FR3101276A1 - PROCESS FOR MAKING A PART IN COMPOSITE MATERIAL OF SANDWICH TYPE BY NEEDLETING - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de réalisation d’une pièce (7) en matériau composite de type sandwich comprenant la réalisation d’un ensemble (4) comprenant une âme (2) intercalée entre une première couche (1a) et une deuxième couche (1b), la première couche et la deuxième couche étant chacune formées à partir de fibres continues, la réalisation d’un ensemble aiguilleté (5) obtenu par aiguilletage de filaments (3) non tissés présents sur la face extérieure de la deuxième couche, au moyen d’un dispositif d’aiguilletage (8) comprenant une pluralité d’aiguilles (81), chaque aiguille étant munie d’une encoche, de sorte que des filaments soient entraînés par les aiguilles à travers la deuxième couche, l’âme et la première couche, et une étape de traitement de l’ensemble aiguilleté (5) pour former la matrice polymère de la première couche et de la deuxième couche. (Figure pour l'abrégé : Fig. 1)The present invention relates to a method for producing a part (7) of sandwich-type composite material comprising the production of an assembly (4) comprising a core (2) interposed between a first layer (1a) and a second layer ( 1b), the first layer and the second layer each being formed from continuous fibers, the production of a needled assembly (5) obtained by needling of non-woven filaments (3) present on the outer face of the second layer, at the means of a needling device (8) comprising a plurality of needles (81), each needle being provided with a notch, so that filaments are drawn by the needles through the second layer, the core and the first layer, and a step of treating the needled assembly (5) to form the polymer matrix of the first layer and of the second layer. (Figure for the abstract: Fig. 1)
Description
La présente invention concerne un procédé de réalisation de pièces en matériau composite à matrice polymère de type sandwich, comprenant une âme entre deux couches, chaque couche comprenant des fibres continues et une matrice polymère.The present invention relates to a process for producing parts made of composite material with a polymer matrix of the sandwich type, comprising a core between two layers, each layer comprising continuous fibers and a polymer matrix.
Il est connu des procédés de réalisation de pièces en matériau composite comprenant une âme disposée entre deux couches ou peaux extérieures formées de fibres continues noyées dans une matrice polymère, l’âme permet classiquement d’augmenter la raideur de la pièce et/ou d’obtenir une pièce plus légère en augmentant la masse volumique globale. L’âme peut par exemple être formée d’un feutre de filaments non tissés ou d’un tissu de fibres noyées dans une matrice polymère, d’une mousse ou d’une structure de type nids d’abeilles.Methods are known for producing parts in composite material comprising a core placed between two outer layers or skins formed of continuous fibers embedded in a polymer matrix, the core conventionally makes it possible to increase the stiffness of the part and/or to obtain a lighter part by increasing the overall density. The core can for example be formed from a felt of non-woven filaments or from a fabric of fibers embedded in a polymer matrix, from a foam or from a structure of the honeycomb type.
Classiquement, pour la réalisation d’une pièce tridimensionnelle, une première couche est formée en appliquant des plis de fibres continues sèches, par exemple sous forme de tissu, dans un moule correspondant à la forme finale de la pièce à réaliser, l’âme, par exemple formée d’un tissu de fibre, est ensuite appliquée sur la première couche puis la deuxième couche est formée en appliquant des plis de fibres continues sèches sur l’âme. L’ensemble est ensuite soumis à une étape d’imprégnation d’une résine, par exemple thermodurcissable, pour former la matrice polymère des couches extérieures et de l’âme.Conventionally, for the production of a three-dimensional part, a first layer is formed by applying plies of dry continuous fibers, for example in the form of fabric, in a mold corresponding to the final shape of the part to be produced, the core, for example formed of a fiber fabric, is then applied to the first layer then the second layer is formed by applying plies of dry continuous fibers on the core. The assembly is then subjected to a step of impregnation with a resin, for example thermosetting, to form the polymer matrix of the outer layers and the core.
Les étapes d’application des différentes couches et de l’âme sur le moule tridimensionnel et/ou l’étape d’imprégnation, par exemple par infusion des deux couches et de l’âme, peuvent s’avérer longues et difficiles à mettre en œuvre.The steps of applying the different layers and of the core to the three-dimensional mold and/or the impregnation step, for example by infusion of the two layers and of the core, can prove to be long and difficult to implement. work.
Le but de la présente invention est de proposer une solution visant à pallier à au moins l’un des inconvénients précités.The object of the present invention is to propose a solution aimed at overcoming at least one of the aforementioned drawbacks.
A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de réalisation d’une pièce en matériau composite de type sandwich comprenant une âme entre deux couches, chaque couche comprenant des fibres continues et une matrice polymère, caractérisé en ce qu’il comprend
- la réalisation d’un ensemble comprenant une âme intercalée entre une première couche et une deuxième couche, la première couche et la deuxième couche étant chacune formées à partir de fibres continues, de préférence de plusieurs de plis superposés dans lequel chaque pli est formé de fibres continues, de préférence unidirectionnelle,
- la réalisation d’un ensemble aiguilleté obtenu par aiguilletage de filaments non tissés présents sur la face extérieure de la deuxième couche, au moyen d’un dispositif d’aiguilletage comprenant une pluralité d’aiguilles, chaque aiguille étant munie d’une encoche, de sorte que des filaments soient entraînés par les aiguilles à travers la deuxième couche, l’âme et la première couche, et disposés dans une direction sensiblement perpendiculaire aux fibres continues de la première couche et de la deuxième couche, et
- une étape de traitement de l’ensemble aiguilleté pour former la matrice polymère de la première couche et de la deuxième couche.To this end, the subject of the present invention is a method for producing a composite material part of the sandwich type comprising a core between two layers, each layer comprising continuous fibers and a polymer matrix, characterized in that it comprises
- the production of an assembly comprising a core inserted between a first layer and a second layer, the first layer and the second layer each being formed from continuous fibers, preferably from several superimposed plies in which each ply is formed from continuous fibers, preferably unidirectional,
- the production of a needled assembly obtained by needling nonwoven filaments present on the outer face of the second layer, by means of a needling device comprising a plurality of needles, each needle being provided with a notch, such that filaments are drawn by the needles through the second layer, the core and the first layer, and arranged in a direction substantially perpendicular to the continuous fibers of the first layer and the second layer, and
- a step of treating the needled assembly to form the polymer matrix of the first layer and of the second layer.
