FR3144139A1 - Composite thermoplastique et procédé pour la production de celui-ci pour le renforcement d’une structure. - Google Patents
Composite thermoplastique et procédé pour la production de celui-ci pour le renforcement d’une structure. Download PDFInfo
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Abstract
La présente invention concerne un composite thermoplastique (1) comprenant :
au moins une partie droite (10) possédant une section circulaire dotée d’un diamètre externe (d), et d’un axe longitudinal (L), au moins une partie cintrée (11), au moins un rayon de cintrage (r), de l’au moins une partie cintrée (11), le rayon de cintrage (r) étant au plus un facteur f égal à 5 par rapport au diamètre externe de l’au moins une partie droite (10), etune matrice thermoplastique et un renforcement de fibres.
L’invention concerne également une structure à renforcer comprenant au moins un thermoplastique (1), des utilisations d’un composite thermoplastique (1) et un procédé (100) pour la production d’un composite thermoplastique (1).
FIGURE 1
Description
La présente invention concerne le domaine de la construction. En particulier, l’invention concerne le domaine des composites thermoplastiques pour le renforcement de structures.
Cette invention fournit un nouveau composite thermoplastique et un procédé pour la production d’un composite thermoplastique préférablement pour le renforcement d’une structure.
Dans divers constructions, sites de construction et sites de génie civil liés à des bâtiments ou des structures, des matériaux de construction sont fréquemment utilisés, et des barres de renforcement (barres d’armature) sont souvent utilisées en tant que matériaux de construction.
Habituellement, une barre d’armature est une barre d’acier utilisée en tant que dispositif de tension dans une structure renforcée et préférablement dans des structures de béton renforcé et/ou de maçonnerie renforcée pour renforcer et assister le béton/mortier sous tension. Actuellement, des barres d’armature sont utilisées dans de nombreux domaines de la construction à l’aérospatiale.
Par exemple, le béton est un matériau très résistant en compression, mais fragile en tension (résistance en flexion) et en cisaillement. Il présente un comportement cassant à la rupture/fracture. Pour compenser ce déséquilibre, l’incorporation de barres de renforcement dans la masse de béton est destinée à absorber ces forces et fournir de la ductilité. La maçonnerie, avec ses joints de mortier, a les mêmes faiblesses que le béton. Pour améliorer la résistance en traction, des barres d’armature sont également incorporées dans des structures de maçonnerie. Il en va de même pour la plupart des structures devant être renforcées dans les divers domaines d’application de barres d’armature.
En outre, les structures à renforcer ont des agencements complexes et des formations qui ont évolué dans le temps et avec la demande. La distribution de caractéristiques de résistance devient alors inhomogènea fortioridans des formations complexes (c’est-à-dire comprenant au moins un angle ou au moins un coin).
De plus, la distribution des barres de renforcement dans une structure à renforcer est devenue grandement limitée par la forme de cette structure, ou même la forme du coffrage de remplissage et certains emplacements dans la structure et/ou du coffrage sont laissés vides. Néanmoins, avec l’évolution des domaines d’application, de nouvelles formes géométriques sont nécessaires et leur renforcement également.
En outre, à l’intérieur même d’une barre d’armature, la contrainte varie le long de sa longueur dans une zone de tension. En effet, une extension suffisante de la longueur de la barre d’armature au-delà du point où ladite barre d’armature doit développer sa limite élastique est nécessaire pour empêcher la rupture de la barre d’armature. Cette longueur doit également être au moins égale à la longueur de développement. Cependant, si la longueur réelle disponible est insuffisante pour un développement total, alors la structure risque de craquer ou même de s’effondrer.
Le type le plus commun de barres d’armature est une barre d’armature en acier, habituellement faite de barres rondes laminées à chaud avec des motifs de déformation surélevés à sa surface. Ces barres d’armature sont généralement longitudinales. Elles ont certains avantages tels que leur résistance à la flexion (résistance en flexion). Cependant, elles sont sensibles à la corrosion ce qui mène à une détérioration. Pour améliorer l’adhérence avec la structure à renforcer et la résistance chimique, plusieurs solutions ont été développées.
Par exemple, des barres d’acier inoxydable provenant d’alliages de fer sont bien connues pour être résistantes à la corrosion, mais elles sont très coûteuses.
Un autre exemple concerne des barres d’armature en acier comportant un revêtement, généralement une résine époxy. En effet, la surface des barres d’armature présente une rugosité (par exemple une nervure) pour favoriser une meilleure adhérence avec le béton/mortier et réduire le risque de glissement. Cependant, ces revêtements tendent à rendre la barre d’armature revêtue plus coûteuse qu’une barre d’armature en acier basique et peuvent avoir des propriétés mécaniques moins bonnes. En effet, le revêtement est appliqué sur la barre d’armature une fois qu’elle a été produite. Pendant la mise en forme telle qu’une flexion ou même lors de la connexion avec d’autres barres d’armature, le revêtement se fissure ou se rompt, entraînant une réduction des propriétés mécaniques et chimiques de la barre de renforcement et par conséquent de la structure à renforcer.
D’autres types de barres d’armature sont composés de polymère à renforcement par des fibres (FRP), telles que la fibre de verre, la fibre de carbone ou la fibre de basalte, et habituellement incorporées dans une résine thermodurcissable. Avec une résine thermodurcissable, il n’est plus possible de modifier la forme de la barre d’armature une fois qu’elle a été produite et mise en forme. De plus, il n’est pas possible de produire des barres d’armature thermodurcissables sans instruction précise des besoins sur la structure à renforcer, ce qui entraîne une production et des délais d’approvisionnement longs. De plus, une fois mises en forme, ces barres d’armature thermodurcissables ne tolèrent aucune modification même mineure. En outre, les barres d’armature thermodurcissables présentent d’autres inconvénients comme des temps de cycle longs, une forte consommation d’énergie, une faible recyclabilité des matériaux utilisés, la toxicité de certains composants et l'émission de composés organiques volatils, particulièrement pendant la fabrication d’une barre d’armature cintrée/mise en forme. De plus, il est bien connu que les polymères thermodurcissables et particulièrement les barres d’armature cintrées ne peuvent pas être appliqués de manière universelle en raison du volume de transport et du stockage élevés.
De plus, avec les barres d’armature thermodurcissables cintrées actuelles, le point de courbure comprend la compression des fibres qui deviennent incapables de résister à la tension et réduit drastiquement le renforcement des structures. De plus, de nos jours, un thermodurcissable doit être façonné manuellement dans le procédé de pultrusion, ce qui requiert des coûts et du temps additionnels. Ainsi, il n’est pas possible d’adapter les barres d’armature thermodurcissables à la structure à renforcer ou de les modifier après refroidissement. Le même problème se produit avec l’acier en raison du revêtement d’époxy et donc avec les barres d’armature revêtues par un époxy.
La conception et l’application de barres de renforcement non métalliques présentent de nombreux défis. En effet, le comportement de ces matériaux de renforcement diffère du comportement de métaux, par exemple en termes de résistance au cisaillement, de fluage et d’élasticité. Cependant, il est nécessaire de garantir de bonnes propriétés mécaniques.
De plus, les barres d’armature actuelles (telles que celles d’acier inoxydable, d’époxy et thermodurcissables) sont placées avec des supports de barre et/ou des espaceurs séparant les barres d’armature du coffrage de béton/mortier pour établir une couverture de béton/mortier et garantir une incorporation correcte et éviter la corrosion. Les barres d’armature dans le coffrage sont connectées par soudage par points, par attache de fil d’acier, ou avec des connexions mécaniques. Pour connecter des barres d’armature revêtues par un époxy ou galvanisées, un fil revêtu par un époxy ou galvanisé est normalement utilisé. Tous ces éléments mécaniques (supports, espaceurs, soudures, coupleurs mécaniques) sont un moyen efficace de réduire la congestion des barres d’armature dans les zones lourdement renforcées sur site. Néanmoins, ces éléments requièrent une organisation des barres d’armature qui laisse peu de possibilités de renforcer la structure entière et en particulier d’adapter les diverses formes de la structure à renforcer. Par exemple, les barres de renforcement sont collées ensemble pour former un cercle d’un diamètre prédéfini qui n’est pas approprié pour le renforcement des coins de diverses structures. Ceci réduit également l’espace disponible pour garantir un renforcement continu de la structure (la distribution de caractéristiques de résistance et la continuité des forces).
Les barres d’armature sont généralement longitudinales et ont une courbure au niveau de leur extrémité. De nouvelles formes de barres de renforcement pour assemblage ont également été développées, telles que des étriers ou des broches. La courbure permet aux barres d’armature d’être assemblées ensemble à l’intérieur du coffrage ou de la structure à renforcer.
Un problème des FRP est leur efficacité eu égard au cisaillement. Les barres de renforcement FRP formées par cintrage avant durcissement ont généralement une performance relativement mauvaise par comparaison avec des barres d’acier ou des structures de fibres droites. Lorsqu’elles sont tendues, la zone entre les régions droites et incurvées est soumise à un cintrage, un cisaillement et des contraintes longitudinales élevés.
Ainsi, pour des barres d’armature faites de polymères (FRP) et en particulier de polymère thermodurcissable, le rayon de courbure est 6 à 7 fois le diamètre de la barre d’armature selon la formule r = f * d, r étant le rayon de cintrage, f étant le facteur entre 6 et 7 (limites incluses) et d étant le diamètre, préférablement le diamètre externe de la barre d’armature (généralement entre 6 mm et 30 mm, limites incluses). Un tel facteur 6 ou 7 permet de prévenir le risque de fissures de la partie incurvée et ainsi le risque de fissures dans la barre d’armature et par conséquent la structure. Ce rayon de cintrage est particulièrement important et augmente de taille dans le coffrage ou dans la structure. Ceci également augmente, par exemple, la quantité de masse (béton, mortier ou autre matériau) nécessaire pour remplir le coffrage. Finalement, avec un tel rayon de cintrage et la masse résultante, il n’est pas possible de garantir la continuité des forces pour des structures à renforcer dotées de formes complexes (par exemple au moins un angle) et/ou diverses. Finalement, avec un tel rayon de cintrage, il devient particulièrement difficile d’assembler les barres d’armature ensemble.
Par conséquent, les barres d’armature sont produites à distance à partir des sites de construction et sont ensuite assemblées par ligature, par soudure ou par des coupleurs mécaniques, pour former un coffrage de renforcement sur les sites de construction qui sera rempli avec la masse (béton ou mortier ou autre). Elles sont habituellement incorporées de manière passive dans le béton/mortier avant que le béton/mortier ne se solidifie.
Ainsi, les barres d’armature, qu’elles soient faites d’acier ou de polymère thermodurcissable, possèdent une taille significative dans les structures et doivent se trouver en grand nombre pour fournir un renforcement en tension/flexion/compression/cisaillement. De plus, elles ne permettent pas de renforcer l’entièreté d’une structure lorsqu’elle a des formes particulières (c’est-à-dire au moins un angle) (problème de revêtement, de fibre, d’élément de connexion, de rayon de cintrage, de congestion).
En outre, les barres d’armature ont un assemblage difficile entre elles ou avec la structure à renforcer, réduisant le renforcement de la structure, en particulier d’un facteur élevé.
Finalement, il devient également important d’être capable de faciliter le transport et le stockage des barres d’armature tout en étant capable de présenter une liberté de formes possibles d’une structure à renforcer.
Ainsi, il existe un besoin en solutions capables de générer un nouveau moyen pour renforcer des structures à renforcer qui est moins massif, adapté à diverses formes, possédant de bonnes propriétés mécaniques et/ou chimiques tout en permettant un ancrage aisé à la structure à renforcer ou entre les barres d’armature.
De plus, il est avantageux que ce moyen soit peu coûteux et aisément produit tout en étant aisément transportable et stockable. Enfin, il serait intéressant que ce moyen soit plus facilement recyclable.
