FR2967087A1 - Ameliorations de materiaux composites - Google Patents

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Abstract

Un matériau de pré-imprégné ou de semi-imprégné durcissable comprenant une couche de fibres et une résine durcissable pratiquement non fluide présentant une couche de matériau de feuille poreux sur une surface externe, le matériau permet l'empilage automatique de préimprégnés ou de semi-imprégnés à teneur élevée en fibres, typiquement utilisés dans des applications industrielles, telles que des pales de turbines d'éoliennes.

Description

AMELIORATIONS DE MATÉRIAUX COMPOSITES
Domaine technique La présente invention concerne des matériaux composites, particulièrement des pré-imprégnés et des semi-imprégnés durcissables, particulièrement ceux qui sont utilisés dans des applications industrielles, particulièrement dans des applications d'énergie éolienne, telles que des pales de turbines d'éoliennes. L'invention concerne en particulier la fourniture de pré-imprégnés et de semi-imprégnés de masse superficielle de fibres élevée qui peuvent être traités dans des machines de traitement automatiques et qui n'exigent pas un empilage manuel lorsqu'ils sont moulés et durcis. L'invention concerne de plus Lin procédé de production de tels pré-imprégnés et semi-imprégnés durcissables et les procédés pour la fabrication d'articles à partir de ceux-ci et les articles produits, particulièrement des articles présentant une haute charge de fibres.
Arrière-plan Les matériaux composites présentent des avantages bien documentés par rapport aux matériaux de construction traditionnels, particulièrement pour fournir d'excellentes propriétés mécaniques à de très faibles densités de matière. Il en résulte que l'utilisation de tels matériaux s'étend de plus en plus et que leurs domaines d'application vont du domaine °industriel" et "sports et loisirs" aux constituants aérospatiaux de performance élevée. Les résines durcies renforcées de fibres sont des exemples de tels matériaux avec la nature et le type de la fibre, la quantité de fibres et la nature de la résine choisis selon l'application. Les applications industrielles exigeant une résistance élevée peuvent exiger des charges de fibres élevées qui peuvent rendre le traitement dans des machines de traitement automatiques difficile, si pas impossible. Lés pré-imprégnés comprenant une disposition de fibres imprégnées avec une résine, telle qu'une résine époxy, sont largement utilisés dans la production de tels matériaux composites. De nombreuses couches de tels pré-imprégnés sont typiquement "empilées" dans un moule comme souhaité et la pile résultante de pré-imprégnés est durcie, typiquement par exposition à des températures élevées, pour produire un stratifié composite durci. Les procédés automatisés sont disponibles pour l'empilement et le durcissement de tels pré-imprégnés. Un type particulier de pré-imprégné est le semi-imprégné ainsi appelé, lequel implique que la disposition de fibres est uniquement partiellement imprégnée avec de la résine, laissant une portion de la disposition de fibres dans un état "sec". Les semi-imprégnés peuvent fournir des porosites plus faibles dans le matériau composite durci final puisque les régions sèches permettent la présence d'une trajectoire pour que l'air piégé s'échappe du stratifié. Ceci est particulièrement important dans des applications d'énergie éolienne, dans lesquelles les restrictions de coût indiquent en général que le moulage et le durcissement ont lieu dans un autoclave et à de faibles pressions. Dans des machines d'empilage automatisées typiques qui empilent des pré-imprégnés ou des semi-imprégnés, les pré-imprégnés ou les semi-imprégnés sont automatiquement introduits à une position où ils sont placés dans une pile et condensés par l'application de chaleur et de pression. Afin que la pile soit formée de manière adéquate dans des conditions de traitement automatique, il est important que les pré- imprégnés ou semi-imprégnés ne collent pas à l'équipement d'alimentation et ne forment pas de dépôts de débris fibreux sur l'équipement d'alimentation. Les pré-imprégnés ou semi-imprégnés doivent