Selon l’invention, un ensemble formé de l’âme, de la première couche et de la deuxième couche est soumis à une opération d’aiguilletage de filaments non tissés. Les aiguilles sont entraînées dans un mouvement de va-et-vient par un système d’entrainement du dispositif d’aiguilletage, pour traverser ledit ensemble. Lors du mouvement des aiguilles en direction de l’ensemble, au moins une partie de ces filaments se positionnent dans les encoches des aiguilles et sont entraînés par les aiguilles à travers l’ensemble. Ces filaments aiguilletés positionnés dans la direction Z, dans l’épaisseur de l’ensemble stabilisent les différentes couches du sandwich et permettent ainsi d’augmenter la cohésion de l’ensemble pour la ou les étapes ultérieures de traitement. L’ensemble ainsi aiguilleté peut être notamment soumis à une étape de formage pour réaliser une pièce tridimensionnelle. Les filaments en Z garantissent la cohésion de l’ensemble lors de sa manipulation jusqu’à un dispositif de formage et permettent un meilleur contrôle des fibres lors du formage. Les filaments en Z permettent en outre d’éviter un délaminage ou un déplacement non souhaité de fibres lors d’une étape de traitement pour former la matrice. Dans le cas de couches formées à partir de fibres sèches, ces filaments en Z facilitent également l’imprégnation de l’ensemble avec une résine, les filaments traversant l’âme facilitant l’écoulement de la résine à travers l’âme. En outre dans le cas d’une âme formée à partir de fibres sèches ou d’un feutre de filaments non tissés, l’âme facilite l’étape d’imprégnation. Par ailleurs, les filaments en Z permettent d’augmenter les propriétés mécaniques de la pièce finale.According to the invention, an assembly formed of the core, the first layer and the second layer is subjected to a needling operation of nonwoven filaments. The needles are driven back and forth by a needling device drive system, to pass through said assembly. During the movement of the needles towards the assembly, at least a part of these filaments are positioned in the notches of the needles and are driven by the needles through the assembly. These needled filaments positioned in the Z direction, in the thickness of the assembly, stabilize the different layers of the sandwich and thus make it possible to increase the cohesion of the assembly for the subsequent processing step(s). The assembly thus needled may in particular be subjected to a forming step to produce a three-dimensional part. The Z-shaped filaments guarantee the cohesion of the assembly during its handling up to a forming device and allow better control of the fibers during forming. Z-filaments further help to avoid unwanted delamination or displacement of fibers during a processing step to form the matrix. In the case of layers formed from dry fibers, these Z-filaments also facilitate the impregnation of the assembly with a resin, the filaments crossing the core facilitating the flow of the resin through the core. In addition, in the case of a core formed from dry fibers or a felt of non-woven filaments, the core facilitates the impregnation step. In addition, Z-shaped filaments increase the mechanical properties of the final part.
Le procédé selon l’invention peut avantageusement être utilisé pour la réalisation de pièces en matériau composite, notamment dans le domaine de l’automobile ou l’aéronautique.The method according to the invention can advantageously be used for the production of parts in composite material, in particular in the field of the automobile or aeronautics.
Selon un mode de réalisation, l’aiguilletage est réalisé de sorte que lesdits filaments non tissés soient entraînés à travers la première couche sur toute son épaisseur, de manière à garantir une bonne cohésion de l’ensemble et une imprégnation homogène de l’ensemble.According to one embodiment, the needling is carried out so that said nonwoven filaments are drawn through the first layer over its entire thickness, so as to guarantee good cohesion of the assembly and homogeneous impregnation of the assembly.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend l’application de filaments non tissés sous la forme d’un feutre sur la surface extérieure de la deuxième couche, de préférence des filaments non tissés en un matériau polymère, de préférence un polymère thermoplastique. Selon un mode de réalisation, le feutre présente une masse surfacique de 40 à 200 g/m2. Une partie des filaments du feutre est transférée à travers l’ensemble, les filaments non transférés sont de préférence maintenus sur ladite surface extérieure La structure non tissée des feutres augmente la perméabilité de l’ensemble et permet ainsi de favoriser l’infusion et/ou injection, les feutres conférant un effet drainant, plus particulièrement dans le cas d’une infusion. Les feutres peuvent en outre augmenter la tenue au choc de la pièce finale et/ou améliorer l’aspect de surface de la pièce finale.According to one embodiment, the method comprises the application of nonwoven filaments in the form of a felt on the outer surface of the second layer, preferably nonwoven filaments of a polymeric material, preferably a thermoplastic polymer. According to one embodiment, the felt has a surface weight of 40 to 200 g/m 2 . A portion of the felt filaments is transferred through the assembly, the non-transferred filaments are preferably maintained on said outer surface The non-woven structure of the felts increases the permeability of the assembly and thus makes it possible to promote infusion and/or injection, the felts conferring a draining effect, more particularly in the case of an infusion. The felts can also increase the impact strength of the final part and/or improve the surface appearance of the final part.
Selon un autre mode de réalisation, les filaments non tissés appliqués pour l‘aiguilletage sont des fibres minérales, notamment des fibres céramiques telles que des fibres de verre, des fibres de carbone, ou des fibres métalliques, les filaments permettant de renforcer l’ensemble aiguilleté ainsi que la pièce finale dans l’épaisseur.According to another embodiment, the nonwoven filaments applied for needling are mineral fibers, in particular ceramic fibers such as glass fibers, carbon fibers, or metal fibers, the filaments making it possible to reinforce the whole needled as well as the final piece in the thickness.
Selon un mode de réalisation, la première couche et la deuxième couche sont chacune formées à partir de fibres continues sèches, l’étape de traitement comprenant une étape d’imprégnation de l’ensemble aiguilleté avec un polymère d’imprégnation pour former la matrice polymère de la première couche et de la deuxième couche. Dans ce cas, les filaments aiguilletés positionnés dans la direction Z, dans l’épaisseur, stabilisent l’ensemble et permettent d’augmenter la cohésion de l’ensemble pour l’étape ultérieure d’imprégnation, et ainsi d’éviter un délaminage de l’ensemble lors de l’imprégnation, notamment dans le cas d’injection de polymère d’imprégnation. Par ailleurs, les perforations créées par les aiguilles et les filaments aiguilletés positionnés en Z augmentent la perméabilité en Z de l’ensemble. L’imprégnation est ainsi facilitée et peut être effectuée à des cadences élevées, sans zones sèches, et sans détérioration de l’ensemble.According to one embodiment, the first layer and the second layer are each formed from dry continuous fibers, the treatment step comprising a step of impregnating the needled assembly with an impregnation polymer to form the polymer matrix of the first layer and the second layer. In this case, the needled filaments positioned in the Z direction, in the thickness, stabilize the assembly and make it possible to increase the cohesion of the assembly for the subsequent impregnation step, and thus to avoid delamination of the whole during impregnation, in particular in the case of injection of impregnation polymer. In addition, the perforations created by the needles and the needled filaments positioned in Z increase the permeability in Z of the assembly. Impregnation is thus facilitated and can be carried out at high speeds, without dry areas, and without deterioration of the assembly.
Selon un mode de réalisation, les filaments non tissés à aiguilleter sont formés à partir d’au moins un polymère, ladite étape d’imprégnation étant alors de préférence effectuée à une température inférieure à la température de fusion, et de préférence supérieure à la température de transition vitreuse dudit polymère, de sorte que les filaments assurent un bon maintien des fibres continues de l’ensemble lors de l’étape d’imprégnation, notamment sa tenue mécanique au délaminage.According to one embodiment, the nonwoven filaments to be needled are formed from at least one polymer, said impregnation step then preferably being carried out at a temperature below the melting temperature, and preferably above the temperature glass transition of said polymer, so that the filaments ensure good maintenance of the continuous fibers of the assembly during the impregnation step, in particular its mechanical resistance to delamination.