Ce qui suit constitue un résumé simplifié d’aspects, de modes de réalisation et d’exemples choisis de la présente invention afin de fournir une compréhension de base de l’invention. Cependant, le résumé ne constitue pas un aperçu complet de tous les aspects, modes de réalisation et exemples de l’invention. Le seul objectif du résumé est de présenter des aspects, modes de réalisation et exemples choisis de l’invention sous une forme concise comme introduction à la description plus détaillée des aspects, modes de réalisation et exemples de l’invention qui suit le résumé.
L’invention a pour objectif de remédier aux inconvénients de l’art antérieur. En particulier, l’invention propose un composite thermoplastique comprenant :
- au moins une partie droite possédant une section circulaire dotée d’un diamètre externe et d’un axe longitudinal,
- au moins une partie cintrée,
- au moins un rayon de cintrage, de l’au moins une partie cintrée, le rayon de cintrage étant au plus un facteur égal à 5 par rapport au diamètre externe de l’au moins une partie droite, et
- une matrice thermoplastique et un renforcement de fibres.
L’avantage de ce composite thermoplastique est qu’il présente de bonnes propriétés mécaniques et/ou chimiques. Le composite thermoplastique selon l’invention permet un assemblage aisé et simplifié entre le composite thermoplastique ou avec la structure à renforcer et améliore le renforcement d’une structure à renforcer.
Le composite thermoplastique selon l’invention est également moins massif, adapté à diverses formes, et possède de bonnes propriétés mécaniques et/ou chimiques qui permettent un ancrage aisé à la structure à renforcer ou entre des éléments de renforcement.
Le composite thermoplastique selon l’invention permet de faciliter le transport et le stockage des renforcements tout en étant capable de présenter une liberté de formes possibles d’une structure à renforcer.
De plus, un composite thermoplastique selon l’invention est moins coûteux et facile à fabriquer tout en étant facilement transportable et stockable.
Enfin, il est plus aisément recyclable.
Selon d’autres éléments facultatifs du composite thermoplastique selon l’invention, l’invention peut éventuellement présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou combinées :
- la matrice thermoplastique comprend un polymère thermoplastique de la famille des polyamide, polyurée, polyacrylique, poly(aryléthercétones), polyimides, polyétherimides aromatiques, polysulfures, polysulfones, polyoléfines, acide polylactique, polyvinyle, alcool polyvinylique, fluoropolymères, styrènes, cellulosiques, polyester et/ou polycarbonates,
- la matrice thermoplastique comprend un polymère (méth)acrylique,
- le composite thermoplastique comprend au plus 35 % en volume d’une matrice thermoplastique comprenant un polymère (méth)acrylique et au moins 65 % en volume de fibres,
- le composite thermoplastique comprend de 20 % à 50 % en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques et de 50 % à 80 % en volume de fibres,
- l’au moins un rayon de cintrage est au moins un facteur égal à 2 par rapport au diamètre externe de l’au moins une partie droite,
- le diamètre externe de l’au moins une partie droite du composite thermoplastique est compris entre 4 mm et 40 mm,
- l’au moins un rayon de cintrage est compris entre 8 mm et 200 mm selon la formule r = d*f dans laquelle r est le rayon de cintrage (mm), d est le diamètre externe (mm) et f est le facteur, f étant compris entre 2 et 5 par rapport au diamètre externe de l’au moins une partie droite,
- le composite thermoplastique comprend au moins un angle de cintrage, l’angle de cintrage étant défini selon l’axe longitudinal du composite thermoplastique, l’angle de cintrage étant compris entre 0° et 360°, 0 exclu,
- l’au moins une partie droite et l’au moins une partie cintrée étant de la même matrice thermoplastique.
Selon un autre aspect, l'invention peut également concerner une structure à renforcer comprenant au moins un composite thermoplastique selon l'invention. Une telle structure présente un meilleur renforcement et peut présenter une durée de vie plus longue.
L'invention peut également concerner l’utilisation d’un composite thermoplastique selon l’invention dans des applications relevant du secteur de l’automobile, des transports, nautique, ferroviaire, aéronautique, aérospatiale, photovoltaïque, de la construction et du bâtiment, du renforcement de béton, de la maçonnerie, du génie civil et/ou de l’énergie éolienne. Un composite thermoplastique selon l’invention est avantageusement approprié pour tout type de domaine et rend possible le renforcement de structures dans plusieurs domaines.
L’invention peut également concerner l’utilisation d’un composite thermoplastique selon l’invention en tant qu’élément de renforcement, matériau de construction, crochet, maillon multiple, étrier, ancrage, pieu, fixateur, chaînage, collecteur, coupleur, connecteur, fiche, raboutage, raccord, support, cadre, entretoise, espaceur, cage, barre en T, barre en I, barre de raboutage, barre de tranche, barre longitudinale, barre transversale, barre de continuité, panneau, tige, barre d'armature et/ou feuille. Un composite thermoplastique selon l’invention peut prendre plusieurs formes et ainsi être utilisé de manières diverses et variées sans modifier ledit composite thermoplastique.
Selon un autre aspect, la présente invention peut également concerner un procédé pour la production d’un composite thermoplastique comprenant au moins une partie droite possédant une section circulaire dotée d’un diamètre externe et d’un axe longitudinal, et au moins une partie cintrée, le procédé comprenant :
- Une étape de fourniture du composite thermoplastique comportant au moins une partie droite possédant une section circulaire dotée d’un diamètre externe, ledit composite thermoplastique comprenant une matrice thermoplastique et un renforcement de fibres,
- Une étape de chauffage d’une partie du composite thermoplastique, préférablement par chauffage par conduction, par convection, radial et/ou volumétrique.
- Une étape de création d’au moins une partie cintrée dans la partie chauffée par cintrage de la partie chauffée selon un rayon de cintrage, le rayon de cintrage étant au plus un facteur égal à 5 par rapport au diamètre externe de l’au moins une partie droite du composite thermoplastique,
- Une étape de refroidissement de l’au moins une partie cintrée pour former un composite thermoplastique comprenant au moins une partie droite et au moins une partie cintrée.
Le procédé selon l’invention permet de produire un composite thermoplastique aisément et d’une manière moins coûteuse : Le procédé permet de produire un composite thermoplastique doté d’un rayon de cintrage plus faible tout en ayant des propriétés mécaniques et/ou chimiques améliorées.
Ce qui précède et d’autres objets, éléments et avantages de la présente invention deviendront plus clairs à la lecture de la description détaillée suivante considérée conjointement avec les dessins qui l’accompagnent dans lesquels :
Plusieurs aspects de la présente invention sont décrits par renvoi à des schémas fonctionnels et/ou des schémas de principe de procédés et de dispositifs selon des modes de réalisation de l’invention.
Sur les figures, les schémas fonctionnels et/ou les schémas de principe montrent l’architecture, la fonctionnalité et la mise en œuvre possible de dispositifs ou systèmes ou procédés, selon plusieurs modes de réalisation de l’invention.
À cet effet, chaque case dans les schémas fonctionnels ou les schémas de principe peut représenter un système, un dispositif, un module qui comprend plusieurs instructions exécutables pour mettre en œuvre la ou les fonctions logiques spécifiées.
Dans certaines mises en œuvre, les fonctions associées à la case peuvent apparaître dans un ordre différent de celui indiqué dans les dessins.
Par exemple, deux cases présentées successivement peuvent être exécutées de façon sensiblement simultanée, ou bien des cases peuvent parfois être exécutées dans l’ordre inverse, selon la fonctionnalité impliquée.
Chaque case des schémas fonctionnels ou des schémas de principe, et les combinaisons de cases dans les schémas fonctionnels ou les schémas de principe peuvent être mises en œuvre par des systèmes spéciaux qui réalisent les fonctions ou actions spécifiées ou réalisent des combinaisons d’équipements et d’instructions informatiques spécifiques.
Des modes de réalisation exemplaires de l’invention vont maintenant être décrits.
Par «polymère», on entend soit un copolymère, soit un homopolymère, soit un copolymère à blocs. Le terme «copolymère» désigne un polymère regroupant plusieurs motifs monomères différents et le terme «homopolymère» désigne un polymère regroupant des motifs monomères identiques. Par «copolymère à blocs», on entend un polymère comprenant un ou plusieurs blocs ininterrompus de chacune des espèces de polymère distinctes, les blocs de polymère étant chimiquement différents les uns des autres et étant liés ensemble par une liaison covalente. Ces blocs de polymère sont également appelés blocs polymères.
L’expression «composite polymère», au sens de l’invention, désigne un matériau multicomposant comprenant au moins deux composants non miscibles parmi lesquels au moins un composant est un polymère et l’autre composant peut par exemple être un renforcement fibreux.
Par «renforcement fibreux» ou «substrat fibreux» ou «fibres», on entend, au sens de l’invention, plusieurs fibres, des fibres unidirectionnelles ou des tresses, ou un mat à filaments continus, des tissus, des feutres, ou des non-tissés qui peuvent prendre la forme de bandes, de nappes, de tresses, de mèches ou de pièces.
Le terme «matrice» peut faire référence à un matériau servant de liant et pouvant transférer des forces au renforcement fibreux.
Le terme «matrice de polymère» peut comprendre les polymères, mais peut également englober d’autres composés ou matériaux.
Le terme «matrice de polymère (méth)acrylique» peut faire référence à tous types de composés, polymères, oligomères, copolymères ou copolymères à blocs, acryliques et méthacryliques. Cependant, on ne s’écarterait pas de la portée de l’invention si la matrice de polymère (méth)acrylique comprenait jusqu’à 10 % en poids, préférablement moins de 5 % en poids, d’autres monomères non acryliques, choisis par exemple dans le groupe suivant : butadiène, isoprène, styrène, styrène substitué tel que α-méthylstyrène ou tert-butylstyrène, cyclosiloxanes, vinylnaphtalènes et vinylpyridines.
Le terme «initiateur» ou «précurseur», au sens de l’invention, peut faire référence à un composé qui peut débuter/initier la polymérisation d’un monomère ou de monomères.
Le terme «polymérisation», au sens de l’invention, peut renvoyer au procédé de transformation d’un monomère ou d’un mélange de monomères en un polymère.
Le terme «monomère», au sens de l’invention, peut faire référence à une molécule qui peut subir une polymérisation.
Aux fins de l’invention, le terme «polymère thermoplastique» peut désigner un polymère qui est généralement solide à température ambiante, qui peut être cristallin, semi-cristallin ou amorphe, et qui ramollit lors d’une hausse de température, en particulier après avoir dépassé sa température de transition vitreuse (Tg), et qui est fluide à une température plus élevée, et/ou qui peut présenter une fusion limpide lors du dépassement de sa température dite de fusion (Tf) (lorsqu’il est semi-cristallin), et qui redevient solide lorsque la température chute en dessous de son point de fusion et en dessous de sa température de transition vitreuse. Ceci s’applique également aux polymères thermoplastiques légèrement réticulés par la présence de monomères ou d’oligomères multifonctionnels dans la formulation du « sirop » de (méth)acrylate, en pourcentage massique de préférence inférieur à 10 %, de préférence inférieur à 5 % et mieux encore inférieur à 2 % et peut être d’au moins 0.5 %, qui peuvent être thermoformés lorsqu’ils sont chauffés au-dessus de la température de ramollissement. Les Tg et Tm peuvent être déterminées par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) selon les normes respectivement 11357-2: 2013 et 11357-3: 2013.
Le terme «composition thermoplastique» peut faire référence à un sirop thermoplastique ou une résine thermoplastique ou un précurseur de résine thermoplastique.
Le terme «polymère thermodurcissable» peut renvoyer à un matériau plastique qui se transforme de façon irréversible par polymérisation.