simultanément contenir suffisamment de résine pour permettre l'imprégnation des fibres pendant le durcissement et foumir également suffisamment de fibres pour obtenir la résistance exigée dans l'article durci fini. Ceci était jusqu'ici en général difficile et particulièrement difficile dans le traitement de semi-imprégnés et de pré-imprégnés à teneur élevée en fibres, exigés pour la production de matériaux industriels de résistance élevée, tels que des structures de turbines d'éoliennes, telles que des pales et des longerons pour celles-ci. Une disposition classique de semi-imprégnés consiste à présenter une couche de résine durcissable en contact avec une ou deux couches adjacentes de fibres qui restent essentiellement sèches avec uniquement très peu de résine migrant dans les fibres adjacentes. De tels semi-imprégnés sont particulièrement utilisés comme couches pour former une partie de larges structures supportant une charge, par exemple de longerons pour des pales de turbines d'éoliennes. Une autre disposition classique consiste en ce que la résine durcissable est en contact avec une couche adjacente de fibres essentiellement sèches et une autre couche adjacente de fibres imprégnées de résine. II était nécessaire pour des charges de fibres élevées dans un traitement industriel d'empiler les couches à la main. Une disposition classique de fibres est tissée, biaxiale, ou triaxiale, tel qu'un chevauchement et une interaction des fibrès qui permet de conserver l'intégrité du semi-imprégné. Il est classique dans des applications d'énergie éolienne que les couches de fibres soient lourdes, telles que de 600 g/m2 ou typiquement de 600 g/m2 à 1 500 g/m2. De tels semi-imprégnés sont cependant typiquement empilés à la main puisqu'ils sont difficiles à traiter dans des types connus d'appareils d'empilage automatisés. Ceci est dû au fait qu'un tel équipement est basé sur le fait qu'il doit y avoir un degré d'adhérence entre les couches dans la pile de sorte que le matériau traité peut être déposé et colle sur la surface inférieure. Les semi-imprégnés sont secs sur leur extérieur et ne semblent pas pouvoir être empilés de manière automatisée par des procédés connus puisqu'ils manquent de la surface collante nécessaire. De plus, si les pré-imprégnés ou les semi-imprégnés sont utilisés avec une adhérence de surface suffisante, ils peuvent coller à et former des dépôts sur l'équipement de traitement automatique. De plus, de tels semi-imprégnés, particulièrement les variantes de masse élevée (celles avec une teneur élevée en fibres) utilisées dans des applications industrielles, telles que des structures de turbines d'éoliennes, ont tendance à produire un duvet excessif provenant de fibres cassées qui peut s'accumuler dans tout appareil automatisé et occasionner des problèmes de traitement et des défauts dans le produit final. Ceci est particulièrement le cas avec des dispositions de fibres tissées ou se chevauchant d'une autre manière. Il serait par conséquent hautement souhaitable de développer un procédé d'empilage automatique d'un semi-imprégné, particulièrement les variantes de masse élevée utilisées dans des applications industrielles, telles que des structures d'énergie éolienne.35 Résumé de l'invention La présente invention fournit par conséquent une structure ou un stratifié approprié pour un empilage automatique comprenant une couche de noyau comprenant une couche de renforcement fibreuse et une résine durcissable, ladite couche étant fournie sur au moins une surface avec une couche exteme pratiquement exempte de résine durcissable (c'est-à-dire pratiquement non imprégnée de résine). La couche de renforcement fibreuse est fournie dans un mode de réalisation préféré sur les deux surfaces avec une couche pratiquement 10 exempte de matériau durcissable. Le terme "approprié pour un empilage automatique" indique que la structure ou le stratifié est un produit intermédiaire qui peut ensuite être traité dans un équipement automatique pour la production d'articles renforcés de fibres. Les structures ou les stratifiés sont particulièrement 15 appropriés pour un empilage automatique des structures ou du