L’étape d’imprégnation peut consister en une étape d’injection de l’ensemble aiguilleté placé dans un moule d’injection. L’étape d’imprégnation peut par exemple être réalisée selon un procédé d’imprégnation par voie humide, un procédé d’infusion sous vide, un procédé LCM, un procédé RTM, HP-RTM, Gap-RTM ou VARTM. Selon un mode de réalisation, l’étape d’imprégnation consiste en une étape d’injection de l’ensemble placé dans un moule d’injection, l’injection étant réalisée à une pression d’au moins 10 bars, par exemple de l’ordre de 50 bars.The impregnation step can consist of a step of injecting the needled assembly placed in an injection mould. The impregnation step can for example be carried out according to a wet impregnation process, a vacuum infusion process, an LCM process, an RTM, HP-RTM, Gap-RTM or VARTM process. According to one embodiment, the impregnation step consists of a step of injecting the assembly placed in an injection mold, the injection being carried out at a pressure of at least 10 bars, for example l 50 bar order.
Selon un mode de réalisation, la première couche et la deuxième couche sont chacune formées à partir de fibres continues sèches munies d’un liant, pour assurer une liaison des différents plis de chaque couche. Chaque couche comprend moins de 10% en poids de liant, de préférence moins de 5% en poids de liant.According to one embodiment, the first layer and the second layer are each formed from dry continuous fibers provided with a binder, to ensure a connection of the different plies of each layer. Each layer comprises less than 10% by weight of binder, preferably less than 5% by weight of binder.
Selon d’autres modes de réalisation, les première et deuxième couches sont formées à partir de fibres continues pré-imprégnées d’un ou plusieurs polymères destinés à constituer la matrice finale desdites couches, l’étape de traitement comprenant alors une étape de traitement thermique.According to other embodiments, the first and second layers are formed from continuous fibers pre-impregnated with one or more polymers intended to constitute the final matrix of said layers, the treatment step then comprising a heat treatment step .
Selon un mode de réalisation, l’âme est formée d’un feutre de filaments non tissés, ou d’un tissu de fibres continues, de préférence d’un feutre de filaments non tissés, la matrice polymère de l’âme étant formée lors de l’étape d’imprégnation. Selon un mode de réalisation les filaments non tissés du feutre sont formés d’un polymère, de préférence un polymère thermoplastique, ledit feutre ayant de préférence une masse surfacique de 50 à 500g/m2, de préférence de 60 à 150g/m2.According to one embodiment, the core is formed of a felt of nonwoven filaments, or of a fabric of continuous fibers, preferably of a felt of nonwoven filaments, the polymer matrix of the core being formed during of the impregnation step. According to one embodiment, the nonwoven filaments of the felt are formed from a polymer, preferably a thermoplastic polymer, said felt preferably having a surface density of 50 to 500 g/m 2 , preferably of 60 to 150 g/m 2 .
Selon un mode de réalisation, les fibres continues sont munies d’un liant formé d’un premier polymère, l’aiguilletage comprend l’aiguilletage d’un feutre de filaments non tissés formés d’un deuxième polymère, l’âme comprend un feutre de filaments non tissés formés d’un troisième polymère, et la matrice de la première couche, de la deuxième couche et de l’âme est formée d’un quatrième polymère. Le premier polymère formant le liant, le deuxième polymère formant les filaments aiguilletés, le troisième polymère formant l’âme et le quatrième polymère formant la matrice peuvent être différents ou identiques ou de même famille.According to one embodiment, the continuous fibers are provided with a binder formed from a first polymer, the needling comprises the needling of a felt of nonwoven filaments formed from a second polymer, the core comprises a felt of nonwoven filaments formed from a third polymer, and the matrix of the first layer, the second layer and the core is formed from a fourth polymer. The first polymer forming the binder, the second polymer forming the needled filaments, the third polymer forming the core and the fourth polymer forming the matrix can be different or identical or from the same family.
Selon un mode de réalisation, le deuxième polymère, et/ou le troisième polymère sont un polymère thermoplastique, de préférence choisi dans le groupe constitué par les polyamides, notamment les polyamides aromatiques (aramides), polyesters tels que le polyéthylène téréphtalate, polyéthersulfones, polyétheréthercétones, polysulfures de phénylène, polyuréthanes, époxydes, polyoléfines, acide polylactique, polyacryliques, et leurs mélanges.According to one embodiment, the second polymer, and/or the third polymer are a thermoplastic polymer, preferably chosen from the group consisting of polyamides, in particular aromatic polyamides (aramids), polyesters such as polyethylene terephthalate, polyethersulfones, polyetheretherketones , polyphenylene sulphides, polyurethanes, epoxies, polyolefins, polylactic acid, polyacrylics, and mixtures thereof.
Selon un mode de réalisation, le premier polymère et/ou le quatrième polymere , sont un polymère thermoplastique, de préférence choisis dans le groupe défini ci-dessus, ou ont un polymère thermodurcissable, de préférence choisis dans le groupe constitué par les époxydes, polyesters, vinylesters, phénoliques, polyimides, bismaléimides, et leurs mélanges.According to one embodiment, the first polymer and/or the fourth polymer are a thermoplastic polymer, preferably chosen from the group defined above, or have a thermosetting polymer, preferably chosen from the group consisting of epoxies, polyesters , vinylesters, phenolics, polyimides, bismaleimides, and mixtures thereof.
Selon d’autres mode de réalisation, l’âme est formée d’une mousse ou d’une structure de type nid d’abeilles.According to other embodiments, the core is formed of a foam or of a structure of the honeycomb type.
Selon un mode de réalisation, la première couche et la deuxième couche sont chacune obtenues par un procédé de placement de fibres, connu en soi. Selon un mode de réalisation, la première couche et la deuxième couche sont chacune formées de plusieurs de plis superposés obtenus par application au contact, au moyen d’un rouleau d’application, de fibres continues, chaque pli étant réalisé par application d’une ou plusieurs bandes selon une orientation, sur un outillage de drapage ou sur des bandes du pli précédent, chaque bande étant formée d’une ou plusieurs fibres continues.According to one embodiment, the first layer and the second layer are each obtained by a fiber placement method, known per se. According to one embodiment, the first layer and the second layer are each formed of several superimposed plies obtained by application in contact, by means of an application roller, of continuous fibers, each ply being produced by applying a or several bands according to one orientation, on a draping tool or on bands of the previous ply, each band being formed of one or more continuous fibres.
Les fibres continues sont de préférence des fibres continues unidirectionnelles, par exemple des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres synthétiques telles que des fibres d’aramide, des fibres de polyéthylène, et/ou des fibres naturelles, telles que par exemple des fibres de lin.The continuous fibers are preferably unidirectional continuous fibers, for example carbon fibers, glass fibers, synthetic fibers such as aramid fibers, polyethylene fibers, and/or natural fibers, such as for example flax fibers.