Le terme «monomère (méth)acrylique» peut désigner tout type de monomère acrylique et méthacrylique.
Le terme «polymère (méth)acrylique» peut faire référence à un polymère comprenant essentiellement des monomères (méth)acryliques qui représentent au moins 50 % en poids ou plus du polymère (méth)acrylique.
Le terme «PMMA», au sens de l’invention, peut renvoyer à des homopolymères et des copolymères de méthacrylate de méthyle (MMA), le rapport pondéral entre MMA et PMMA étant de préférence d’au moins 70 % en poids pour le copolymère de MMA.
L’expression «élément de renforcement», telle qu’utilisée ici, peut désigner un élément utilisé à l'intérieur/avec une structure afin de la renforcer, de la supporter, de la solidifier, de la consolider, d’améliorer ses propriétés mécaniques (renforcement, tension, étirement, etc.), ses propriétés thermiques, électriques et/ou chimiques.
Le terme «barre d'armature» peut faire référence à une barre de renforcement qui est utilisée comme dispositif de tension dans du béton armé et des structures en maçonnerie armée pour renforcer et soutenir le béton sous tension. Une barre d’armature augmente considérablement la résistance à la traction du béton de la structure.
L’expression «structure» ou «structure à renforcer » ou «structure de béton» ou «structures de maçonnerie» ou «structure de mortier » ou «coffrage» peut faire référence à toute structure qui est habituellement renforcée, ou qui a besoin d’être renforcée. Par exemple, quelque chose (tel qu’un bâtiment) qui est construit ou une constitution, un agencement, et un assemblage des éléments d’un bâtiment, ou plus spécifiquement des éléments qui forment son cadre. De plus, du béton ou du mortier peut être utilisé de manière équivalente. Une structure à renforcer peut être tout type de structure qui requiert un renforcement préférablement par un élément de renforcement. Une telle structure à renforcer peut comprendre du béton et/ou du mortier et/ou une matrice polymérique avec des fibres. Préférablement, une structure peut correspondre à toute structure comprenant du béton coulé.
L’abréviation «phr» peut désigner des parties en poids pour cent parties de composition. Par exemple, 1 phr d’initiateur dans la composition signifie que 1 kg d’initiateur est ajouté à 100 kg de composition.
L’abréviation «ppm» peut désigner des parties en poids pour un million de parties de composition. Par exemple, 1 000 ppm d’un composé dans la composition signifie que 0,1 kg du composé est présent dans 100 kg de la composition.
Dans la description suivante, «rayon de cintrage» peut faire référence au niveau de courbure d’un élément de renforcement. Le rayon de cintrage peut être le rayon du cercle appelé Cercle osculateur. Le cercle osculateur peut être le cercle qui « s’ajuste à une courbe le mieux possible ». En d’autres termes, le rayon de cintrage est la valeur absolue de la tangente du rayon du cercle à la courbe (cercle osculateur) et dont le diamètre est perpendiculaire à ladite tangente.
Le terme «environ», tel qu’utilisé dans la description, peut permettre un degré de variabilité dans une valeur ou une gamme, par exemple à 10 %, à 5 %, ou à 1 % d’une valeur indiquée ou d’une limite indiquée d’une plage.
Comme mentionné, les barres d’armature actuelles ne peuvent pas assurer la continuité de forces dans les structures à renforcer. En effet, leur encombrement dans la structure ou pendant leur assemblage est significative. Elles ont également un assemblage difficile entre elles ou avec la structure à renforcer, réduisant le renforcement de la structure. La résistance est alors inhomogène.
De plus, certains types de barres d’armature présentent des propriétés mécaniques réduites par la présence d’un revêtement, d’une fissure de cintrage ou même d’une fissure des fibres de renforcement.
Les barres d’armature sont également difficiles à transporter et à stocker et requièrent des coûts et délais de production significatifs.
Enfin, à l’heure actuelle, les barres de renforcement ne sont pas conçues pour améliorer leur recyclabilité, ou même celle de la structure, ou même pour permettre la réduction de la consommation de CO2.
Il existe un besoin pour un nouveau moyen pour renforcer des structures à renforcer qui soit compact, moins massif, adapté à diverses formes, qui présente de bonnes propriétés mécaniques et/ou chimiques avec une résistance uniforme tout en permettant un assemblage aisé à la structure à renforcer ou entre les barres d’armature. Il existe également un besoin pour un nouveau moyen de renforcement permettant un transport aisé vers des sites de construction ou aisément stockable. Enfin, il est toujours avantageux qu’il soit capable d’améliorer les coûts et délais de production dans le domaine de l’industrie. De plus, il est également pertinent que ce nouveau procédé soit plus respectueux de l’environnement.
Les barres d’armature actuelles ne permettent pas d’atteindre ces objectifs, soit parce qu’elles sont faites d’acier inoxydable, ce qui augmente les coûts, soit parce qu’elles sont faites d’un acier comportant un revêtement comme un revêtement d’époxy qui se fissure au cintrage, soit parce qu’elles sont difficiles à assembler, transporter et stocker car elles sont faites d’un polymère thermodurcissable et ainsi cassantes au cintrage, difficiles à mettre en œuvre et pas très adaptables.
Un nouveau composite thermoplastique a été développé.
Selon unpremier aspect, l’invention concerne un composite thermoplastique 1.
Préférablement, le nouveau composite thermoplastique convient pour renforcer une structure, plus préférablement il est destiné au renforcement d’une structure et encore plus préférablement le nouveau composite thermoplastique est pour renforcer une structure.
La structure est préférablement une structure en construction qui nécessite un renforcement. Il peut s’agir de n’importe quelle structure en béton, mortier ou autre matériau de construction. Une structure à renforcer peut présenter une quelconque forme ou taille.
Le composite thermoplastique peut être un élément de renforcement, un matériau de construction, un crochet, un maillon multiple, un étrier, un ancrage, un pieu, un fixateur, un chaînage, un collecteur, un coupleur, un connecteur, une fiche, un raboutage, un raccord, un support, un cadre, une entretoise, un espaceur, une cage, une barre en T, une barre en I, une barre de raboutage, une barre de tranche, une barre longitudinale, une barre transversale, une barre de continuité, un panneau, une tige, une barre d'armature et/ou une feuille et préférablement une barre d’armature. Selon un mode de réalisation, le composite thermoplastique peut comprendre plusieurs feuilles.
En particulier, comme illustré dans la ,un composite thermoplastique1 comprend au moins une partie droite 10 et au moins une partie cintrée 11.
Le composite thermoplastique peut comprendre une matrice (généralement une matrice polymérique comportant un polymère thermoplastique) et des fibres (sous forme de substrat fibreux). De tels composites thermoplastiques sont souvent produits par un processus de pultrusion et la matrice provient d’une composition thermoplastique.
Selon l’invention, le composite thermoplastique 1 comprend une matrice thermoplastique et un renforcement de fibres.
Comme expliqué, le composite thermoplastique est généralement solide à température ambiante, peut être cristallin, semi-cristallin ou amorphe, et ramollit lors d’une hausse de température, en particulier après avoir dépassé sa température de transition vitreuse (Tg), et est fluide à une température plus élevée, et/ou peut présenter une fusion limpide lors du dépassement de sa température dite de fusion (Tf) (lorsqu’il est semi-cristallin), et redevient solide lorsque la température chute en dessous de son point de fusion et en dessous de sa température de transition vitreuse. Avantageusement, ceci rend possible le transport du thermoplastique composite de manière aisée et facilite son stockage.
Selonun premier mode de réalisation A, la matrice thermoplastique peut comprendre un polymère thermoplastique de la famille des polyamide, polyurée, polyacrylique, poly(aryléthercétones), polyimides, polyétherimides aromatiques, polysulfures, polysulfones, polyoléfines, acide polylactique, polyvinyle, alcool polyvinylique, fluoropolymères, styrènes, cellulosiques, polyester et/ou polycarbonates.
Préférablement, les polymères thermoplastiques qui sont incorporés dans la composition thermoplastique pour la matrice thermoplastique peuvent être choisis dans la famille des polyamide, polyurée, polyacrylique, poly(aryléthercétones), polyimides, polyétherimides aromatiques, polysulfures, polysulfones, polyoléfines, acide polylactique, polyvinyle, alcool polyvinylique, fluoropolymères, styrènes, cellulosiques, polyester et/ou polycarbonates.
Plus préférablement, les polymères thermoplastiques qui sont incorporés dans la composition thermoplastique pour la matrice thermoplastique peuvent être choisis dans la famille des polymères et copolymères de polyamides (PA) aliphatiques ou cycloaliphatiques ou de PA semi-aromatiques (également appelés polyphtalamides (PPA)), polyamide amorphe, polyamide (nylon), poly(éther-bloc-amides) (PEBA), polyurées, polyurées aromatiques, polyacrylates, et plus particulièrement le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) ou ses dérivés, les poly(aryléthercétones) (PAEK) tels que poly(étheréthercétone) (PEEK), ou les poly(aryléthercétonecétones) (PAEKK) tels que poly(éthercétonecétone) (PEKK) ou ses dérivés, les polyétherimides aromatiques (PEI), les poly(sulfures d’aryle), notamment les poly(sulfure de phénylène) (PPS), les polyarylsulfones, notamment les poly(sulfone de phénylène) (PPSU), les polyoléfines, notamment le polypropylène (PP), poly(acide lactique) (PLA), le poly(alcool vinylique) (PVA), les fluoropolymères, notamment le poly(fluorure de vinylidène) (PVDF) ou le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE), le polystyrène, l'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS), le polyéthylène, le poly(téréphtalate d’éthylène) (PET), le polyéthylène, le poly(téréphtalate d’éthylène) glycolisé (PET-G), le polycarbonate, le polyvinyle, le poly(acétate de vinyle), les poly(chlorure de vinyle) (PVC), le poly(chlorure de vinylidène), le polyuréthane, les polyacétals, le poly(téréphtalate de butylène) (PBT), le poly(sulfure de phényle) et/ou des mélanges correspondants.
Avantageusement, les polymères thermoplastiques constituant la matrice thermoplastique peuvent être des prépolymères et/ou des polymères choisis dans la famille des polyamides (PA), notamment choisis parmi les polyamides aliphatiques, les polyamides cycloaliphatiques, et les polyamides semi-aromatiques (polyphtalamides) éventuellement modifiés par des motifs urée, et leurs copolymères, le poly(méthacrylate de méthyle) (PPMA) et ses copolymères, les polyétherimides (PEI), le poly(sulfure de phénylène) (PPS), le poly(sulfone de phénylène) (PPSU), le poly(fluorure de vinylidène) (PVDF), le poly(éthercétonecétone) (PEKK), le poly(étheréthercétone) (PEEK), les polymères fluorés tels que le poly(fluorure de vinylidène) (PVDF).
Un composite thermoplastique peut comprendre 60 % ou moins en volume d’une matrice polymérique comprenant un polymère thermoplastique, préférablement un polymère thermoplastique choisi parmi un polyamide, un polypropylène, un polyéther, un poly(méth)acrylique et/ou un polyester. Un composite thermoplastique peut comprendre préférablement 55 % ou moins en volume d’une matrice polymérique et plus préférablement 50 % ou moins en volume d’une matrice polymérique. Un composite thermoplastique peut comprendre 30 % ou plus en volume d’une matrice polymérique, préférablement 35 % ou plus en volume d’une matrice polymérique et plus préférablement 40 % ou plus en volume d'une matrice polymérique. Selon un mode de réalisation, le composite thermoplastique peut comprendre entre 30 % et 60 % en volume d’une matrice polymérique, préférablement entre 35 % et 55 % en volume d’une matrice polymérique et plus préférablement entre 40 % et 50 % en volume d’une matrice polymérique.