stratifié et pour le durcissement de la pile afin de produire l'article renforcé de fibres souhaité. L'invention concerne par conséquent la production d'une structure ou d'un stratifié qui évite les problèmes associés à un traitement automatique de structures de résines fibreuses, particulièrement de pré- 20 imprégnés et de semi-imprégnés présentant une charge de fibres élevée. La structure ou le stratifié peut être coupé en sections des dimensions souhaitées pour un empilage automatique et être ensuite automatiquement empilé et durci. Dans un aspect préféré de l'invention, la couche externe ou les 25 couches externes qui sont essentiellement exemptes de la résine durcissable sont des couches poreuses et dans un mode de réalisation particulièrement préféré ce sont des couches fibreuses qui peuvent être tissées ou non tissées. Dans un autre aspect préféré de l'invention, les fibres dans la 30 couche de renforcement fibreuse de la structure ou du stratifié de cette invention sont unidirectionnelles bien que l'invention puisse être utilisée avec d'autres orientations de fibres. Dans un premier aspect, l'invention concerne un matériau de semi-imprégné durcissable comprenant une couche de résine durcissable 35 pratiquement non fluide et une couche de fibres unidirectionnelles pratiquement non imprégnées de résine, le semi-imprégné présentant une couche de matériau de feuille poreux sur une surface externe. Un tel semi-imprégné peut être empilé avec succès automatiquement en utilisant des procédés et un appareil d'empilage automatisés connus utilisés pour des pré-imprégnés. On préfère l'utilisation de fibres unidirectionnelles puisqu'elle a moins tendance à produire un duvet. Puisque les fibres ne se chevauchent pas, la présence de la couche externe qui est de préférence une couche poreuse a l'avantage supplémentaire qu'elle aide à maintenir l'orientation des fibres et l'intégrité du serai-imprégné. De plus, bien que sec sur sa surface exteme, lorsqu'il est introduit dans l'appareil d'empilage automatisé, on a réalisé qu'une fois que le semi-imprégné passe sur la tête de l'appareil d'empilage automatisé, l'application de chaleur peut être utilisée pour faire en sorte que la résine devienne fluide et migre à travers une ou les deux couches de surface externe et introduit par-là l'adhérence nécessaire au moment de l'empilage du semi-imprégné pour permettre un traitement automatique. Le terme "pratiquement non fluide" indique que la résine reste pratiquement en position à température ambiante et ne migre pas significativement dans les fibres adjacentes. Le terme "pratiquement non imprégné de résine" indique que les fibres à l'exception de celles en contact direct avec la couche de résine sont essentiellement exemptes de résine avec une très faible imprégnation de résine.
On trouvera pratiquement typiquement dans la couche de renforcement fibreuse un degré d'imprégnation de résine bien que l'on préfère que les fibres non imprégnées de résine soient en contact avec la couche externe qui est de préférence un matériau de feuille poreux. Dans un second aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un matériau de semi-imprégné ou de pré-imprégné durcissable, le procédé comprenant l'étape de préparation d'une feuille d'un matériau poreux présentant des fibres, de préférence des fibres unidirectionnelles, déposées sur son dessus et de fourniture d'une couche de résine durcissable pratiquement non fluide avec le matériau poreux étant sur une surface externe, et de compression des couches ensemble pour former le semi-imprégné durcissable. Dans le pré-imprégné ou le semi-imprégné durcissable, le matériau poreux reste pratiquement non imprégné de résine après l'opération de compression. Les fibres, de préférence les fibres unidirectionnelles, peuvent former une couche continue, comprenant plusieurs fibres en profondeur et recouvrant pratiquement la totalité de la couche externe, tel qu'un matériau poreux. Cependant, dans une disposition préférée, les fibres unidirectionnelles sont disposées par exemple sur le matériau poreux comme plusieurs bandes longitudinales séparées les unes des autres par un espace discret.