La première couche et la deuxième couche comprennent chacune au moins deux plis, par exemple de 2 à 20 plis, les plis d’une même couche peuvent avoir des orientations de fibres différentes ou identiques, de préférence différentes. La première couche et la deuxième couche peuvent avoir un nombre de plis identique ou différent.The first layer and the second layer each comprise at least two plies, for example from 2 to 20 plies, the plies of the same layer can have different or identical fiber orientations, preferably different. The first layer and the second layer can have the same or different number of plies.
Le placement de fibres est avantageusement automatisé au moyen d’une tête de placement de fibres, connue en soi, comportant un rouleau de compactage destiné à venir en contact contre l’outillage pour appliquer une bande formée d’une ou plusieurs fibres plates continues, et un système de guidage pour guider la ou les fibres sur ledit rouleau, par déplacement relatif de la tête d’application par rapport à la surface de drapage selon différentes trajectoires.The placement of fibers is advantageously automated by means of a fiber placement head, known per se, comprising a compacting roller intended to come into contact against the tool to apply a strip formed of one or more continuous flat fibers, and a guide system for guiding the fiber or fibers on said roller, by relative movement of the application head with respect to the layup surface along different trajectories.
Lesdites fibres continues se présentent de préférence sous la forme de fibres continues unidirectionnelles plates, classiquement appelées mèches, comprenant une multitude de filaments. Les fibres présentent par exemple des largeurs d’un huitième de pouce, un quart de pouce ou un demi-pouce (1/8", 1/4" ou 1/2"). Dans la présente, le terme «fibres» désigne également des fibres de plus grande largeur, supérieure à 1/2 pouce, classiquement appelée bande dans la technologie du placement.Said continuous fibers are preferably in the form of flat unidirectional continuous fibers, conventionally called rovings, comprising a multitude of filaments. The fibers are, for example, in widths of one-eighth inch, one-quarter inch, or one-half inch (1/8", 1/4" or 1/2"). also fibers of greater width, greater than 1/2 inch, conventionally called strip in the technology of placement.
En variante, les fibres peuvent être fixées sur le moule, par exemple mécaniquement ou par collage, uniquement en début et en fin de trajectoire, le rouleau étant de préférence en contact en début et en fin de trajectoire, et éventuellement à distance de la surface sur le reste de la trajectoire.As a variant, the fibers can be fixed to the mould, for example mechanically or by gluing, only at the start and at the end of the trajectory, the roller preferably being in contact at the start and at the end of the trajectory, and possibly at a distance from the surface. on the rest of the trajectory.
Selon un mode de réalisation, la première couche et/ou la deuxième couche sont formées d’un tissu multiaxial de type NCF (Non Crimp Fabric) comprenant plusieurs plis superposés de fibres continues, sans liant, par exemple maintenus ensemble par couture.According to one embodiment, the first layer and/or the second layer are formed of a multiaxial fabric of the NCF (Non Crimp Fabric) type comprising several superposed plies of continuous fibers, without binder, for example held together by sewing.
Selon un autre mode de réalisation, la première couche et/ou la deuxième couche sont formées d’une superposition de plis de fibres continues, obtenus par exemple par placement de fibres, et qui ont été soumises à une opération de pré-aiguilletage, par aiguilletage de filaments non tissés appliqués sur l’une des faces de la superposition de plis. Les couches pré-aiguilletées et l’âme sont ensuite empilées pour former l’ensemble tel que décrit précédemment. L’opération d‘aiguilletage de l’ensemble consiste à aiguilleter à travers l’ensemble les filaments non tissés restant sur la deuxième couche et/ou les filaments d’un nouveau feutre appliqué sur la deuxième couche.According to another embodiment, the first layer and/or the second layer are formed from a superposition of plies of continuous fibers, obtained for example by placing fibers, and which have been subjected to a pre-needling operation, by needling of non-woven filaments applied to one side of the ply overlay. The pre-needled layers and the core are then stacked to form the assembly as described above. The needling operation of the assembly consists of needle-punching through the assembly the non-woven filaments remaining on the second layer and/or the filaments of a new felt applied on the second layer.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de thermoformage de l’ensemble aiguilleté, de préférence entre l’outillage de formage mâle et l’outillage de formage femelle d’une presse, pour obtenir un ensemble aiguilleté tridimensionnel. En variante, le formage est réalisé au moyen d’une bâche à vide, après positionnement de l’ensemble aiguilleté sur un outillage de formage.According to one embodiment, the method comprises a step of thermoforming the needled assembly, preferably between the male forming tool and the female forming tool of a press, to obtain a three-dimensional needled assembly. As a variant, the forming is carried out using a vacuum cover, after positioning the needle-punched assembly on a forming tool.
Dans le cas de filaments non tissés aiguilletés formés d’un polymère, le thermoformage est réalisé à une température de thermoformage inférieure à la température de fusion dudit polymère, et de préférence supérieure à la température de transition vitreuse dudit polymère. L’ensemble aiguilleté est chauffé à une température de formage avant et/ou pendant le formage afin d’augmenter la formabilité dudit ensemble aiguilleté. Il peut être préchauffé avant le formage par passage dans un four ou tunnel et/ou chauffé lors du formage, par exemple par chauffage de l’outillage de formage mâle et/ou l’outillage de formage femelle. En l’absence d’aiguilletage, la déformation de l’ensemble lors du formage s’effectuerait fibre par fibre. L’opération d’aiguilletage selon l’invention préalablement à l’opération de formage permet d’obtenir une déformation homogène de l’ensemble, du fait du glissement des filaments aiguilletés. Par ailleurs, les filaments du feutre présents sur chaque face principale de l’ensemble permettent un glissement de l’ensemble dans la presse sans adhérence. Les filaments extérieurs stabilisent les surfaces extérieures de l’ensemble en limitant, voire supprimant, les déformations locales et assurent ainsi une déformation homogène des fibres. Le procédé selon l’invention permet ainsi de favoriser les mécanismes de glissement entre les outillages de formage et l’ensemble, et ainsi de limiter, voire supprimer, les défauts de fibres des plis externes des couches résultant des frictions entre l’ensemble et les outillages de formage dans les procédés de formage antérieurs.In the case of needlepunched nonwoven filaments formed from a polymer, the thermoforming is carried out at a thermoforming temperature below the melting temperature of said polymer, and preferably above the glass transition temperature of said polymer. The needled assembly is heated to a forming temperature before and/or during forming in order to increase the formability of said needled assembly. It can be preheated before forming by passing it through a furnace or tunnel and/or heated during forming, for example by heating the male forming tool and/or the female forming tool. In the absence of needling, the deformation of the assembly during forming would take place fiber by fiber. The needling operation according to the invention prior to the forming operation makes it possible to obtain a homogeneous deformation of the assembly, due to the sliding of the needled filaments. In addition, the felt filaments present on each main face of the assembly allow the assembly to slide in the press without sticking. The outer filaments stabilize the outer surfaces of the assembly by limiting, or even eliminating, local deformations and thus ensure homogeneous deformation of the fibres. The method according to the invention thus makes it possible to promote the sliding mechanisms between the forming tools and the assembly, and thus to limit, or even eliminate, the fiber defects of the outer plies of the layers resulting from friction between the assembly and the forming tools in prior forming processes.