Le composite thermoplastique peut comprendre au moins 40 % en volume de fibres, préférablement au moins 45 % en volume de fibres et plus préférablement au moins 50 % en volume de fibres. Selon un mode de réalisation, le composite thermoplastique peut comprendre au plus 70 % en volume de fibres, préférablement au plus 65 % en volume de fibres et plus préférablement au plus 60 % en volume de fibres. Selon un mode de réalisation, le composite thermoplastique peut comprendre entre 40 % et 70 % en volume de fibres, préférablement entre 45 % et 65 % en volume de fibres et plus préférablement entre 50 et 60 % en volume de fibres.
Un composite thermoplastique peut comprendre de 30 % à 60 % en volume d’une matrice polymérique et de 40 % à 70 % en volume de fibres.
Selonun deuxième mode de réalisation B, la matrice thermoplastique peut comprendre un polymère thermoplastique de la famille des polymère acrylique et préférablement d’un polymère (méth)acrylique et encore plus préférablement d’un poly(méthacrylate de méthyle).
Le composite thermoplastique peut comprendre au moins 50 % en volume de fibres, préférablement au moins 55 % en volume de fibres et plus préférablement au moins 60 % en volume de fibres et encore plus préférablement au moins 65 % en volume. Selon un mode de réalisation, le composite thermoplastique peut comprendre au plus 80 % en volume de fibres, préférablement au plus 75 % en volume de fibres et plus préférablement au plus 70 % en volume de fibres. Selon un mode de réalisation, le composite thermoplastique peut comprendre entre 50 % et 80 % en volume de fibres, préférablement entre 55 % et 75 % en volume de fibres et plus préférablement entre 60 et 70 % en volume de fibres et encore plus préférablement entre 65 % et 70 % en volume de fibres.
Un composite thermoplastique peut comprendre 50 % ou moins en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques, préférablement 45 % ou moins en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques et plus préférablement 40 % ou moins en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques et encore plus préférablement 35 % ou moins en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques. Un composite thermoplastique peut comprendre 20 % ou plus en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques, préférablement 25 % ou plus en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques et plus préférablement 30 % ou plus en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques. Selon un mode de réalisation, le composite thermoplastique peut comprendre entre 20 % et 50 % en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques, préférablement entre 25 % et 45 % en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques et plus préférablement entre 30 % et 40 % en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques et encore plus préférablement entre 35 % et 40 % en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques.
Un composite thermoplastique peut comprendre de 20 % à 50 % en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques et de 50 % à 80 % en volume de fibres.
Un composite thermoplastique peut comprendre 35 % ou moins en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques, et au moins 65 % en volume de fibres.
Selon le premier et/ou le deuxième mode de réalisation,les fibrespeuvent être constituées de plusieurs fibres, de stratifils unidirectionnels ou d’un mat de filaments continus, de tissus, de feutres ou de non-tissés qui peuvent prendre la forme de bandes, nappes, tresses, mèches ou pièces. Le matériau fibreux du composite peut avoir diverses formes et dimensions, à savoir être unidimensionnel, bidimensionnel ou tridimensionnel.
La forme unidimensionnelle correspond à des fibres longues linéaires. Les fibres peuvent être discontinues ou continues. Les fibres peuvent être agencées aléatoirement ou parallèlement les unes aux autres, sous la forme d’un filament continu. Une fibre est définie par son rapport d’aspect, qui est le rapport entre la longueur et le diamètre de la fibre. Préférablement, les fibres utilisées dans la présente invention sont des fibres longues ou des fibres continues. Les fibres peuvent présenter un rapport d’aspect d’au moins 1000, préférablement d’au moins 1500, plus préférablement d’au moins 2000, avantageusement d’au moins 3000 et plus avantageusement d’au moins 5000, encore plus avantageusement d’au moins 6000, encore même plus avantageusement d’au moins 7500 et de manière la plus avantageuse d’au moins 10 000.
La forme bidimensionnelle correspond à des mats ou renforcements fibreux non tissés ou tissés, ou à des faisceaux de fibres, qui peuvent également être tressés. Même si la forme bidimensionnelle a une certaine épaisseur et, par conséquent, en principe une troisième dimension, elle est considérée comme étant bidimensionnelle selon la présente invention.
La forme tridimensionnelle correspond par exemple à des mats ou renforcements fibreux non tissés ou à des faisceaux de fibres empilés ou cintrés ou à des mélanges de ceux-ci, un assemblage de la forme bidimensionnelle dans la troisième dimension.
Les origines du matériau fibreux peuvent être naturelles ou synthétiques. Comme matériau naturel, on peut mentionner les fibres végétales, les fibres de bois, les fibres animales ou les fibres minérales.
Les fibres naturelles sont par exemple le sisal, le jute, le chanvre, le lin, le coton, les fibres de noix de coco et les fibres de banane. Les fibres animales sont, par exemple, la laine ou les poils.
Comme matériau synthétique, on peut mentionner les fibres polymères choisies parmi les fibres de polymères thermodurcissables, de polymères thermoplastiques, de polyamide (aliphatique ou aromatique), de polyester, d’alcool polyvinylique, de polyoléfines, de polyuréthanes, de poly(chlorure de vinyle), de polyéthylène, d’acrylique, de polyesters insaturés, de résines époxy et d’esters vinyliques et/ou les fibres de carbone, ou les mélanges de celles-ci.
Les fibres minérales peuvent également être choisies parmi les fibres de verre, en particulier de type E, R ou S2, les fibres de bore, les fibres de basalte ou les fibres de silice.
Le substrat fibreux de la présente invention peut être choisi parmi les fibres végétales, les fibres de bois, les fibres animales, les fibres minérales, les fibres polymères synthétiques, les fibres de verre et les fibres de carbone, et leurs mélanges.
Préférablement, le substrat fibreux est choisi parmi les fibres minérales. Plus préférablement, le substrat fibreux est choisi parmi les fibres de verre ou les fibres de carbone.
Les fibres du substrat fibreux peuvent avoir un diamètre compris entre 0,005 µm et 100 µm, préférablement entre 1 µm et 50 µm, plus préférablement entre 5 µm et 30 µm et avantageusement entre 10 µm et 25 µm.
Préférablement, les fibres du substrat fibreux de la présente invention sont choisies parmi les fibres continues (ce qui signifie que le rapport d'aspect ne s’applique pas forcément comme pour les fibres longues) pour la forme unidimensionnelle, ou parmi les fibres longues ou continues pour la forme bi- ou tridimensionnelle du substrat fibreux.
Selon le deuxième mode de réalisation, le composite thermoplastique peut comprendreune matrice thermoplastique. Préférablement, la matrice thermoplastique peut comprendre une composition thermoplastique. Plus préférablement, la matrice thermoplastique provient d’une composition thermoplastique.
La composition thermoplastiquepeut être une résine thermoplastique ou un précurseur de résine thermoplastique. La composition thermoplastique peut comprendre au moins 50 % en poids de monomères du polymère thermoplastique. La composition thermoplastique peut comprendre un polymère et un monomère.
Préférablement, le monomère du composite thermoplastique est choisi parmi les monomères alkylacryliques, les monomères alkylméthacryliques, les monomères hydroxyalkylacryliques et les monomères hydroxyalkylméthacryliques et les mélanges de ceux-ci.
Préférablement, le polymère du composite thermoplastique est choisi parmi tous les types de composés, polymères, oligomères, copolymères ou copolymères à blocs, acryliques et méthacryliques. Cependant, on ne s’écarterait pas de la portée de l’invention si la matrice de polymère (méth)acrylique comprenait jusqu’à 10 % en poids, préférablement moins de 5 % en poids d’autres monomères non acryliques, choisis par exemple dans le groupe suivant : butadiène, isoprène, styrène, styrène substitué tel que α-méthylstyrène ou tert-butylstyrène, cyclosiloxanes, vinylnaphtalènes et vinylpyridines.
La composition thermoplastique selon l’invention peut comprendre entre 10 % en poids et 50 % en poids d’un polymère (méth)acrylique (PI) et entre 50 % en poids et 90 % en poids d’un monomère (méth)acrylique (MI). Préférablement, la composition thermoplastique comprend entre 10 % en poids et 40 % en poids d’un polymère (méth)acrylique (PI) et entre 60 % en poids et 90 % en poids d’un monomère (méth)acrylique (MI) et plus préférablement entre 10 % en poids et 30 % en poids d’un polymère (méth)acrylique (PI) et entre 70 % en poids et 90 % en poids d’un monomère (méth)acrylique (MI).
La viscosité dynamique de la composition thermoplastique se situe dans une gamme de 10 mPa*s à 10 000 mPa*s, de préférence de 20 mPa*s à 7000 mPa*s, et avantageusement de 20 mPa*s à 5000 mPa*s et plus avantageusement de 20 mPa*s à 2000 mPa*s et encore plus avantageusement entre 20 mPa*s et 1000 mPa*s. La viscosité de la composition thermoplastique peut être facilement mesurée à l’aide d’un rhéomètre ou d’un viscosimètre. La viscosité dynamique est mesurée à 25 °C. Si la composition thermoplastique a un comportement newtonien, ce qui signifie qu’elle ne présente pas de fluidification par cisaillement, la viscosité dynamique est indépendante du cisaillement dans un rhéomètre ou de la vitesse du mobile dans un viscosimètre. Si la composition thermoplastique possède un comportement non newtonien, ce qui signifie qu’elle présente une fluidification par cisaillement, la viscosité dynamique est mesurée à une vitesse de cisaillement de 1 s-1à 25 °C. En ce qui concerne une composition thermoplastique de l’invention, elle comprend un monomère (méth)acrylique (MI) et un polymère (méth)acrylique (PI). Une fois polymérisé, le monomère (méth)acrylique (MI) est transformé en un polymère (méth)acrylique (P2) comprenant les motifs monomères du monomère (méth)acrylique (MI) et d’autres monomères possibles.
Préférablement, la viscosité dynamique de la composition (méth)acrylique MCI se situe également dans une gamme de 10 mPa*s à 10 000 mPa*s, préférablement de 20 mPa*s à 7000 mPa*s, et avantageusement de 20 mPa*s à 5000 mPa*s et plus avantageusement de 20 mPa*s à 2000 mPa*s et encore plus avantageusement entre 20 mPa*s et 1000 mPa*s.
En ce qui concerne le polymère (méth)acrylique (PI), on peut mentionner les poly(méthacrylates d’alkyle) ou les poly(acrylates d’alkyle). Selon un mode de réalisation préféré, le polymère (méth)acrylique (PI) est le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA).
Selon un mode de réalisation, l’homopolymère ou le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend au moins 70 %, préférablement au moins 80 %, avantageusement au moins 90 % et plus avantageusement au moins 95 % en poids de méthacrylate de méthyle.
Selon un autre mode de réalisation, le PMMA est un mélange d’au moins un homopolymère et d’au moins un copolymère de MMA, ou un mélange d’au moins deux homopolymères ou deux copolymères de MMA présentant un poids moléculaire moyen différent, ou un mélange d’au moins deux copolymères de MMA présentant une composition de monomères différente.
Le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend 70 % à 99,9 % en poids de méthacrylate de méthyle et 0,1 % à 30 % en poids d’au moins un monomère contenant au moins une insaturation éthylénique qui peut copolymériser avec le méthacrylate de méthyle.
Ces monomères sont bien connus et mention peut être faite notamment des acides acryliques et méthacryliques et des (méth)acrylates d’alkyle dans lesquels le groupe alkyle contient 1 à 12 atomes de carbone. Comme exemples, on peut mentionner l’acrylate de méthyle et le (méth)acrylate d’éthyle, de butyle ou de 2-éthylhexyle. Préférablement, le comonomère est un acrylate d’alkyle dans lequel le groupe alkyle contient 1 à 4 atomes de carbone.