L'invention concerne ainsi dans un troisième aspect une feuille de matériau poreux présentant plusieurs bandes de fibres unidirectionnelles disposées sur son dessus. Les fibres unidirectionnelles sont typiquement fournies comme un faisceau de plusieurs milliers de fibres et peuvent être enroulés en une voie sur une bobine pour le côté pratique de la manipulation. Le faisceau peut comprendre par exemple 12 000 filaments ou fibres et présente une section pratiquement rectangulaire. Lorsque le faisceau est enroulé sur une bobine, plusieurs milliers de mètres de longueur sont possibles. Dans un procédé particulièrement pratique, les bandes de fibres unidirectionnelles sont fournies en déposant plusieurs faisceaux de fibres unidirectionnelles sur une surface de la couche externe, telle qu'un matériau poreux. Les bandes de fibres unidirectionnelles sont typiquement de la même largeur, avec la largeur étant de préférence d'au plus 60 mm, encore mieux d'au plus 30 mm, bien mieux encore d'au plus 15 mm. Le semi-imprégné selon l'invention comprend de préférence une seconde couche de fibres, de préférence des fibres unidirectionnelles. Les fibres dans les deux couches sont dans ce mode de réalisation de préférence alignées pour être unidirectionnelles dans la même direction.
Dans un mode de réalisation, la seconde couche de fibres est pratiquement non imprégnée de résine et est typiquement en contact avec une seconde couche externe telle qu'un second matériau de feuille poreux disposé sur l'autre surface externe du semi-imprégné. La seconde couche de fibres peut être imprégnée avec la résine dans un autre mode de réalisation.
A la fois les première et seconde couches de fibres sont de préférence foumies comme plusieurs bandes longitudinales séparées les unes des autres par un espace discret. Il est de plus préférable que les bandes dans chaque couche soient alignées avec une bande respective sur l'autre couche de sorte que le semi-imprégné ainsi formé comprend des bandes opposées de fibres alignées et des espaces discrets entre les paires de bandes de fibres. La couche de résine durcissable pratiquement non fluide peut être mise en contact avec la feuille ou les feuilles de matériau de i0 renforcement fibreux de plusieurs façons. Sa nature non fluide à température ambiante peut cependant présenter des difficultés de traitement. Dans un procédé préféré, la résine durcissable pratiquement non fluide est chauffée à une température à laquelle elle devient fluide et est ensuite appliquée sur la feuille ou les feuilles de matériau de 15 renforcement fibreux de manière classique, telle que par transfert à partir de rouleaux. Cependant, dans un procédé préféré, la résine chauffée passe sur des rouleaux refroidis à travers lesquels passent au moins une feuille comprenant un renforcement fibreux et la couche externe. La résine 20 s'écoule ainsi sur la feuille mais est simultanément refroidie à une température à laquelle elle est pratiquement non fluide. Ceci limite l'imprégnation des fibres sur la feuille ou les feuilles dans la couche de renforcement fibreux à celle nécessaire pour lier la résine aux fibres et évite l'imprégnation excessive de la couche ou des couches externes. 25 La couche externe, telle qu'une feuille de matériau poreux présentant les fibres déposées sur son dessus et la résine pratiquement non fluide passent ainsi dans un mode de réalisation préféré simultanément à travers une paire de rouleaux. De tels rouleaux peuvent également fournir la compression exigée pour produire un semi-imprégné 30 en une seule pièce selon la présente invention. Les conditions dans les rouleaux sont telles que la résine imprégnera les fibres mais laissera la couche externe telle qu'elle, comme le matériau poreux pratiquement non imprégné de résine. Dans le mode de réalisation dans lequel le semi-imprégné 35 comprend deux feuilles externes de matériau poreux, les deux feuilles, le matériau fibreux et la résine pratiquement non fluide passent de
préférence simultanément à travers la paire de rouleaux. La résine peut être introduite entre les feuilles dans des conditions dans lesquelles elle est en contact avec le matériau fibreux sans être en contact significatif avec les couches externes.
Une fois formé, le semi-imprégné de la présente invention peut être enroulé sur un noyau pour former un semi-imprégné stable au stockage qui peut être adapté comme l'alimentation d'un appareil d'empilage automatique, tel que ceux classiquement utilisés pour un empilage automatisé de pré-imprégnés.