De préférence, tel que décrit dans la demande de brevet FR17/70898, déposée le 4 septembre 2017, lors de l’aiguilletage, les aiguilles et les deux couches de l’ensemble sont disposées de sorte que les axes d’encoche des aiguilles forment un angle non nul avec la ou les orientations de fibres continues. On effectue ainsi un aiguilletage orienté de l’ensemble, en définissant l’orientation des aiguilles par rapport aux orientations de fibre des deux couches, de sorte que les fibres continues ne sont pas ou peu entraînées ou endommagées par les aiguilles, réduisant ainsi les risques de détérioration de l’ensemble et garantissant des propriétés mécaniques optimales de la pièce finale. Les feutres formés desdits filaments non tissés peuvent être isotropes, avec des filaments orientés de manière aléatoire, ou des feutres orientés avec des filaments présentant une orientation préférentielle. Dans le cas de feutres orientés, les aiguilles, et plus particulièrement leurs axes d’encoche, sont disposées en fonction de l’orientation des filaments de manière à optimiser le taux de prise de filaments par les aiguilles, les axes d’encoche formant de préférence un angle nul avec l’orientation préférentielle des filaments du feutre. Lorsque l’âme est formée d’un feutre de filaments non tissés, des filaments dudit feutre de l’âme peuvent être entraînés par les aiguilles à travers la première couche, notamment lorsque des encoches des aiguilles ne sont pas remplies par les filaments du feutre appliqué sur la surface extérieure de la deuxième couche, ou lorsque des filaments de ce feutre se sont libérés des encoches des aiguilles lors du passage des aiguilles dans la deuxième couche. Selon un autre mode de réalisation, le diamètre des filaments du feutre formant l’âme est défini de sorte qu’ils ne puissent être entrainés par les aiguilles.Preferably, as described in patent application FR17/70898, filed on September 4, 2017, during needling, the needles and the two layers of the assembly are arranged so that the notch axes of the needles form a non-zero angle with the continuous fiber orientation(s). Oriented needling of the assembly is thus carried out, by defining the orientation of the needles with respect to the fiber orientations of the two layers, so that the continuous fibers are not or only slightly dragged or damaged by the needles, thus reducing the risks deterioration of the assembly and guaranteeing optimal mechanical properties of the final part. The felts formed from said nonwoven filaments can be isotropic, with randomly oriented filaments, or oriented felts with filaments exhibiting a preferential orientation. In the case of oriented felts, the needles, and more particularly their notch axes, are arranged according to the orientation of the filaments so as to optimize the rate of filament pick-up by the needles, the notch axes forming preferably a zero angle with the preferred orientation of the filaments of the felt. When the core is formed from a felt of nonwoven filaments, filaments of said felt of the core can be driven by the needles through the first layer, in particular when notches of the needles are not filled by the filaments of the felt applied to the outer surface of the second layer, or when filaments of this felt are released from the notches of the needles during the passage of the needles in the second layer. According to another embodiment, the diameter of the filaments of the felt forming the core is defined so that they cannot be dragged by the needles.
Selon un mode de réalisation, l’aiguilletage est effectué en présence d’un agent lubrifiant, appelé également agent de lubrification, pour réduire les frottements entre les aiguilles et les fibres continues, et ainsi de réduire les ruptures de fibres continues dues aux frottements. Les aiguilles pénètrent mieux à travers les plis et le transfert de filaments à travers les plis est ainsi amélioré. Par ailleurs, en cas de rupture de fibres, l’agent lubrifiant limite, voir supprime, la dispersion des fibrilles générées, l’agent lubrifiant piégeant les fibrilles dans l’ensemble, par simple capillarité et/ou en raison des fibrilles qui sont alourdies par l’agent lubrifiant. Selon différents modes de réalisation, l’agent lubrifiant comprend de l’eau, éventuellement de l’eau déminéralisée ou distillée, ou de l’eau savonneuse ; et/ou l’ensemble est humidifié avant l’étape d’aiguilletage, l’ensemble de plis comprend au moins 2% en poids d’eau, de préférence au moins 5% en poids d’eau, de préférence de 5 à 40% en poids d’eau, mieux encore de 10% à 40% en poids d’eau ; et/ou le procédé comprend une étape de séchage de l’ensemble aiguilleté, par exemple par séchage mécanique par pressage combiné éventuellement à une aspiration, et/ou par passage dans une étuve ou un four, et/ou par séchage par infrarouge, par radiofréquences ou par micro-ondes.According to one embodiment, the needling is carried out in the presence of a lubricating agent, also called a lubricating agent, to reduce the friction between the needles and the continuous fibers, and thus to reduce the breaks of continuous fibers due to friction. The needles penetrate better through the pleats and the transfer of filaments through the pleats is thus improved. Furthermore, in the event of fiber breakage, the lubricating agent limits, or even eliminates, the dispersion of the fibrils generated, the lubricating agent trapping the fibrils as a whole, by simple capillarity and/or because of the fibrils which are weighed down by the lubricating agent. According to different embodiments, the lubricating agent comprises water, optionally demineralized or distilled water, or soapy water; and/or the assembly is moistened before the needling step, the ply assembly comprises at least 2% by weight of water, preferably at least 5% by weight of water, preferably from 5 to 40 % by weight of water, more preferably from 10% to 40% by weight of water; and/or the process comprises a step of drying the needled assembly, for example by mechanical drying by pressing optionally combined with suction, and/or by passage through an oven or an oven, and/or by infrared drying, by radio frequency or microwave.
Selon un mode de réalisation, l’aiguilletage est réalisé au moyen d’aiguilles à fourche présentant chacune à son extrémité distale au moins une encoche, de préférence une seule encoche. L’utilisation d’aiguilles à fourche permet d’obtenir un aiguilletage efficace des filaments, sans détérioration des fibres continues.According to one embodiment, the needling is carried out by means of forked needles each having at its distal end at least one notch, preferably a single notch. The use of forked needles makes it possible to obtain efficient needling of the filaments, without deterioration of the continuous fibres.