Selon un premier mode de réalisation préféré, le copolymère de méthacrylate de méthyle (MMA) comprend 80 % à 99,9 %, avantageusement 90 % à 99,9 % et plus avantageusement 90 % à 99,9 % en poids de méthacrylate de méthyle et 0,1 % à 20 %, avantageusement 0,1 % à 10 % et plus avantageusement 0,1 % à 10 % en poids d’au moins un monomère contenant au moins une insaturation éthylénique qui peut copolymériser avec le méthacrylate de méthyle. Préférablement, le comonomère est choisi parmi l’acrylate de méthyle et l’acrylate d’éthyle et les mélanges de ceux-ci.
La masse moléculaire moyenne en poids du polymère (méth)acrylique (PI) doit être élevée, ce qui signifie supérieure à 50.000 g/mole et préférablement supérieure à 100.000 g/mole. La masse moléculaire moyenne en poids peut être mesurée par chromatographie par exclusion stérique (CES).
Le polymère (méth)acrylique (PI) est complètement soluble dans le monomère (méth)acrylique (MI) ou dans le mélange de monomères (méth)acryliques. Cela permet d’augmenter la viscosité du monomère (méth)acrylique (MI) ou du mélange de monomères (méth)acryliques. La solution obtenue est une composition liquide généralement appelée « sirop » ou « prépolymère ». La valeur de la viscosité dynamique du sirop (méth)acrylique liquide est comprise entre 10 mPa.s et 10.000 mPa.s. La viscosité du sirop peut facilement être mesurée à l'aide d’un rhéomètre ou d’un viscosimètre. La viscosité dynamique est mesurée à 25 °C.
Avantageusement, la composition ou le sirop (méth)acrylique liquide ne contient aucun solvant supplémentaire volontairement ajouté.
En ce qui concerne le monomère (méth)acrylique (MI), le monomère est choisi parmi les monomères alkylacryliques, les monomères alkylméthacryliques, les monomères hydroxyalkylacryliques et les monomères hydroxyalkylméthacryliques et les mélanges de ceux-ci.
Préférablement, le monomère (méth)acrylique (MI) est choisi parmi les monomères hydroxyalkylacryliques, les monomères hydroxyalkylméthacryliques, les monomères alkylacryliques, les monomères alkylméthacryliques et les mélanges de ceux-ci, le groupe alkyle contenant 1 à 22 atomes de carbone linéaires, ramifiés ou cycliques ; le groupe alkyle contenant préférablement 1 à 12 atomes de carbone linéaires, ramifiés ou cycliques.
Plus préférablement, le monomère (méth)acrylique (MI) est choisi parmi les monomères alkylacryliques ou les monomères alkylméthacryliques et les mélanges de ceux-ci, le groupe alkyle contenant 1 à 22 atomes de carbone linéaires, ramifiés ou cycliques ; le groupe alkyle contenant préférablement 1 à 12 atomes de carbone linéaires, ramifiés ou cycliques.
Avantageusement, le monomère (méth)acrylique (MI) est choisi parmi le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate d’éthyle, l’acrylate de méthyle, l’acrylate d’éthyle, l’acide méthacrylique, l’acide acrylique, l’acrylate de n-butyle, l’acrylate d’isobutyle, le méthacrylate de n-butyle, le méthacrylate d’isobutyle, l’acrylate de cyclohexyle, le méthacrylate de cyclohexyle, l’acrylate d’isobornyle, le méthacrylate d’isobornyle, l’acrylate d’hydroxyéthyle et le méthacrylate d’hydroxyéthyle et les mélanges de ceux-ci.
Plus avantageusement, le monomère (méth)acrylique (MI) est choisi parmi le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate d’éthyle, l’acrylate de méthyle, l’acrylate d’éthyle, l’acide méthacrylique, l’acide acrylique, l’acrylate de n-butyle, l’acrylate d’isobutyle, le méthacrylate de n-butyle, le méthacrylate d’isobutyle, l’acrylate de cyclohexyle, le méthacrylate de cyclohexyle, l’acrylate d’isobornyle, le méthacrylate d’isobornyle et les mélanges de ceux-ci.
Selon un mode de réalisation préféré, au moins 50 % en poids et préférablement au moins 60 % en poids du monomère (méth)acrylique (MI) est du méthacrylate de méthyle.
Selon un premier mode de réalisation plus préféré, au moins 50 % en poids, préférablement au moins 60 % en poids, plus préférablement au moins 70 % en poids, avantageusement au moins 80 % en poids et encore plus avantageusement 90 % en poids du monomère (MI) sont un mélange de méthacrylate de méthyle avec éventuellement au moins un autre monomère (M2).
En ce qui concerne l’au moins un autre monomère, c’est un monomère (méth)acrylique (M2). Le monomère (M2) est multifonctionnel. Préférablement, le monomère (méth)acrylique (M2) est choisi parmi un composé comprenant au moins deux fonctions (méth)acryliques. Le monomère (méth)acrylique (M2) peut également être choisi parmi les mélanges d’au moins deux composés (M2a) et (M2b) comprenant chacun respectivement au moins deux fonctions (méth)acryliques.
Le monomère (méth)acrylique (M2) peut être choisi parmi le diméthacrylate de 1,3-butylèneglycol ; le diméthacrylate de 1,4-butanediol ; le diacrylate de 1,6-hexanediol ; le diméthacrylate de 1,6-hexanediol ; le diméthacrylate de diéthylèneglycol ; le diacrylate de dipropylèneglycol ; le diacrylate de bisphénol A éthoxylé (10) ; le diméthacrylate de bisphénol A éthoxylé (2) ; le diacrylate de bisphénol A éthoxylé (3) ; le diméthacrylate de bisphénol A éthoxylé (3) ; le diacrylate de bisphénol A éthoxylé (4) ; le diméthacrylate de bisphénol A éthoxylé (4) ; le diméthacrylate de bisphénol A éthoxylé ; le diméthacrylate de bisphénol éthoxylé (10) ; le diméthacrylate d’éthylèneglycol ; le diacrylate de polyéthylèneglycol (200) ; le diacrylate de polyéthylèneglycol (400) ; le diméthacrylate de polyéthylèneglycol (400) ; le diméthacrylate de polyéthylèneglycol (400) ; le diacrylate de polyéthylèneglycol (600) ; le diméthacrylate de polyéthylèneglycol (600) ; le diacrylate de polyéthylèneglycol 400 ; le diacrylate de néopentylglycol propoxylé (2) ; le diacrylate de tétraéthylèneglycol ; le diméthacrylate de tétraéthylèneglycol ; le diacrylate de tricyclodécanediméthanol ; le diméthacrylate de tricyclodécanediméthanol ; le diacrylate de triéthylèneglycol ; le diméthacrylate de triéthylèneglycol ; le diacrylate de tripropylèneglycol ; le triacrylate de triméthylolpropane éthoxylé (15) ; le triacrylate de triméthylolpropane éthoxylé (3) ; le triacrylate de triméthylolpropane éthoxylé (6) ; le triacrylate de triméthylolpropane éthoxylé (9) ; le triacrylate de pentaérythritol éthoxylé 5 ; le triacrylate de triméthylolpropane éthoxylé (20) ; le triacrylate de glycéryle propoxylé (3) ; le triacrylate de triméthylolpropane ; le triacrylate de glycéryle propoxylé (5,5) ; le triacrylate de pentaérythritol ; le triacrylate de glycéryle propoxylé (3) ; le triacrylate de triméthylolpropane propoxylé (3) ; le triacrylate de triméthylolpropane ; le triméthacrylate de triméthylolpropane ; le triacrylate d’isocyanurate de tris(2-hydroxyéthyle) ; le tétraacrylate de ditriméthylolpropane ; le pentaacrylate de dipentaérythritol ; le tétraacrylate de pentaérythritol éthoxylé (4) ; le tétraacrylate de pentaérythritol ; l’hexaacrylate de dipentaérythritol ; le diacrylate de 1,10-décanediol ; le diacrylate de 1,3-butylèneglycol ; le diacrylate de 1,4-butanediol ; le diacrylate de 1,9-nonanediol ; l’acrylate de 2-(2-vinyloxyéthoxy)éthyle ; le diacrylate de 2-butyl-2-éthyl-1,3-propanediol ; le diacrylate de 2-méthyl-1,3-propanediol ; l’éthoxyacrylate de 2-méthyl-1,3-propanediyle ; le diacrylate de 3-méthyl-1,5-pentanediol ; le diacrylate de cyclohexanediméthanol alcoxylé ; le diacrylate d’hexanediol alcoxylé ; le diacrylate de cyclohexanediméthanol ; le diacrylate de cyclohexanediméthanol éthoxylé ; le diacrylate de diéthylèneglycol ; le diacrylate de dioxaneglycol ; l’hexaacrylate de dipentaérythritol éthoxylé ; le triacrylate de glycérol éthoxylé ; le diacrylate de néopentylglycol éthoxylé ; le diacrylate d’hydroxypivalate d’hydroxypivalyle ; le diacrylate de néopentylglycol ; le diacrylate de poly(tétraméthylèneglycol) ; le diacrylate de polypropylèneglycol 400 ; le diacrylate de polypropylèneglycol 700 ; le diacrylate de bisphénol A éthoxylé propoxylé (6) ; le diacrylate d’éthylèneglycol propoxylé ; le tétraacrylate de pentaérythritol propoxylé (5) ; et le triacrylate de triméthylolpropane propoxylé.
Préférablement, le monomère (méth)acrylique (M2) est choisi parmi le diméthacrylate d’éthylèneglycol, le diacrylate de néopentylglycol, le diméthacrylate de néopentylglycol, le diméthacrylate de 1,4-butanediol, le diacrylate de 1,4-butanediol, le diacrylate de 1,3-butylèneglycol, le diméthacrylate de 1,3-butylèneglycol, le diméthacrylate de triéthylèneglycol et le diacrylate de triéthylèneglycol, ou les mélanges de ceux-ci.
Le monomère (méth)acrylique (M2) peut être présent dans la composition (méth)acrylique MCI entre 0,01 et 10 phr en poids, préférablement est présent entre 0,1 et 9,5 phr pour 100 parties d’un sirop (méth)acrylique liquide, plus préférablement entre 0,1 et 9 phr, encore plus préférablement entre 0,1 et 8,5 phr et avantageusement entre 0,1 et 8 phr.
Dans un premier mode de réalisation préféré, le monomère (méth)acrylique (M2) est présent dans la composition (méth)acrylique MCI entre 0,01 et 9 phr et est choisi parmi les composés comprenant deux fonctions (méth)acryliques.
Dans un deuxième mode de réalisation préféré, le monomère (méth)acrylique (M2) est présent dans la composition (méth)acrylique MCI entre 0,01 et 9 phr et est choisi parmi les mélanges de composés comprenant deux fonctions (méth)acryliques.
Dans un troisième mode de réalisation préféré, le monomère (méth)acrylique (M2) est présent dans la composition (méth)acrylique MCI entre 0,01 et 9 phr et est choisi parmi les mélanges de composés comprenant au moins deux fonctions (méth)acryliques.
Dans un quatrième mode de réalisation préféré, le monomère (méth)acrylique (M2) est présent dans la composition (méth)acrylique MCI entre 0,01 et 9 phr et est choisi parmi les mélanges de composés comprenant au moins deux fonctions (méth)acryliques. Au moins un composé du mélange comprend seulement deux fonctions (méth)acryliques et représente au moins 50 % en poids du mélange de monomère méthacrylique (M2), préférablement au moins 60 % en poids. L’autre composé du mélange comprend plus de deux fonctions (méth)acryliques.
Selon un autre mode de réalisation, la composition thermoplastique peut être unprécurseur de résine thermoplastique.
Un précurseur ou un initiateur (Ini) pourra démarrer la polymérisation des monomères (méth)acryliques (MI) et (M2) et il est choisi parmi les initiateurs radicalaires.