Il est cependant souvent souhaitable d'avoir des feuilles de matériau bien plus étroites. Par exemple, lorsque l'on construit une structure qui présente un degré de courbure élevée, de larges feuilles de matériau peuvent se rider et se courber dans un essai pour se conformer à de telles régions de courbure élevée. Des bandes de matériau plus étroites peuvent se conformer à des régions de courbure élevée sans présenter de telles difficultés. Ainsi, une fois préparé, le semi-imprégné ou pré-imprégné de l'invention peut être coupé en plusieurs bandes, dans lequel les fibres sont unidirectionnelles, les découpes étant alignées avec la direction de l'alignement des fibres. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le semiimprégné comprend des fibres unidirectionnelles disposées dans plusieurs bandes (avec soit une soit deux couches) et les découpes sont positionnées pour être alignées avec les bords de chaque bande de fibres.
Ceci produit plusieurs bandes de semi-imprégné, et le matériau dans les espaces entre les fibres peut être mis au rebus comme déchet. Ainsi, dans un mode de réalisation préféré, le semi-imprégné selon l'invention présente une section transversale rectangulaire avec une largeur et une épaisseur bien définies. Un tel pré-imprégné a été préparé en étant découpé à partir d'une feuille plus large, chaque couche dans le pré-imprégné est de la même largeur, foumissant la section transversale rectangulaire. La largeur sera typiquement d'au plus 60 mm, de préférence d'au plus 30 mm, encore mieux d'au plus 15 mm, de préférence de 10 mm 35 à 60 mm.
Une fois préparées, les bandes étroites de semi-imprégné peuvent être enroulées sur un matériau de noyau, par exemple en étant enroulées en une voie, et la nature sèche de l'extérieur évite que les couches adjacentes ne collent les unes aux autres.
Comme étudié ci-dessus, le matériau externe qui est de préférence une feuille de matériau poreux aide à maintenir l'intégrité du semi-imprégné en fournissant une surface continue sur les surfaces externes du semi-imprégné. Lorsque la couche externe est un matériau poreux, les feuilles de matériau poreux sont typiquement une feuille en une seule pièce, maintenues ensemble par interconnexion et/ou chevauchement des fibres. De telles fibres peuvent être tissées, tricotées ou arbitraires, par exemple filées-lacées ou posées sur une trame, bien que l'on préfère l'état non tissé, par exemple arbitraire. Une telle feuille est souvent citée dans la technique comme un voile. Une telle feuille poreuse peut être caractérisée par le degré d'ouverture de la feuille, c'est-à-dire le pourcentage d'une surface spécifique moyenne de la feuille qui est constituée de trous ouverts dans la feuille. Les feuilles poreuses de la présente invention présentent typiquement un degré d'ouverture de 10 % à 70 %, de préférence de 20 % à 80 %, encore mieux de 30 % à 70 %. Ceci aide à maintenir une feuille de masse légère et permet également le passage libre de la résine. La matière du matériau poreux peut être choisie parmi un large intervalle de matériaux tels que des polyamides (PA : PA6, PAl2, PAU, PA6,6, PA 6,10, PA 6,12, etc.), des copolyamides (CoPA), des polyamides à séquence éther ou ester (PEBAX, PEBA), du polyphtalamide (PPA), des polyesters (poly(éthylène téréphtalate) (PET), poly(butylène téréphtalate) (PBT)), des copolyesters (CoPE), des polyuréthanes thermoplastiques (PPU), des polyacétals (polyoxyméthylène POM), des polyoléfines (polypropylène (PP), polyéthylène haute densité (HDPE), polyéthylène faible densité (LDPE), polyéthylène faible densité linéaire (LLDPE)), des polyéthersulfones (PES), des polysulfones (PSU), des polyphénylènes sulfones (PPSU), des polyétheréthercétones (PEEK), des polyéthercétonecétones (PEKK), du poly(sulfate de phénylène) (PPS), ou des polyétherimides (PEI), des poiyimides thermoplastiques, des polymères de cristaux liquides (LCP), des phénoxy, des copolymères séquencés, tels que des copolymères de styrène-butadiène-méthacrylate de méthyle (SBM), des copolymères de méthacrylate de méthyle-acrylate de butyle-méthacrylate de méthyle (MAM), ou un mélange de fibres constitué de ces matériaux thermoplastiques.
