence les avantages de la présente inven-tion tant en ce qui concerne la longueur d'écoulement de résine dans un temps donné que le temps d'injection pour une distance donnée.
; Ces essais mettent en évidence également le fait que l'emploi d'une couche de tissu, com-portant des canaux dans un empilernent de couches,permet d'accro1tre très sensiblement la distance d'imprégnation.
Grâce à la mise en oeuvre de l'invention, on peut sensiblement augmenter les cadences de moulage et même réaliser des moulages par injection de matériaux composites à renforts textiles qui ne pouvaient pas être obtenus dans l'art antérieur, comne l'ont montré les essais comparatifs ci-dessus qui, pour certains, ont abouti à un blocage de la résine. Dans de tels cas, la pièce obtenue est défectueuse, ce qui peut occasionner des désordres très graves compte-tenu des applications de tels matériaux composites, par exemple dans l'industrie aéronautique.
_XEMPLE 3 On réalise un tissu conforrne à
l'invention ayant les caractéristiques suivantes:
- Largeur 120 crn - Armure de tissage Satin de 4 - Nature du fil . cha~ne fils aramide 1267 Dtex non tordus . trame fils aramide 1267 Dtex tordus à 80 t/m - Masse surfacique 175 i 18 9/m2 - Contexture . cha~ne 67 i 3,5 fils/10 cm . trame 65 + 3,5 coups/10 cm - Epaisseur 9,25 i 0,03 mm 25Un tel tissu pr~sente donc dans le sens de sa trame des canaux continus, obtenus grace à
la torsion communiquée aux fils.
A partir d'un tel matériau, on réalise un empilement comportant dix nappes identiques aysnt donc une épaisseur d'environ 2,5 mn, 2 m de longueur et 0,5 m de largeur.
Le moulage par injection sous vide d'un tel matériau s'effectue de manière aisée, I'im-prégnation étant régulière et constante en allant de la périphérie au centre et ce, sur toute 18 13319~6 I'épaisseur de l'empilement.
_XEMPLE 4 On réalise un tissu conforme à
l'invention ayant les caractéristiques suivantes:
- Largeur 120cm - Armure du tissage Sergé 2 lie 2 - Nature du fil . cha1ne fils de verre 68 x 4 tordus à 150 t sens Z
. trame fils de verre 272 Tex tordus à 20t sens Z
- Masse surfacique 300 i 15 9/m2 - Contexture . chs~ne 56 i 3,0 fils/10 cm . trame 52 ~ 3,U coups/10 cm - Epaisseur 0,36 i 0,04 mm Un tel tissu présente donc, dans le sens de sa cha1ne, des canaux continus, obtenus grâce la torsion comuniquée aux fils de cha~ne.
Comme dans l'exemple 3, à partir d'un tel matériau, on réalise un empilement comportant . dix nappes identiques, ce renfort ayant donc une épaisseur d'environ 3,6 mm, sa longueur et sa lar-geur étant les mêmes que dans l'exemple précédent.
Le moulage par injection sous vide d'un tel matériau s'effectue également de manière ai-sée, I'impr~gnation étant régulière et constante en allant de la périphérie au centre et ce, sur toute l'épaisseur de l'empilement.
_ On réalise un tissu conforme à l'inven-tion ayant les caractéristiques suivantes:
- Largeur 100 cm - Armure du tissage taffetas :'~ 19 1~3~19~6 - Nature du fil . cha1ne fils de carbone 3K
non tordus . trame alternance d'un fil de carbone non tordu avec un fil de carbone 3K
guipé avec un fil de polyester à raison de 260 t/m - Poids moyen 195 + 8 g/cm2 - Contexture . cha1ne 4,9 + 2 fiIs/cm . trame 1) 2,4 ~ 2 fils/cm de fil de carbone non i5 guipé
2) 2,4 ~ 2 fils/cm de fil de carbone gui-pé
Un tel tissu présente donc, dans le sens de sa trame (sens travers) des canaux continus, ~; s'étendant autour des fils guipés dans l'espace compris entre les fils de trame non guip~s et les . fils guipés.
Comme dans les exemples précédents, il est possible à partir d'un tel matériau, de réali-ser un renfort textile comportant un grand nombre de nappes superposées, le moulage par injection sous vide étant également effectué de manière ai-sée avec une impregnation régulière et constante.
~0Les renforts textiles de forte épaisseur : constitués d'une pluralité de nappes d'un tel ma-tériau sont également facilement moulables par in-jection sous vide.
Les exemples qui précèdent montrent bien les avsntages apportés par l'invention, notamment le fait qu'il est possible de réaliser une impré-13319~6 gnation parfaite selon la technique d'injectionsous vide et ce, même avec une forte teneur en ma-tériau textile de renforcement.
Par ailleurs, si, dans certsins des exemples précédents, toutes les couches de l'empilement étaient réalisées à partir d'une structure comportant des canaux, il a été égale-ment constaté qu'il suffisait qu'une seule de ces couches, disposée dans la zone centrale de I'empilement, soit réalisée à partir d'une struc-ture conforme à l'invention, toutes les autres couches disposées de part et d'autre de cette cou-che intermédiaire pouvant être à base d'une struc-ture textile ne comportant pas une telle i5 caractér;stique, pour que l'on obtienne également une très bonne répartition de la résine sur toute la largeur et épaisseur dudit empilement.