Préférablement, l’initiateur (Ini) est activé par la chaleur.
Les initiateurs radicalaires (Ini) peuvent être choisis parmi les composés comprenant un groupe peroxy ou les composés comprenant un groupe azo et préférablement parmi les composés comprenant un groupe peroxy.
Préférablement, le composé comprenant un groupe peroxy comprend de 2 à 30 atomes de carbone.
Préférablement, le composé comprenant un groupe peroxy est choisi parmi des peroxydes de diacyle, des peroxyesters, des peroxydicarbonates, des peroxydes de dialkyle, des peroxyacétals, un hydroperoxyde ou un peroxycétal.
L’initiateur (Ini) est choisi parmi le peroxyde de diisobutyryle, le peroxynéodécanoate de cumyle, le peroxydicarbonate de di(3-méthoxybutyle), le peroxynéodécanoate de 1,1,1,3-tétraméthylbutyle, le peroxynéoheptanoate de cumyle, le peroxydicarbonate de di-n-propyle, le peroxynéodécanoate de tert-amyle, le peroxydicarbonate de di-sec-butyle, le peroxydicarbonate de diisopropyle, le peroxydicarbonate de di(4-tert-butylcyclohexyle), le peroxydicarbonate de di(2-éthylhexyle), le peroxynéodécanoate de tert-amyle, le peroxynéodécanoate de tert-butyle, le peroxydicarbonate de di-n-butyle, le peroxydicarbonate de dicétyle, le peroxydicarbonate de dimyristyle, le peroxypivalate de 1,1,1,3-tétraméthylbutyle, le peroxynéoheptanoate de tert-butyle, le peroxypivalate de tert-amyle, le peroxypivalate de tert-butyle, le peroxyde de di(3,5,5-triméthylhexanoyle), le peroxyde de dilauroyle, le peroxyde de didécanoyle, le 2,5-diméthyl-2,5-di(2-éthylhexanoylperoxy)hexane, le peroxy-2-éthylhexanoate de 1,1,1,3-tétraméthylbutyle, le peroxy-2-éthylhexanoate de tert-amyle, le peroxyde de dibenzoyle, le peroxy-2-éthylhexanoate de tert-butyle, le peroxydiéthylacétate de tert-butyle, le peroxyisobutyrate de tert-butyle, le 1,1-di(tert-butylperoxy)-3,3,5-triméthylcyclohexane, le 1,1-di(tert-amylperoxy)cyclohexane, le 1,1-di(tert-butylperoxy)cyclohexane, le peroxy-2-éthylhexylcarbonate de tert-amyle, le peroxyacétate de tert-amyle, le peroxy-3,5,5-triméthylhexanoate de tert-butyle, le 2,2-di(tert-butylperoxy)butane, le peroxyisopropylcarbonate de tert-butyle, le peroxy-2-éthylhexylcarbonate de tert-butyle, le peroxybenzoate de tert-amyle, le peroxyacétate de tert-butyle, le 4-di(tert-butylperoxy)valérate de butyle, le peroxybenzoate de tert-butyle, le peroxyde de di-tert-amyle, le peroxyde de dicumyle, le di(2-tert-butylperoxyisopropyl)benzène, le 2,5-diméthyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane, le peroxyde de tert-butyle et de cumyle, le 2,5-diméthyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexyne-3, le peroxyde de di-tert-butyle, le 3,6,9-triéthyl-3,6,9-triméthyl-1,4,7-triperoxonane, le 2,2’-azobisisobutyronitrile (AIBN), le 2,2’-azodi(2-méthylbutyronitrile), l’azobisisobutyramide, le 2,2’-azobis(2,4-diméthylvaléronitrile), le 1,1’-azodi(hexahydrobenzonitrile) ou l’acide 4,4’-azobis(4-cyanopentanoïque).
Préférablement, l’initiateur (Ini) est choisi parmi le peroxynéodécanoate de cumyle, le peroxydicarbonate de di(3-méthoxybutyle), le peroxynéodécanoate de 1,1,3,3-tétraméthylbutyle, le peroxynéoheptanoate de cumyle, le peroxydicarbonate de di-n-propyle, le peroxynéodécanoate de tert-amyle, le peroxydicarbonate de di-sec-butyle, le peroxydicarbonate de diisopropyle, le peroxydicarbonate de di(4-tert-butylcyclohexyle), le peroxydicarbonate de di(2-éthylhexyle), le peroxynéodécanoate de tert-amyle, le peroxynéodécanoate de tert-butyle, le peroxydicarbonate de di-n-butyle, le peroxydicarbonate de dicétyle, le peroxydicarbonate de dimyristyle, le peroxypivalate de 1,1,3,3-tétraméthylbutyle, le peroxynéoheptanoate de tert-butyle, le peroxypivalate de tert-amyle, le peroxypivalate de tert-butyle, le peroxyde de di(3,5,5-triméthylhexanoyle), le peroxyde de dilauroyle, le peroxyde de didécanoyle, le 2,5-diméthyl-2,5-di(2-éthylhexanoylperoxy)hexane ou le peroxy-2-éthylhexanoate de 1,1,3,3-tétraméthylbutyle.
La composition thermoplastique peut comprendre entre 0,1 phr et 5 phr d’un initiateur (Ini) pour démarrer la polymérisation du monomère (méth)acrylique (MI) et du comonomère (méth)acrylique (M2).
Un tel thermoplastique composite peut être cintré ou peut être moulé lorsqu’il est chauffé à une certaine température et retourne à un état plus rigide lors du refroidissement et répété plusieurs fois. De plus, grâce à leurs propriétés thermoplastiques, il devient facile de transporter ou même de stocker ces composites thermoplastiques. Une fois sur site, ils peuvent êtres façonnés à nouveau pour être adaptés à la structure à renforcer ou à l’assemblage des composites thermoplastiques entre eux sans limitation de formes. Par conséquent, le composite thermoplastique permet de s’adapter à diverses formes et à des formes complexes qu’une structure à renforcer peut avoir ou même à différentes formes d’assemblage des composites thermoplastiques les uns avec les autres.
De retour à la , le composite thermoplastique 1 peut comprendreau moins une partie droite 10. La partie droite 10 peut avoir un axe longitudinal L. La partie droite 10 peut avoir une paroi inférieure 111 et une paroi supérieure, préférablement selon l’axe longitudinal L. La partie droite 10 peut avoir une section circulaire dotée d’un diamètre externe d. Préférablement, le diamètre externe peut être compris entre 4 mm et 40 mm, préférablement entre 6 mm et 35 mm et plus préférablement entre 8 mm et 30 mm.
Préférablement, plus le diamètre externe d est petit, plus il est possible de réduire la masse de recouvrement (béton, par exemple) et éviter l’encombrement de structure ou de composite thermoplastique entre eux. Ainsi, il est possible qu’une structure comprenne plus de barres d’armature et moins de béton et par conséquent possède un volume de béton plus bas.
Avantageusement, l’au moins une partie droite 10 n’est pas limitée par sa longueur.
Le composite thermoplastique 1 peut comprendreau moins une partie cintrée 11.
Préférablement, l’au moins une partie cintrée 11 peut avoir une section circulaire. Par circulaire, on entend toute forme rappelant un cercle. L’au moins une partie cintrée 11 peut avoir un diamètre externe. Le diamètre externe de l’au moins une partie cintrée 11 est substantiellement équivalent au diamètre externe d de l’au moins une partie droite 10 et peut être compris entre 4 mm et 40 mm. Les termes « sensiblement équivalent » peuvent désigner une valeur qui diffère de 10 %, préférablement de 5 %, par rapport au diamètre externe. On notera qu’une variation du diamètre externe de l’au moins une partie cintrée peut être un signe de qualité. En effet, en fait, lorsque l’au moins une partie cintrée du composite thermoplastique est cintrée, le diamètre externe de l’au moins une partie cintrée augmente, ce qui reflète la présence de continuité de fibres. Si le diamètre varie de moins de 5 %, alors ceci peut refléter la rupture de fibres.
L’au moins une partie cintrée 11 peut être cintrée selon l’axe longitudinal L et peut avoir une paroi supérieure et une paroi inférieure 112.
Avantageusement, l’au moins une partie cintrée 11 n’est pas limitée par sa longueur.
Le composite thermoplastique 1 peut avoir au moins un rayon de cintrage r.
Le rayon de cintrage r peut être défini comme le rayon du cercle osculateur C de l’au moins une partie cintrée 11. Préférablement, le rayon de cintrage r correspond à la courbure de la partie cintrée 11.
Le rayon de cintrage r peut être calculé selon la formule r = d*f dans laquelle r est le rayon de cintrage (mm), d est le diamètre externe (mm) et f est le facteur.
Le rayon de cintrage r est préférablement au plus un facteur f égal à 5 par rapport au diamètre externe d de l’au moins une partie droite 10. Préférablement, le rayon de cintrage r est au plus un facteur f égal à 4 par rapport au diamètre externe d de l’au moins une partie droite 10 et plus préférablement au plus un facteur f égal à 3 par rapport au diamètre externe d de l’au moins une partie droite 10.
Le rayon de cintrage r est préférablement au moins un facteur f égal à 2 par rapport au diamètre externe d de l’au moins une partie droite 10.
Le rayon de cintrage r peut être un facteur compris entre 2 et 5 par rapport au diamètre externe d de l’au moins une partie droite 10. Préférablement, le rayon de cintrage r peut être un facteur f compris entre 2 et 4 par rapport au diamètre externe d de l’au moins une partie droite 10 et plus préférablement le rayon de cintrage r peut être un facteur f compris entre 2 et 3 par rapport au diamètre externe d de l’au moins une partie droite 10.
Le rayon de cintrage r peut être mesuré par des procédés connus des hommes du métier (géométrique ou production).
Le rayon de cintrage r peut être compris entre 8 mm et 200 mm, préférablement entre 12 mm et 175 mm et plus préférablement entre 16 mm et 150 mm.
Selon un mode de réalisation avec plusieurs rayons de cintrage (plusieurs signifiant au moins deux), les rayons de cintrage peuvent être égaux ou différents les uns des autres.
Un tel facteur f de rayon de cintrage r permet de réduire l’encombrement dans les structures à renforcer. Avantageusement, un tel facteur f rend le composite thermoplastique 1 plus facile à assembler. Le composite thermoplastique 1 prend moins d’espace à l’intérieur de la structure. De plus, grâce à un rayon de cintrage r plus petit, ceci permet une meilleure continuité de forces et par conséquent une meilleure distribution. Par conséquent, le composite thermoplastique 1 permet de s’adapter à diverses formes et à des formes complexes qu’une structure à renforcer peut avoir ou même à différentes formes d’assemblage des composites thermoplastiques 1 les uns avec les autres.
Avantageusement, plus le rayon de cintrage r est petit, plus la flexibilité du matériau (composite thermoplastique) est grande ; en d’autres termes, plus le rayon de courbure est petit, plus la courbure est grande.
Le composite thermoplastique 1 peut avoir au moins un angle de cintrage α.
Le composite thermoplastique 1 est cintré selon un quelconque angle de cintrage α défini souhaité (en fonction du facteur f du rayon de cintrage r) autour de l’axe longitudinal L du composite thermoplastique 1. Préférablement, l’angle de cintrage α est défini selon l’axe longitudinale L du composite thermoplastique 1, plus préférablement selon l’axe longitudinal L de l’au moins une partie droite 10 du composite thermoplastique 1.
L’angle de cintrage α peut être compris entre 0° et 360°, 0 exclu. Préférablement, l’angle de cintrage α peut être compris entre 20° et 300°, plus préférablement entre 45° et 270°.
Selon un mode de réalisation, l’angle de cintrage α peut être compris entre 0° et n* 360°, 0 exclu et n plus grand que 1. En effet, l’angle de cintrage α peut être un multiple de 360°. Par exemple, l’angle de cintrage α peut être déterminé sur la base de la longueur de la barre d’armature.