On n'a pas l'intention de retirer les feuilles de matériaux poreux du semi-imprégné et elles restent ainsi en place pendant l'empilage et le durcissement, formant une partie de la structure composite éventuelle. Les semi-imprégnés selon la présente invention sont appropriés pour une large variété d'applications et peuvent être, comme approprié, plutôt lourds ou légers. L'invention est cependant particulièrement utile pour des applications lourdes, telles que pour des semi-imprégnés utiles pour la fabrication de structure d'énergie éolienne, qui ont tendance à être plus lourds et qui présentent de préférence une masse de 400 à 1 800 g/m2, encore mieux de 800 à 1 500 g/m2.
Les fibres unidirectionnelles peuvent comprendre des fibres craquées (c'est-à-dire étirées-cassées), sélectivement discontinues ou continues bien que l'on préfère qu'elles soient continues. Les fibres structurelles peuvent être constituées à partir d'une large variété de matières telles que du carbone, du graphite, du verre, des polymères métallisés, de l'aramide et des mélanges de ceux-ci. On préfère les fibres de carbone et de verre. La résine durcissable peut être choisie parmi un époxy, un isocyanate et un anhydride d'acide par exemple. La résine durcissable est de préférence une résine époxy.
Les résines époxy appropriées peuvent comprendre des résines époxy monfonctionneiles, difonctionnelles, trifoncctionnelles et/ou tétrafonctionnel les. Les résines époxy difonctionnelles appropriées comprennent par exemple celles à base de : diglycidyléther de bisphénol F, diglycidyléther de bisphénol A (éventuellement bromé), novolaques de phénol et de crésol époxy, diglycidyléthers de produits d'addition de phénol-aldéhyde, diglycidyléthers de diols aliphatiques, diglycidyléther, diglycidyléther de diéthylèneglycol, résine époxy aromatique, polyglycidyléther aliphatique, oléfines époxydées, résines bromées, amines glycidyliques aromatiques, imidines et amides glycidyliques hétérocycliques, glycidyiéthers, résines époxy fluorées, esters glycidyliques et des combinaisons quelconques de ceux-ci. Les résines époxy difonctionnelles peuvent être choisies de manière préférée parmi le diglycidyléther de bisphénoi F, le diglycidyléther de bisphénoi A, le diglycidyldihydroxynaphtalène ou des combinaisons de ceux-ci. Les résines époxy trifonctionnelles appropriées peuvent comprendre par exemple celles à base de novolaques de phénol et de crésol époxy, de diglycidyléthers de produits d'addition de phénol- aldéhyde, de résines époxy aromatiques, de triglycidyléthers aliphatiques, de triglycidyléthers dialiphatiques, de polyglycidyléthers aliphatiques, d'oléfines époxydées, de résines bromées, de biglycidylaminophényles, d'amines glycidyliques aromatiques, dimidines et d'amides glycidyliques hétérocycliques, de glycidyléthers, de résines époxy fluorées ou de combinaisons de ceux-ci. Les résines époxy tétrafonctionnelles appropriées comprennent la N,N,N',N'-tétraglycidyl-m-xylènediamine (disponible dans le commerce chez Mitsubishi Gas Chemical Company et sous la marque Tetrad-X, et comme Erisys GA-240 de chez CVC Chemicals), et la N,N,N',N'- tétraglycidylméthylènedianiline (par exemple MY721 de chez Huntsman Advanced Materials). La résine durcissable peut également comprendre un ou plusieurs agents durcissants. Les agents durcissants appropriés comprennent des anhydrides, particulièrement des anhydrides polycarboxyliques ; des amines, particulièrement des amines aromatiques, par exemple le 1,3-diaminobenzène, le 4,4'-diaminodiphénylméthane et particulièrement des sulfones, par exemple la 4,4'-diaminodiphénylsulfone (4,4' DDS) et la 3,3'-diaminodiphénylsulfone (3,3' DDS) et les résines de phénol-formaldéhyde. Les agents de durcissement préférés sont les aminosulfones, particulièrement la 4,4' DDS et la 3,3' DDS. Comme étudié ci-dessus, les semi-imprégnés de la présente invention peuvent être empilés avec un appareil de formation de couches automatisé. L'invention concerne ainsi dans un quatrième aspect un 35 procédé de dépôt d'une longueur continue de semi-imprégné comme défini ici sur un substrat au moyen d'un appareil de formation de couches automatisé. Les semi-imprégnés de la présente invention sont, comme cité ci-dessus, particulièrement appropriés pour