La densité d’aiguilletage est définie notamment en fonction de la perméabilité et de la stabilisation recherchées, et du type d’aiguille utilisée. Selon un mode de réalisation, la densité d’aiguilletage est comprise entre 10 et 350 coups/cm2. Dans le cas d’un dispositif d’aiguilletage muni d’aiguilles à fourche, la densité d’aiguilletage est de préférence de 150 à 350 coups/cm2, mieux encore de 200 à 300 coups/cm2. Dans le cas d’un dispositif d’aiguilletage muni d’aiguilles à barbes, comprenant chacune plusieurs encoches, la densité d’aiguilletage est de préférence de 10 à 100 coups/cm2, mieux encore de 40 à 60 coups/cm2. La partie travaillante des aiguilles a de préférence un diamètre compris entre 0,30 et 0,60 mm, de préférence entre 0,40 et 0,50 mm (jauges de 38 à 42). La largeur et/ou la profondeur des encoches, de préférence la largeur et la profondeur des encoches, sont comprises entre 0,03 et 0,1 mm, de préférence entre 0,04 et 0,06 mm. La longueur des filaments est définie en fonction de l’épaisseur de l’ensemble, de préférence de sorte que les filaments aiguilletés traversent l’ensemble. Par ailleurs, les filaments aiguilletés doivent de préférence être suffisamment longs pour rester entremêlés sur la surface de la deuxième couche. Selon un mode de réalisation, les filaments ont une longueur comprise entre 10 et 100 mm, de préférence entre 40 et 60 mm, et un diamètre compris entre 5 et 50 μm, de préférence 10 à 35 μm.The needling density is defined in particular as a function of the desired permeability and stabilization, and of the type of needle used. According to one embodiment, the needling density is between 10 and 350 strokes/cm2. In the case of a needling device fitted with forked needles, the needling density is preferably from 150 to 350 strokes/cm 2 , better still from 200 to 300 strokes/cm 2 . In the case of a needling device provided with barbed needles, each comprising several notches, the needling density is preferably from 10 to 100 strokes/cm 2 , better still from 40 to 60 strokes/cm 2 . The working part of the needles preferably has a diameter comprised between 0.30 and 0.60 mm, preferably between 0.40 and 0.50 mm (gauges from 38 to 42). The width and/or the depth of the notches, preferably the width and the depth of the notches, are between 0.03 and 0.1 mm, preferably between 0.04 and 0.06 mm. The length of the filaments is defined according to the thickness of the assembly, preferably so that the needled filaments cross the assembly. Furthermore, the needlepunched filaments should preferably be long enough to remain entangled on the surface of the second layer. According to one embodiment, the filaments have a length of between 10 and 100 mm, preferably between 40 and 60 mm, and a diameter of between 5 and 50 μm, preferably 10 to 35 μm.
L’invention a également pour objet un ensemble aiguilleté tel qu’obtenu selon procédé décrit précédemment, avant l’opération de traitement, ainsi qu’une pièce en matériau composite tel qu’obtenue selon le procédé décrit précédemment.The invention also relates to a needled assembly as obtained according to the method described above, before the treatment operation, as well as a part made of composite material as obtained according to the method described above.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d’un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels :The invention will be better understood, and other objects, details, characteristics and advantages will appear more clearly during the following detailed explanatory description of a presently preferred particular embodiment of the invention, with reference to the schematic drawings. appended, on which:
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En référence à la figure 1, la pièce selon l’invention est réalisée à partir d’un ensemble 4 qui est formé en empilant une première couche 1a, appelée également couche inférieure, formée d’une superposition de plis de fibres continues, une âme 2 formée ici d’un feutre de filaments non tissés en un matériau polymère, et une deuxième couche 1b appelée également couche supérieure, formée d’une superposition de plis de fibres continues. Un feutre de filaments non tissés 3 en un matériau polymère est appliqué sur l’ensemble, et l’ensemble ainsi muni du feutre est soumis à une opération d’aiguilletage, par passage dans un dispositif d’aiguilletage ou aiguilleteuse 8, pour former un ensemble aiguilleté 5. L’ensemble aiguilleté est ensuite soumis à une opération de formage pour former un ensemble aiguilleté tridimensionnel 6, qui est ensuite soumis à une opération d’imprégnation pour former une pièce finale 7 en matériau composite.Referring to Figure 1, the part according to the invention is made from an assembly 4 which is formed by stacking a first layer 1a, also called lower layer, formed by a superposition of plies of continuous fibers, a core 2 formed here of a felt of non-woven filaments made of a polymer material, and a second layer 1b also called upper layer, formed of a superposition of plies of continuous fibers. A felt of non-woven filaments 3 made of a polymer material is applied to the assembly, and the assembly thus provided with the felt is subjected to a needling operation, by passing through a needling device or needling machine 8, to form a needled assembly 5. The needled assembly is then subjected to a forming operation to form a three-dimensional needled assembly 6, which is then subjected to an impregnation operation to form a final part 7 of composite material.
Pour réaliser chaque couche 1a, 1b, des plis de fibres continues unidirectionnelles sont drapés à plat sur un outillage de drapage S afin de réaliser une couche formée de plis superposés, présentant deux faces principales opposées. En référence à la figure 2, le drapage est effectué au moyen d’un dispositif de drapage 9 comprenant une tête 90 de placement de fibres, connue en soi, permettant le drapage automatique au contact de bandes formées d’une ou plusieurs fibres. Les fibres F entrent dans la tête 90 sous la forme de deux nappes de fibres, et la tête comprend un système de guidage 91 permettant de guider les fibres vers le rouleau de compactage 92 sous la forme d’une bande de fibres dans laquelle les fibres sont disposées côte à côte, par exemple sensiblement bord à bord. La tête comprend, de part et d’autre du système de guidage, des moyens de coupe 93 pour couper individuellement chaque fibre passant dans le système de guidage, des moyens de blocage 94 pour bloquer chaque fibre venant d’être coupée, et des moyens de réacheminement 95 pour entraîner individuellement chaque fibre, ceci afin de pouvoir à tout moment stopper et reprendre l’application d’une fibre, ainsi que choisir la largeur de la bande. Le drapage d’une bande est réalisé par déplacement relatif de la tête par rapport à la surface de drapage sensiblement plane de l’outillage de drapage S. La tête comprend par exemple une structure support (non représentée) sur laquelle est monté le système de guidage et par laquelle la tête peut être assemblée à un système de déplacement, apte à déplacer la tête selon au moins deux directions perpendiculaires l’une à l’autre. La tête est par exemple prévue pour recevoir huit fibres, et permettre l’application de bandes de 1 à 8 fibres de 6,35 mm (1/4 de pouce) de large.To produce each layer 1a, 1b, plies of unidirectional continuous fibers are draped flat on a draping tool S in order to produce a layer formed of superimposed plies, having two opposite main faces. Referring to Figure 2, the draping is performed by means of a draping device 9 comprising a fiber placement head 90, known per se, allowing automatic draping in contact with strips formed of one or more fibers. The fibers F enter the head 90 in the form of two layers of fibers, and the head comprises a guide system 91 making it possible to guide the fibers towards the compacting roller 92 in the form of a strip of fibers in which the fibers are arranged side by side, for example substantially edge to edge. The head comprises, on either side of the guide system, cutting means 93 for individually cutting each fiber passing through the guide system, blocking means 94 for blocking each fiber which has just been cut, and means rerouting 95 to drive each fiber individually, in order to be able at any time to stop and resume the application of a fiber, as well as to choose the width of the strip. The draping of a strip is carried out by relative displacement of the head with respect to the substantially flat draping surface of the draping tool S. The head comprises for example a support structure (not shown) on which is mounted the system of guide and by which the head can be assembled to a movement system, capable of moving the head in at least two directions perpendicular to each other. The head is for example designed to receive eight fibers, and allow the application of strips of 1 to 8 fibers 6.35 mm (1/4 inch) wide.