Le multiple est limité par la longueur du composite thermoplastique 1, et sans être lié à la théorie, le composite thermoplastique 1 n’est pas limité par sa longueur.
Selon un mode de réalisation avec plusieurs angles de cintrage α (plusieurs signifiant au moins deux), les angles de cintrage α peuvent être égaux ou différents les uns des autres.
Une telle au moins une partie cintrée 11 permet de varier la conformation possible différente du composite thermoplastique 1. De plus, elle garantit une résistance homogène à l’intérieur des structures ou entre les composites thermoplastiques 1.
Ainsi, un composite thermoplastique 1 peut avoir différentes formes et dimensions. Par exemple, le composite thermoplastique 1 peut avoir une forme en V, U, J, O et/ou L. Ces formes sont illustratives et ne limitent pas l’invention. En effet, dans un mode de réalisation, le composite thermoplastique 1 peut comprendre au moins deux parties droites 10 et une partie cintrée 11, ou au moins deux parties droites 10 et au moins deux parties cintrées 11. Ainsi, un composite thermoplastique 1 peut avoir différentes formes telles que S, Z, M et/ou N. De plus, chaque partie cintrée 11 peut avoir son propre rayon de cintrage r et/ou facteur f, son propre angle de cintrage α, et/ou sa propre dimension ou les parties cintrées peuvent être identiques.
Par exemple, comme illustré dans les figures 2, un composite thermoplastique 1 peut avoir différentes formes afin d’être sous la forme d’un ancrage , d’un cadre , d’un étrier ou même d’une broche .
De plus, cet agencement des parties à l’intérieur du composite thermoplastique 1 n’est pas limité.
Par exemple, une partie cintrée 11 peut être entre deux parties droites 10. Une partie droite 10 peut être entre deux parties cintrées 11. Deux parties cintrées 11 peuvent être continues.
De plus, au moins une partie droite 10 et au moins une partie cintrée 11 peuvent être continues l’une avec l’autre.
Préférablement, l’au moins une partie droite 10 et l’au moins une partie cintrée 11 sont de la même matrice thermoplastique.
Un tel composite thermoplastique 1 présente une résistance mécanique améliorée même au niveau de sa courbure. La flexibilité est améliorée, et les fibres du composite thermoplastique 1, en particulier pour l’au moins une partie cintrée 11, ne présentent pas de flambements ou de fissures et présentent une résistance homogène. De plus, un tel composite thermoplastique 1 ne présente pas de dégradation de sa surface. En outre, un tel composite thermoplastique 1 peut être aisément cintré, et sur demande, à proximité du site. Ceci permet de faciliter le transport et le stockage. Avantageusement, un composite thermoplastique 1 satisfait les exigences de la construction et présente des propriétés mécaniques similaires à celles d’une barre d’armature en acier disponible dans le commerce. Le composite thermoplastique 1 est moins coûteux qu’une barre d’armature en acier inoxydable et plus flexible qu’une barre d’armature en époxy et qu’une barre d’armature thermodurcissable. Le composite thermoplastique 1 est également résistant à la corrosion. Enfin, un avantage important du composite thermoplastique 1 réside dans ses propriétés mécaniques. Un tel composite thermoplastique 1 permet de développer les mêmes caractéristiques mécaniques dans les différents bétons et/ou mortiers et/ou matériaux de construction. Ainsi, un tel composite thermoplastique 1 est approprié pour toute structure à renforcer. Grâce au composite thermoplastique 1, un rayon de cintrage r plus petit peut être obtenu, ce qui permet d’améliorer la continuité de forces à l’intérieur d’une structure, pour faciliter l’agencement dans une structure ou entre les composites thermoplastiques 1 et pour réduire l’encombrement à l’intérieur des structures. Ainsi, la structure entière peut être renforcée même si elle a des formes complexes.
Tableau 1 : Propriétés suivant la norme ASTM D7957 : 2020 (thermoplastique selon l’invention, préférablement selon le deuxième mode de réalisation de l’invention B versus un ester de vinyle thermodurcissable VE)
| Propriété pour la norme ASTM D7957 | Critères d’acceptation | Thermoplastique B | VE |
| Section cintrée | 60 % de la valeur minimale | Oui | Oui |
| Section cintrée | 6x le diamètre de la barre d’armature | Oui | Oui |
| Section cintrée | 5x le diamètre de la barre d’armature | Oui | Oui |
| Rayon cintré | 3x le diamètre de la barre d’armature | Oui | Non |
De plus, en ce qui concerne la barre d’armature en acier (SR), la section cintrée peut présenter un facteur f compris entre 3 et 6 sauf pour une barre d’armature revêtue par un époxy qui comprend pour des sections cintrées selon un facteur de 5 ou moins des fissures et/ou ruptures. VE ne peut pas être cintré d’un facteur f de moins de 5 contrairement au composite thermoplastique selon l’invention qui supporte, sans dommages, une section d’un facteur compris entre 3 et 6 et préférablement entre 2 et 6.
Tableau 2 : Propriétés suivant la norme ASTM D7957 : 2020 (thermoplastique selon l’invention, préférablement selon le deuxième mode de réalisation de l’invention B versus un ester de vinyle thermodurcissable VE)
| Propriété pour la norme ASTM D7957 | Critères d’acceptation | Thermoplastique B | VE |
| Transition vitreuse (DSC) | Point milieu 100 °C | Oui | Oui |
| Degré de durcissement (DSC) | 95 % | Oui | Oui |
| Surface de section transversale | - | Oui | Oui |
| Force de traction | En fonction du diamètre 744 MPa pour 13 mm | Oui | Oui |
| Module de traction | 44,8 GPa | Oui | Oui |
| Contrainte de traction | > 1,1 % | Oui | Oui |
| Résistance au cisaillement transversal | 131 MPa | Oui | Oui |
| Résistance de liaison au béton | 7,7 MPa | Oui | Oui |
| Absorption d’humidité | 1 % à 50 °C ; < 0.25 % en 24 h à 50 °C | Oui | Oui |
| Résistance alcaline | 80 % de force de traction après 90 jours/60 °C/pH = 14 | Oui | Oui |
| Fibre | 70 % en masse | oui | oui |
De plus, les mêmes caractéristiques peuvent être trouvées pour un SR sauf pour la DSC, mais pour la section de section transversale, le module de traction, la contrainte de traction, la résistance au cisaillement transversal et la liaison au béton. Ainsi, le composite thermoplastique selon l’invention possède les mêmes qualités que VE ou SR. Le composite thermoplastique selon l’invention permet de suivre les exigences de la norme ASTM D7957. Cependant, le SR ne comprend pas de fibres qui permettent d’améliorer les propriétés mécaniques et chimiques en particulier à la section cintrée.
Tableau 3 : Propriétés mécaniques et/ou chimiques pour un composite thermoplastique selon l’invention comprenant des fibres.
| Composite thermoplastique comportant des fibres de verre | Résistance (MPa) | Module (GPa) |
| Traction 0° | 1000 | 52 |
| Résistance au cisaillement transversal | 180 | |
| Transition vitreuse (Tg) | 103 °C | |
| Absorption d’humidité (%) | 0,2 % | |
| Fraction de fibres (% en volume) | 82 % en volume | |
| Résistance alcaline (%) | 86 % |
Le composite thermoplastique présente les mêmes propriétés mécaniques qu’une barre d’armature thermodurcissable. Le composite thermoplastique permet de satisfaire aux différentes normes internationales. Le composite thermoplastique peut être cintré et ne répond pas à cet obstacle dans l’application généralisée de FRP. En outre, il est possible de cintrer un composite thermoplastique selon l’invention avec un rayon de cintrage qui correspond à 3 fois le diamètre, préférablement le diamètre externe. Le composite thermoplastique comprend un volume de fibres amélioré pour une rigidité supérieure.
Selon un autre mode de réalisation, la présente invention concerne unestructure à renforcercomprenant au moins un composite thermoplastique. Préférablement, un composite thermoplastique selon l’invention.
La structure peut comprendre autant de composite thermoplastique que nécessaire. Par exemple, en fonction de la taille, de la forme et/ou de l’emplacement de la structure à renforcer. Aussi, une structure à renforcer n’est pas limitée dans sa forme, sa taille ou son emplacement.
La structure peut être une structure dans des applications relevant du secteur de l’automobile, des transports, nautique, ferroviaire, aéronautique, aérospatiale, photovoltaïque, de la construction et du bâtiment, du renforcement de béton, de la maçonnerie, du génie civil et/ou de l’énergie éolienne.
Selon un autre aspect, la présente invention concernel’utilisation d’un composite thermoplastique, préférablement d’un composite thermoplastique selon l’invention.
Un composite thermoplastique, préférablement un composite thermoplastique selon l’invention, peut être utilisé dans différents domaines. Préférablement, le composite thermoplastique peut être utilisé dans des applications relevant du secteur de l’automobile, des transports, nautique, ferroviaire, aéronautique, aérospatiale, photovoltaïque, de la construction et du bâtiment, du renforcement de béton, de la maçonnerie, du génie civil et/ou de l’énergie éolienne.
Plus précisément, un composite thermoplastique, préférablement selon l’invention, peut être utilisé en tant qu’élément de renforcement, matériau de construction, crochet, maillon multiple, étrier, ancrage, pieu, fixateur, chaînage, collecteur, coupleur, connecteur, fiche, raboutage, raccord, support, cadre, entretoise, espaceur, cage, barre en T, barre en I, barre de raboutage, barre de tranche, barre longitudinale, barre transversale, barre de continuité, panneau, tige, barre d'armature et/ou feuille.
Selon un autre aspect, la présente invention concerneun procédé pour la production d’un composite thermoplastique, préférablement d’un composite thermoplastique selon l’invention.
Comme illustré dans la , le procédé 100 peut comprendre une étape de fourniture du composite thermoplastique 110, une étape de chauffage 120, une étape de création de l’au moins une partie cintrée 130, une étape de refroidissement 140.
Comme illustré dans la , le procédé selon l’invention comprendune étape de fourniture 110 d’un composite thermoplastique, préférablement d’un composite thermoplastique selon l’invention.
Préférablement, le composite thermoplastique est obtenu par un processus de pultrusion. Les procédés de pultrusion peuvent consister à étirer un faisceau de fibres à travers une filière de pultrusion permettant de mouiller les fibres, à les imprégner en les faisant passer à travers un bain de résine ou dans une boîte d’injection, à polymériser la résine et à refroidir le faisceau imprégné pour former un profilé composite à la sortie de ladite filière.
Le procédé de pultrusion permet d’obtenir des profilés de section constante avec de bonnes propriétés mécaniques. Le composite thermoplastique est formé lorsqu’il quitte la filière de pultrusion. Pendant la filière de pultrusion, le diamètre et préférablement le diamètre externe sont déterminés.
Ainsi, l’étape de fourniture 110 d’un composite thermoplastique peut comprendre une étape d’alimentation, préférablement par un dispositif d’alimentation de fibres, de la filière de pultrusion. L’étape d’alimentation en fibres permet de fournir des fibres dans une direction d’un chemin de pultrusion. Préférablement, les fibres sont telles que divulguées ci-dessus.
L’étape de fourniture 110 d’un composite thermoplastique peut comprendre une étape de mouillage de fibres. L’étape est préférablement mise en œuvre par un dispositif d’imprégnation. L’étape de mouillage permet d’imprégner les fibres avec la composition thermoplastique, c’est-à-dire de faire pénétrer la composition thermoplastique dans les fibres. L’étape de mouillage des fibres peut comprendre le passage des fibres à travers une composition thermoplastique, préférablement comme divulgué ci-dessus. Par exemple, les fibres sont guidées à travers un bain ou une chambre d’injection comprenant la composition thermoplastique.