former un constituant structurel de turbine d'éolienne. Le semi-imprégné est ainsi de préférence déposé pour former un constituant structurel de turbine d'éolienne. Les structures formées sont typiquement durcies par exposition à une température élevée. Un procédé de durcissement classique implique la technique en sac sous vide ainsi appelée. Celle-ci implique le dépôt du constituant dans un sac étanche à l'air et le tirage d'un vide pour induire une force de compression allant jusqu'à la pression atmosphérique. La présente invention sera maintenant illustrée au moyen d'un exemple et en faisant référence aux figures suivantes dans lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique d'un procédé selon l'invention. La figure 2 est une représentation schématique d'un autre procédé selon l'invention. La figure 3 est une vue représentative en perspective d'une partie d'une feuille de matériau poreux présentant plusieurs bandes de fibres unidirectionnelles selon l'invention déposées sur son dessus. La figure 4 est une vue représentative en perspective d'un matériau de semi-imprégné durcissable selon l'invention. En se référant aux figures, la figure 1 représente un procédé selon l'invention. Plusieurs faisceaux de fibres de carbone (10) sont introduites à partir d'un râtelier porte-ensouple (non représenté) comprenant plusieurs bobines (non représentées) supportant chacune un faisceau respectif (10). Une feuille continue de matériau poreux (12) est mise en contact avec les faisceaux (10) de sorte qu'ils sont déposés sur la feuille poreuse parallèlement l'un à l'autre et espacés de manière équidistante les uns des autres. Les deux feuilles poreuses (12) présentant les fibres unidirectionnelles déposées sur le dessus passent ensuite simultanément sur une paire de rouleaux (16). On veille à s'assurer que les bandes de fibres sur chacune des feuilles poreuses soient alignées avec une bande opposée de fibres.
Il est également fourni une alimentation en résine durcissable chauffée (18), laquelle est introduite dans les rouleaux (16) simultanément avec les feuilles poreuses. Les rouleaux (16) sont refroidis en dessous de la température ambiante de sorte que la résine durcissable chauffée (18) commence à refroidir aussitôt qu'elle rencontre les feuilles de matériau poreux. Ce refroidissement résulte en ce que la résine devient pratiquement non fluide et reste prise en sandwich au milieu des deux feuilles. Avant d'atteindre l'étape pratiquement non fluide, un peu de résine imprègne les fibres les plus proches de la résine, ce qui foumit une liaison entre la résine et les fibres. Les feuilles (14) et la résine (18) sont doucement comprimées 10 ensemble par les rouleaux (16) pour produire un semi-imprégné selon l'invention. Le serai-imprégné passe ensuite vers une étape de découpe (20) où des couteaux sont disposés pour couper le semi-imprégné le long des bords de chaque bande de fibres. 15 Ceci produit plusieurs bandes plus minces de semi-imprégné (22) selon l'invention. Les portions de matériau poreux et de résine disposée entre les bandes parallèles de fibres sont mises au rebus en tant que déchets. La figure 2 représente un procédé similaire à celui représenté 20 dans la figure 1. On a utilisé les mêmes signes de référence lorsque l'on a adopté les mêmes aspects de procédé. Dans ce procédé, uniquement un matériau poreux (12) est utilisé, l'autre étant remplacé par un papier de cuisson classique (24) présentant une résine durcissable déposée sur son dessus. Lorsque la 25 résine entre en contact avec les plusieurs faisceaux (10) de fibres, ils sont imprégnés de la résine pour former une feuille de papier de support présentant plusieurs bandes de fibres unidirectionnelles (26) imprégnées de résine. Les feuilles (14) et (26) passent dans les rouleaux refroidis (16) 30 et la résine (18) est introduite entre les feuilles comme précédemment. Après les rouleaux, le papier (28) est retiré, laissant une surface résineuse collante. Le semi-imprégné ainsi produit présente une surface sèche fournie par le matériau poreux et une surface collante foumie par la surface résineuse. Le semi-imprégné asymétrique passe ensuite dans 35 l'étape de découpe (20) pour produire plusieurs bandes de semi-imprégné (30) comme précédemment.