La tête est ici utilisée pour la réalisation de plis à partir de fibres sèches munies d’un liant classiquement appelé « binder », pour conférer un caractère collant aux fibres lors du drapage et assurer la cohésion de chaque couche. Le liant, constitué d’un polymère, peut être appliqué sur les fibres avant le drapage, par exemple sous la forme de voile et/ou de poudre, des bobines de fibres pré-munies de liant étant alors chargées dans la machine de placement de fibres. Le liant peut être appliqué en ligne, lors du drapage des fibres, par exemple directement sur les fibres à draper, par exemple sous forme de filaments, tel que décrit dans la demande de brevet français n°16 70088, déposée le 7 mars 2016.The head is used here for making folds from dry fibers provided with a binder conventionally called "binder", to give the fibers a sticky character during draping and ensure the cohesion of each layer. The binder, made up of a polymer, can be applied to the fibers before draping, for example in the form of veil and/or powder, reels of fibers pre-provided with binder then being loaded into the placing machine. fibers. The binder can be applied in line, during the draping of the fibers, for example directly on the fibers to be draped, for example in the form of filaments, as described in French patent application No. 16 70088, filed on March 7, 2016.
Dans le cas notamment de fibres pré-munies de liant, la tête 90 est de préférence équipée d’un système de chauffage (non représenté), par exemple de type lampe IR ou laser, afin de chauffer le liant en cours d’application des fibres, et ainsi permettre au moins une adhésion des fibres des différents plis. Le système de chauffage chauffe les fibres avant leur application sur la surface d’application, ainsi que la surface d’application ou les fibres préalablement déposées, en amont du rouleau par rapport à la direction d’avancement de la tête.In the particular case of fibers pre-provided with binder, the head 90 is preferably equipped with a heating system (not shown), for example of the IR or laser lamp type, in order to heat the binder during application of the fibers, and thus allow at least adhesion of the fibers of the different plies. The heating system heats the fibers before they are applied to the application surface, as well as the application surface or the fibers previously deposited, upstream of the roller in relation to the direction of advance of the head.
La première couche et la deuxième couche sont drapées séparément sur un outillage de drapage, et la couche inférieure, l’âme et la couche supérieure sont ensuite empilées pour former l’ensemble 4. En variante, suivant la nature de l’âme, la couche inférieure est drapée sur un outillage de drapage, l’âme est disposée sur la couche inférieure, et la couche supérieure est drapée directement sur l’âme.The first layer and the second layer are draped separately on a draping tool, and the lower layer, the core and the upper layer are then stacked to form the assembly 4. Alternatively, depending on the nature of the core, the lower layer is draped over a draping tool, the core is laid over the lower layer, and the upper layer is draped directly over the core.
Les fibres sont par exemple des fibres de carbone, plates continues, de type mèches, comprenant une multitude de fils ou filaments de carbone, avec un liant thermoplastique présent en quantité de l’ordre de 2% en poids.The fibers are, for example, continuous flat carbon fibers of the roving type, comprising a multitude of carbon threads or filaments, with a thermoplastic binder present in an amount of the order of 2% by weight.
En référence à la figure 3, l’opération d’aiguilletage de l’ensemble 4 muni du feutre de filaments non tissés 3 est effectuée au moyen d’une aiguilleteuse 8, connue en soi pour consolider des nappes de fibres, qui comprend une pluralité d’aiguilles 81 montées sur un support 82 ou planche à aiguilles, apte à être animée, par des moyens 83 appropriés, d’un mouvement de va-et-vient dans une direction parallèle aux aiguilles. L’aiguilleteuse comprend une table support 84 ajourée disposée en vis à vis des aiguilles et destinée à supporter l’ensemble, ainsi qu’un débourreur ou dévêtisseur 85 placé entre la table support et les aiguilles, muni de trous traversant pour le passage des aiguilles. La table support comprend également un ensemble de trous pour permettre le passage des aiguilles après qu’elles aient traversé l’ensemble 4.Referring to Figure 3, the needling operation of the assembly 4 provided with the felt of nonwoven filaments 3 is carried out by means of a needling machine 8, known per se for consolidating sheets of fibers, which comprises a plurality needles 81 mounted on a support 82 or needle board, capable of being driven, by appropriate means 83, in a back and forth movement in a direction parallel to the needles. The needling machine comprises a perforated support table 84 arranged opposite the needles and intended to support the assembly, as well as a stripper or stripper 85 placed between the support table and the needles, provided with through holes for the passage of the needles . The support table also includes a set of holes to allow the passage of the needles after they have passed through set 4.
L’aiguilleteuse est équipée ici d’aiguilles 81 dites à fourche, chaque aiguille comprenant à l’extrémité de sa portion distale ou partie travaillante une encoche, de sorte que l’aiguille entraine les filaments uniquement lors de la phase de pénétration, soit de haut en bas sur la figure 3. L’encoche est définie entre une paroi de fond et deux parois latérales et présente un axe d’encoche, disposé parallèlement auxdites parois et perpendiculairement à l’axe longitudinal de l’aiguille.The needling machine is equipped here with so-called forked needles 81, each needle comprising at the end of its distal portion or working part a notch, so that the needle drives the filaments only during the penetration phase, either top to bottom in Figure 3. The notch is defined between a bottom wall and two side walls and has a notch axis, arranged parallel to said walls and perpendicular to the longitudinal axis of the needle.
Pendant l’aiguilletage, l’ensemble 4 est entraîné positivement dans le sens de la flèche référencée F1, et les aiguilles sont entrainées en va et vient. Lors du déplacement des aiguilles vers le bas, des filaments du feutre se positionnent dans les encoches des aiguilles et sont entrainées au travers de toute l’épaisseur de l’ensemble, les filaments ressortant sur la face extérieure de la couche inférieure. La densité d’aiguilletage est définie en fonction de la fréquence du mouvement en va-et-vient des aiguilles, le nombre d’aiguilles, et la vitesse d’avancement de l’ensemble 4 dans l’aiguilleteuse.During needling, assembly 4 is positively driven in the direction of the arrow referenced F1, and the needles are driven back and forth. When the needles move downwards, filaments of the felt position themselves in the notches of the needles and are driven through the entire thickness of the assembly, the filaments emerging on the outer face of the lower layer. The needling density is defined according to the frequency of the back-and-forth movement of the needles, the number of needles, and the speed of advancement of unit 4 in the needling machine.
De préférence, avant l’opération d’aiguilletage, un agent lubrifiant, également appelé agent de lubrification, est appliqué sur l’ensemble 4. L’agent lubrifiant comprend de l’eau et est appliqué sur l’ensemble par un système de pulvérisation 86. Lors de l’aiguilletage, l’eau présente dans l’ensemble en tant qu’agent lubrifiant permet de réduire les frottements entre les aiguilles et ainsi de réduire l’échauffement de l’ensemble, ce qui garantit un transfert efficace des filaments du feutre à travers l’ensemble, limite la casse des fibres, et permet de piéger dans l’ensemble les éventuelles fibrilles résultant de la casse de fibres.Preferably, before the needling operation, a lubricating agent, also called lubricating agent, is applied to the assembly 4. The lubricating agent comprises water and is applied to the assembly by a spray system 86. During needling, the water present in the assembly as a lubricating agent makes it possible to reduce friction between the needles and thus to reduce the heating of the assembly, which guarantees an efficient transfer of the filaments felt through the assembly, limits the breakage of the fibers, and makes it possible to trap in the assembly any fibrils resulting from the breakage of fibers.