A titre comparatif, des essais similai-res réalisés à partir de tissus ayant les mêmes ; 20 contextures et les mêmes armatures que celles des exemples 3 à 5 précédents, mais dans lesquels au-~. cun des fils n'avait resu de torsion ou n'avait :~été guipé, ont montré qu'en procédant de la même :~manière par injection sous vide pour un empilement formé d'un même nombre de couches, et ce sur un panneau ayant les mêmes dimensions, la pénétration de la résine à l'intérieur du pannesu était blo-quée très rapidement et n'arrivait pas jusqu'au centre.
Grâce à l'invention, il est donc possi-ble d'obtenir au moyen d'une technique d'injection très simple et très fiable, des matériaux présen-tant des taux de renfort textile très importants, impossibles à obtenir à ce jour par une technique d'injection similaire et qui ne pouvaient être Ir~
21 13319~6 réalisés que par l'interrnédiaire de technologies chères et complexes, telles que celles faisant flp-pel à des autoclaves.
Grâce à l'invention, il est donc possi-ble par la combinaison du procédé d'injection sousvide et/ou sous pression et l'utilisation des structures de renforcement, dont au moins une des couches comporte des canaux, d'obtenir des pièces strstifiées (composites) présentant des caracté-ristiques techniques avantageuses et ce, avec:- un niveau d'investissement faible, - une vitesse de production élevée et très modula-ble, - la possibilité de réaliser des pièces de grandes tailles.
Ainsi, la structure textile objet de la présente invention,mise en oeuvre par injection de résine et donnant des pièces à fortes caractéris-tiques mécaniques, apporte les avantages suivants:
2û (1) elle permet, par utilisation du vide seul, de réaliser des pièces de grandes tailles et tout particulièrement avec des fibres de hautes perfor-mances type carbone, en substitution de pièces unitaires moulées au contact.
(2) elle permet, par utilisation de vide et pression:
- sur les renforts de grande diffusion (type verre) d'augmenter les cadences, la fiabi-lité et la reproductibilité, - sur les renforts hautes performances, d'utiliser des résines plus performantes d'un point de vue mécanique et thermique et/ou plus réactives.
Les avantages sont encore plus marqués dans le cas de pièces de structure fortement ani-22 1 331 9 ~ 6 sotrope.
Bien entendu, I'invention n'est pas li-mit~e aux exemples donnés précédemment mais elle couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit: par exemple, la structure textile de ren-forcement pourrait être à base de tout autre matériau que ceux utilisés dans les exemples don-nés et les armatures des tissus également être adaptées.
Dans la description qui précède, il a été surtout question de structures textiles com-prenant des fils qui, grâce à leur contexture ou à
leur disposition au sein de la structure, forment des canaux dans l'empilement servant de renfort textile. Mais il va sans dire que des résultats équivalents peuvent être obtenus avec des cornpo-sants textiles autres que des fils, par exemple des composants, tels que des joncs ou des fils hy-brides, capables de former aussi des canaux dans I'empilement.
On notera aussi que, pendant l'injection de résine et la fabrication du matériau composite, les canaux sont conservés intégralement jusqu'à
imprégnation totale du renfort par la résine. Une fois la pièce fabriquée, les canaux peuvent se ; maintenir en l'état ou, dans d'autres cas, ne plus appara~tre en tant que tels dans la pièce finale.
Selon la caractér~istique essentielle de l'invention, de tels canaux sont présents au sein du renfort textile lors du processus d'injection.
Ainsi, I'invention permet d'obtenir des structures très diverses qui, toutes entrent dans son cadre. On comprendra aussi que l'homme du métier peut apporter des modifications aux compo-sants susceptibles de former les canaux dans 23 13319~6 I'empilement sans pour autant sortir du cadre del'invention revendiquée.
Les signes de référence insérés après les carsctéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréllension de ces dernières, et n'en limi-tent aucunement la portée.
~,.
Claims (20)
1. Structure textile de renforcement, utile pour réaliser des articles stratifiés composites par la technique générale de moulage par injection, laquelle consiste à disposer dans un moule de forme correspondant à celle de l'article à
obtenir, un empilement de couches de renforts textiles et, après fermeture du moule, à y injecter une résine, caractérisée en ce qu'au moins une couche de l'empilement de renforts textiles a une structure telle qu'au moins dans une de ses directions, elle forme dans l'empilement des canaux (21, 35, 45) favorisant l'écoulement de la résine lors de l'injection.
obtenir, un empilement de couches de renforts textiles et, après fermeture du moule, à y injecter une résine, caractérisée en ce qu'au moins une couche de l'empilement de renforts textiles a une structure telle qu'au moins dans une de ses directions, elle forme dans l'empilement des canaux (21, 35, 45) favorisant l'écoulement de la résine lors de l'injection.