Le procédé 100 selon l’invention peut comprendreune étape 120 de chauffage.Préférablement, l’étape de chauffage est mise en œuvre par un dispositif de chauffage. L’étape de chauffage permet de déclencher et d’initier la polymérisation de la composition thermoplastique qui a imprégné les fibres pour former un composite thermoplastique chauffé. L’étape de chauffage peut être mise en œuvre à une température donnée et/ou pendant une durée donnée.
Le chauffage permet également d’augmenter l’espace entre les molécules, ce qui permet d’augmenter la flexibilité du composite thermoplastique afin de faciliter l’étape suivante de création d’au moins une partie cintrée. Comme expliqué, un composite thermoplastique possède la spécificité d’être généralement solide à température ambiante et de ramollir pendant une hausse de température, en particulier après avoir dépassé sa température de transition vitreuse (Tg) ou la température de fusion (Tf), et de redevenir solide lorsque la température chute en dessous de son point de fusion et en dessous de sa température de transition vitreuse. Grâce à l’étape de chauffage, la polymérisation a lieu, ce qui augmente la pression partielle et garantit une plus grande fluidité et une plus grande flexibilité ; ainsi, le composite thermoplastique chauffé sera plus déformable. Les fibres contribuent à cette déformation.
Par exemple, la Tg peut être inférieure à 130 °C, préférablement inférieure à 120 °C et plus préférablement inférieure à 110 °C. Les transitions vitreuses (Tg) des polymères peuvent être déterminées par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) selon les normes 11357-2: 2013.
L’étape de chauffage peut comprendre un chauffage par convection, par conduction, par IR (infrarouge) (comprenant le NIR et le MIR (proche et moyen infrarouge)), par micro-ondes, par UV (ultraviolets) et/ou par induction.
Selon un mode de réalisation de l’étape de chauffage 120, la polymérisation peut avoir lieu à une température généralement inférieure à 150 °C, préférablement inférieure à 140 °C et encore plus préférablement inférieure à 130 °C, préférablement selon le mode de réalisation B.
Selon un mode de réalisation de l’étape de chauffage, la polymérisation peut avoir lieu à une température d’au moins 30 °C, préférablement d’au moins 40 °C et plus préférablement d’au moins 50 °C, et encore plus préférablement entre 80 °C et 140 °C, préférablement selon le mode de réalisation B.
Préférablement, la polymérisation peut avoir lieu à une température entre 30 °C et 150 °C, préférablement entre 40 °C et 140 °C, encore plus préférablement entre 50 °C et 130 °C.
Avantageusement, l’étape de chauffage peut être mise en œuvre de façon continue ou non.
L’étape de chauffage et la polymérisation permettent de passer d’une composition thermoplastique qui a imprégné les fibres et qui est liquide à un composite thermoplastique comportant préférablement au moins une partie droite possédant une section circulaire dotée d’un diamètre externe.
Préférablement, l’étape de chauffage permet de chauffer au moins une partie du composite thermoplastique. Une partie peut correspondre à une partie du composite thermoplastique entier qui est chauffé. Selon un mode de réalisation, plusieurs parties peuvent être chauffées, simultanément ou plusieurs parties peuvent être chauffées à différents moments, par exemple alors que le composite thermoplastique avance.
Le procédé selon l’invention comprendune étape de création 130 d’au moins une partie cintrée. Préférablement, l’étape de création de l’au moins une partie cintrée est créée dans la partie chauffée par cintrage de la partie chauffée selon un rayon de cintrage et/ou un angle de cintrage. Les valeurs du rayon de cintrage et de l’angle de cintrage sont préférablement les mêmes que celles divulguées ci-dessus. Une étape de création d’au moins une partie cintrée peut être mise en œuvre par un dispositif de cintrage.
Le composite thermoplastique est préférablement linéaire selon un axe longitudinal et l’étape de création d’un cintrage permet de cintrer la partie chauffée. La partie cintrée créée peut être un coude, une courbe, une forme complexe, ou une combinaison de tous les éléments précédents. Préférablement, les paramètres du dispositif de cintrage sont ajustés pour obtenir un rayon de cintrage et/ou un angle de cintrage prédéfinis.
L’étape de création d’une courbure peut se faire par cintrage simple, flexion par compression, cintrage et/ou torsion. Préférablement, l’étape de création d’une courbure comprend une torsion.
Le procédé selon l'invention peut comprendre uneétape de refroidissement 140. L'étape de refroidissement peut être mise en œuvre par un dispositif de refroidissement. De plus, l’étape de refroidissement peut être mise en œuvre à une température de refroidissement donnée et/ou sur une durée de refroidissement donnée.
Selon un mode de réalisation, la température de refroidissement et/ou la durée de refroidissement peuvent être choisies en fonction de la température de transition vitreuse (Tg) et/ou de la température de fusion du composite thermoplastique chauffé. Préférablement, l’étape de refroidissement se déroule à une température de refroidissement inférieure à une température de transition vitreuse du composite thermoplastique chauffé.
Par exemple, la température de refroidissement peut être inférieure ou égale à 150 °C, préférablement inférieure ou égale à 130 °C, plus préférablement inférieure ou égale à 110 °C et encore plus préférablement inférieure ou égale à 100 °C. La température de refroidissement peut être supérieure ou égale à 50 °C, préférablement supérieure ou égale à 60 °C, plus préférablement supérieure ou égale à 70 °C, encore plus préférablement supérieure ou égale à 80 °C. La température de refroidissement peut se situer entre 50 °C et 150 °C, préférablement entre 60 °C et 130 °C, plus préférablement entre 70 °C et 130 °C, encore plus préférablement entre 80 °C et 110 °C.
L’étape de refroidissement permet de produire un composite thermoplastique comprenant au moins une partie droite et au moins une partie cintrée.
Selon un mode de réalisation préféré, l’étape de refroidissement peut se dérouler en même temps que l’étape de création. Selon un autre mode de réalisation, l’étape de refroidissement peut se dérouler après l’étape de création.
Le procédé selon l’invention peut comprendre d’autres étapes éventuelles, telles qu’un revêtement, un cintrage, un chauffage, un refroidissement, une découpe, un soudage, un collage et/ou une stratification. L’étape éventuelle peut être mise en œuvre en fonction du composite thermoplastique à produire. L’étape éventuelle peut aussi améliorer les qualités et/ou les propriétés du composite thermoplastique.
Avantageusement, le composite thermoplastique selon l’invention satisfait toutes les exigences de la norme « Spécifications pour barres de polymère renforcé de fibres de verre arrondies pleines pour le renforcement du béton ».
L’invention peut être sujette à de nombreuses variantes et applications autres que celles décrites ci-dessus. En particulier, sauf indication contraire, les différentes caractéristiques structurales et fonctionnelles de chacune des mises en œuvre décrites ci-dessus ne doivent pas être considérées comme combinées et/ou liées étroitement et/ou inextricablement les unes aux autres, mais au contraire comme de simples juxtapositions. De plus, les caractéristiques structurales et/ou fonctionnelles des divers modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être soumises en tout ou en partie à une quelconque juxtaposition différente ou à une quelconque combinaison différente.
Claims (14)
- Composite thermoplastique (1) comprenant :
- au moins une partie droite (10) possédant une section circulaire dotée d’un diamètre externe (d) et d’un axe longitudinal (L),
- au moins une partie cintrée (11),
- au moins un rayon de cintrage (r), de l’au moins une partie cintrée (11), le rayon de cintrage (r) étant au plus un facteur f égal à 5 par rapport au diamètre externe (d) de l’au moins une partie droite (10), et
- une matrice thermoplastique et un renforcement de fibres.
- Composite thermoplastique (1) selon la revendication 1, dans lequel la matrice thermoplastique comprend un polymère thermoplastique de la famille des polyamide, polyurée, polyacrylique, poly(aryléthercétones), polyimides, polyétherimides aromatiques, polysulfures, polysulfones, polyoléfines, acide polylactique, polyvinyle, alcool polyvinylique, fluoropolymères, styrènes, cellulosiques, polyester et/ou polycarbonates.
- Composite thermoplastique (1) selon la revendication 1, dans lequel la matrice thermoplastique comprend un polymère (méth)acrylique.
- Composite thermoplastique (1) selon la revendication 3, dans lequel le composite thermoplastique (1) comprend au plus 35 % en volume d’une matrice thermoplastique comprenant un polymère (méth)acrylique et au moins 65 % en volume de fibres.
- Composite thermoplastique (1) selon la revendication 3, dans lequel le composite thermoplastique (1) comprend de 20 % à 50 % en volume d’une matrice polymérique comprenant des polymères (méth)acryliques et de 50 % à 80 % en volume de fibres.
- Composite thermoplastique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un rayon de cintrage (r) est au moins un facteur f égal à 2 par rapport au diamètre externe (d) de l’au moins une partie droite (10).
- Composite thermoplastique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre externe (d) de l’au moins une partie droite (10) du composite thermoplastique (1) est compris entre 4 mm et 40 mm.
- Composite thermoplastique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un rayon de cintrage (r) est compris entre 8 mm et 200 mm selon la formule r = d*f dans laquelle r est le rayon de cintrage (mm), d est le diamètre externe (mm) et f est le facteur, f étant compris entre 2 et 5 par rapport au diamètre externe (d) de l’au moins une partie droite (10).
- Composite thermoplastique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composite thermoplastique (1) comprend au moins un angle de cintrage (α), l’angle de cintrage (α) étant défini selon l’axe longitudinal (L) du composite thermoplastique (1), l’angle de cintrage (α) étant compris entre 0° et 360°, 0 exclu.
- Composite thermoplastique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins une partie droite (10) et l’au moins une partie cintrée (11) sont de la même matrice thermoplastique.
- Structure à renforcer comprenant au moins un composite thermoplastique (1) selon les revendications 1 à 10.
- Utilisation d’un composite thermoplastique (1) selon les revendications 1 à 10 dans des applications relevant du secteur de l’automobile, des transports, nautique, ferroviaire, aéronautique, aérospatiale, photovoltaïque, de la construction et du bâtiment, du renforcement de béton, de la maçonnerie, du génie civil et/ou de l’énergie éolienne.
- Utilisation d’un composite thermoplastique (1) selon les revendications 1 à 10 en tant qu’élément de renforcement, matériau de construction, crochet, maillon multiple, étrier, ancrage, pieu, fixateur, chaînage, collecteur, coupleur, connecteur, fiche, raboutage, raccord, support, cadre, entretoise, espaceur, cage, barre en T, barre en I, barre de raboutage, barre de tranche, barre longitudinale, barre transversale, barre de continuité, panneau, tige, barre d'armature et/ou feuille.
- Procédé (100) pour la production d’un composite thermoplastique (1) comprenant au moins une partie droite (10) possédant une section circulaire dotée d’un diamètre externe (d) et d’un axe longitudinal (L), et au moins une partie cintrée (11), le procédé comprenant :
- une étape de fourniture (110) du composite thermoplastique (1) comportant au moins une partie droite (10) possédant une section circulaire dotée d’un diamètre externe (d), ledit composite thermoplastique (1) comprenant une matrice thermoplastique et un renforcement de fibres,
- une étape de chauffage (120) d’une partie du composite thermoplastique (1), préférablement par chauffage par conduction, par convection, radial et/ou volumétrique,
- une étape de création (130) d’au moins une partie cintrée (11) dans la partie chauffée par cintrage de la partie chauffée selon un rayon de cintrage (r), le rayon de cintrage (r) étant au plus un facteur f égal à 5 par rapport au diamètre externe (d) de l’au moins une partie droite (10) du composite thermoplastique (1),
- une étape de refroidissement (140) de l’au moins une partie cintrée (11) pour former un composite thermoplastique (1) comprenant au moins une partie droite (10) et au moins une partie cintrée (11).
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