Après l’aiguilletage, l’ensemble aiguilleté 5 est avantageusement soumis à une opération de séchage afin de réduire sa teneur en eau ou supprimer toute trace d’eau. Cette opération de séchage est par exemple réalisée en plaçant l’ensemble aiguilleté dans une étuve.After needling, the needled assembly 5 is advantageously subjected to a drying operation in order to reduce its water content or remove any trace of water. This drying operation is for example carried out by placing the needled assembly in an oven.
Selon une variante de réalisation, les filaments ne sont pas appliqués sous la forme d’un feutre, mais projetés de manière aléatoire sur la couche supérieure de l’ensemble 4. L’ensemble aiguilleté 8 est ensuite soumis à une opération de formage, également appelée opération d’emboutissage, par exemple en positionnant l’ensemble aiguilleté entre l’outillage mâle et l’outillage femelle d’une presse.According to a variant embodiment, the filaments are not applied in the form of a felt, but projected randomly onto the upper layer of the assembly 4. The needled assembly 8 is then subjected to a forming operation, also called stamping operation, for example by positioning the needled assembly between the male tooling and the female tooling of a press.
Le formage est réalisé à chaud, l’ensemble étant à une température de formage comprise entre la température de transition vitreuse et la température de fusion du polymère formant les filaments non tissés aiguilletés, et entre la température de transition vitreuse et la température de fusion du polymère formant les filaments non tissés de l’âme. Cette température de formage est obtenue par préchauffage de l’ensemble aiguilleté avant positionnement dans la presse et/ou par chauffage des deux outillages. Ce préchauffage est par exemple réalisé par passage de l’ensemble entre les rampes de lampe infrarouge supérieure et inférieure d’un four ou tunnel de préchauffage. De préférence, lors du formage, l’ensemble est maintenu sous tension par un système de mise sous tension, par exemple de type serre-flan. Les outillages sont ensuite écartés l’un de l’autre en position ouverte pour pouvoir démouler de la presse l’ensemble aiguilleté tridimensionnel résultant.The forming is carried out hot, the assembly being at a forming temperature between the glass transition temperature and the melting temperature of the polymer forming the needlepunched nonwoven filaments, and between the glass transition temperature and the melting temperature of the polymer forming the nonwoven filaments of the core. This forming temperature is obtained by preheating the needled assembly before positioning in the press and/or by heating the two tools. This preheating is for example carried out by passing the assembly between the upper and lower infrared lamp ramps of a preheating oven or tunnel. Preferably, during forming, the assembly is kept under tension by a tensioning system, for example of the blank holder type. The tools are then separated from each other in the open position to be able to unmold the resulting three-dimensional needled assembly from the press.
L’ensemble aiguilleté tridimensionnel 6 peut ensuite être soumis à une opération d’ajout ou d’imprégnation d’un polymère d’imprégnation, thermodurcissable ou thermoplastique, par un procédé d’injection et/ou infusion, pour former la matrice polymère des deux couches ainsi que de l’âme. Ledit ensemble 6 est par exemple placé dans un moule d’injection, entre la partie mâle et la partie femelle dudit moule, un polymère d’imprégnation est injecté sous pression dans l’ensemble, selon un procédé de type RTM (Resin Transfer Moulding), ou Gap-RTM. La pièce composite 7 obtenue à l’issue de cette étape d’imprégnation peut être soumise à une opération de détourage.The three-dimensional needled assembly 6 can then be subjected to an operation of adding or impregnating an impregnating polymer, thermosetting or thermoplastic, by an injection and/or infusion process, to form the polymer matrix of the two layers as well as soul. Said assembly 6 is for example placed in an injection mold, between the male part and the female part of said mold, an impregnating polymer is injected under pressure into the assembly, according to an RTM (Resin Transfer Molding) type process. , or Gap-RTM. The composite part 7 obtained at the end of this impregnation step can be subjected to a trimming operation.
A titre d’exemple, une pièce est réalisée dans les conditions suivantes :
- première couche et deuxième couche, de trois plis chacune, réalisée par placement de fibres à partir de fibres de carbone sèches munies d’un liant époxy ;
- une âme formée d’un feutre de filaments non tissés en polyester de 100g/m2, ayant un point de fusion d’environ 280-290°C ;
- un feutre de filaments non tissés pour l’aiguilletage en polyester de 60g/m2, ayant un point de fusion d’environ 280-290°C ; et,
- une température de formage d’environ 180°.For example, a part is produced under the following conditions:
- first layer and second layer, of three plies each, made by placing fibers from dry carbon fibers provided with an epoxy binder;
- a core formed of a felt of non-woven polyester filaments of 100 g/m 2 , having a melting point of approximately 280-290° C.;
- a felt of non-woven filaments for needling in polyester of 60 g/m 2 , having a melting point of approximately 280-290° C.; And,
- a forming temperature of approximately 180°.
Bien que l’invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu’elle n’y est nullement limitée et qu’elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l’invention.Although the invention has been described in connection with a particular embodiment, it is obvious that it is in no way limited thereto and that it includes all the technical equivalents of the means described as well as their combinations if these fall within the scope of the invention.
Claims (9)
- la réalisation d’un ensemble (4) comprenant une âme (2) intercalée entre une première couche (1a) et une deuxième couche (1b), la première couche et la deuxième couche étant chacune formées à partir de fibres continues,
- la réalisation d’un ensemble aiguilleté (5) obtenu par aiguilletage de filaments (3) non tissés présents sur la face extérieure de la deuxième couche, au moyen d’un dispositif d’aiguilletage (8) comprenant une pluralité d’aiguilles (81), chaque aiguille étant munie d’une encoche, de sorte que des filaments soient entraînés par les aiguilles à travers la deuxième couche, l’âme et la première couche, et
- une étape de traitement de l’ensemble aiguilleté (5) pour former la matrice polymère de la première couche et de la deuxième couche.Method for producing a part (7) in composite material of the sandwich type comprising a core between two layers, each layer comprising continuous fibers and a polymer matrix, characterized in that it comprises
- the production of an assembly (4) comprising a core (2) interposed between a first layer (1a) and a second layer (1b), the first layer and the second layer each being formed from continuous fibers,
- the production of a needled assembly (5) obtained by needling nonwoven filaments (3) present on the outer face of the second layer, by means of a needling device (8) comprising a plurality of needles ( 81), each needle being provided with a notch, so that filaments are driven by the needles through the second layer, the core and the first layer, and
- a step of treating the needled assembly (5) to form the polymer matrix of the first layer and of the second layer.
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2019
- 2019-10-01 FR FR1910873A patent/FR3101276B1/en active Active
Patent Citations (3)
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