2. Structure textile selon la revendication 1 caractérisée en ce que les canaux sont continus.
3. Structure textile selon la revendication 1, caractérisée en ce que les canaux sont formés dans l'épaisseur de la couche de renfort (20) ainsi que sur chacune de ses faces, ce qui permet l'imprégation d'une ou plusieurs couches adjacentes (1,3) de l'empilement.
4. Structure textile selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les canaux sont juxtaposés les uns aux autres sur toute la largeur de l'article.
5. Structure textile selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les canaux ne sont pas juxtaposés et sont séparés les uns des autres.
6. Structure textile selon revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les canaux sont rectilignes ou sensiblement rectilignes.
7. Structure textile selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les canaux sont courbés et épousent la forme de l'article final à obtenir.
8. Structure textile selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les canaux sont sensiblement paralléles entre eux.
9. Structure textile selon revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les canaux ne sont pas parallèles entre eux.
10. Structure textile selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'au moins une couche (20) de l'empilement de renforts textiles est réalisée à partir d'un tissu chaine et trame dans lequel au moins une partie des fils de chaine et/ou de trame ont reçu une torsion, aquel cas, une fois la couche (20) mise en place dans l'empilement (1, 20, 3), lesdits fils forment des canaux parallèles (21).
11. Structure textile selon la revendications 1, 2 ou 3 caractérisée en ce qu'au moins une couche (20) de l'empilement de renforts textiles est réalisée à partir d'un tissu chaine et trame dans lequel au moins une partie des fils de chaine et/ou de trame ont été guipés avec au moins un fil additionnel ou avec une tresse, aquel cas, une fois la couche (20) mise en place dans l'empilement (1, 20, 3), lesdits fils forment des canaux parallèles (21).
12. Structure textile selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'au moins une couche (20) de l'empilement de renforts textiles est réalisée à partir d'un tissu chaine et trame dans lequel au moins une partie des fils de chaine et/ou de trame a une forme telle qu'une fois la couche (20) mise en place dans l'empilement (1, 20, 3), des canaux (21) sont formes autour desdits fils.
13. Structure textile selon la revendication 12, caractérisée en ce que les fils sont prévus en tant que tels ou sont polymérises, préimprégnés ou hybrides.
14. Structure textile selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisée en ce qu'au moins une couche (31, 32, 33) de l'empilement de renforts textiles comprend une structure plane monocouche tissée, avec ou sans embuvage, tricot, ruban ou nappe non tissée unidirectionnelle ou multidirectionnelle, ou une structure plane multicouches épaisse ou une structure non plane, ayant une forme adaptée à l'article final à fabriquer, de nature monocouche ou milticouches, ladite structure présentant des passages préférentiels formant des canaux (35) dans l'empilement (31, 32, 33).
15. Structure textile de renforcement, utile pour réaliser des articles stratifiés composites par la technique générale de moulage par injection, laquelle consiste à disposer dans un moule, de forme correspondnat à celle de l'article à
obtenir, un empilement de couches de renforts textiles et, aprés fermeture du moule, à y injecter une résine, caractérisée en ce qu'elle comporte des fils unitaires (43) disposés entre les couches (41, 42) de l'empilement, ces fils créant des passages préférentiels formant des canaux (45), lesquels favorisent l'écoulement de la résine lors de l'injection.
obtenir, un empilement de couches de renforts textiles et, aprés fermeture du moule, à y injecter une résine, caractérisée en ce qu'elle comporte des fils unitaires (43) disposés entre les couches (41, 42) de l'empilement, ces fils créant des passages préférentiels formant des canaux (45), lesquels favorisent l'écoulement de la résine lors de l'injection.
16. Couche de renfort textile présentant des canaux dans au moins une de ses directions, telle qu'utilisée pour la réalisation d'une structure textile selon la revendication 1, cette couche étant constituée par un tissu chaîne et trame dont au moins une partie des fils de chaîne et/ou de trame a reçu une torsion.
17. Couche de renfort textile présentant des canaux dans au moins une de ses directions, telle qu'utilisée pour la réalisation d'une structure textile selon la revendication 1, cette couche étant constituée par un tissu chaîne et trame dont au moins une partie des fils de chaîne et/ou de trame ont été
guipés avec au moins un fil additionnel.
guipés avec au moins un fil additionnel.
18. Couche de renfort textile selon la revendication 16 ou 17, dans laquelle tous les fils de chaîne ou tous les fils de trame ont reçu une torsion ou ont été guipés.
19. Couche de renfort textile telle qu'utilisée pour la réalisation d'une structure textile selon la revendication 14, constituée par une structure plane monocouche tissée, avec ou sans embuvage, tricot, ruban, ou nappe non tissée unidirectionnelle ou multidirectionelle, structure plane multicouches épaisse ou structure non plane, ayant une forme adaptée à l'article final à fabriquer, de nature monocouche ou multicouches, ladite structure présentant des passages préférentiels formant des canaux.
20. Procédé pour l'obtention d'articles composites par moulage par injection, dans lequel on utilise un renfort comprenant au moins une structure textile et/ou une couche de renfort textile selon la revendication 1, 2, 3, 13, 15, 16, 17 ou 19.
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