La figure 3 représente une représentation en perspective d'une feuille de matériau poreux (14) présentant plusieurs bandes de fibres unidirectionnelles déposées sur son dessus. Comme on peut le voir, le matériau poreux (32) présente plusieurs bandes de fibres unidirectionnelles (34) déposées sur son dessus, disposées parallèlement les unes aux autres avec la même largeur, telle que 1,5 mm, 6,35 mm, 12,7 mm, 25,4 mm, 75 mm, 150 mm, 300 mm, 600 mm ou 1 200 mm par exemple. Les fibres sont disposées pour être parallèles à la longueur des bandes (34). Comme on peut le voir, les fibres (34) sont séparées par des espaces équidistants. La figure 4 est une représentation en perspective d'une bande de semi-imprégné (22) selon l'invention, telle qu'elle peut être produite par le procédé représenté dans la figure 1. La bande (22) présente une section transversale rectangulaire bien définie même si elle est constituée de nombreuses couches. La section transversale peut présenter une largeur de 1,5 mm, 6,35 mm, 12,7 mm, 25,4 mm, 75 mm, 150 mm, 300 mm, 600 mm ou 1 200 mm par exemple. La bande (22) comprend deux feuilles externes (36) de matériau poreux, deux couches de fibres unidirectionnelles pratiquement non imprégnées de résines (38) et une couche centrale de résine durcissable pratiquement non fluide (40). Une longueur de bande (22) peut être enroulée sur une bobine dans une disposition d'enroulement en une voie. Le rouleau peut ensuite être adapté à une machine d'empilage automatisé qui est équipée d'un moyen de chauffage à proximité de la tête. Le moyen de chauffage pendant l'empilage automatisé occasionne le fait que la résine devienne fluide de sorte qu'elle fournit l'adhérence nécessaire pour une adhérence réussie du semi-imprégné sur le substrat.

Claims (37)

  1. REVENDICATIONS1. Structure ou stratifié approprié pour un - empilage automatisé dans un moule, comprenant une couche de noyau comprenant un renforcement fibreux et une résine durcissable munie d'une couche externe exempte de résine durcissable.
  2. 2. Structure ou stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche externe est une couche fibreuse.
  3. 3. Structure ou stratifié selon la revendication 1 ou la 10 revendication 2, caractérisé en ce que des couches extemes sont disposées sur des côtés opposés de la couche de noyau.
  4. 4. Structure ou stratifié selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la couche externe comprend un matériau poreux. 15
  5. 5. Structure ou stratifié selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche externe est rendue collante pour un dépôt de la structure ou du stratifié dans un moule.
  6. 6. Structure ou stratifié selon la revendication 5, caractérisé 20 en ce que la résine durcissable rend la couche externe collante.
  7. 7. Structure ou stratifié selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres dans le renforcement fibreux sont unidirectionnelles.
  8. 8. Structure ou stratifié selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure ou le stratifié est dans la forme d'une bande ou d'un ruban présentant une largeur de 10 mm à 60 mm.
  9. 9. Structure ou stratifié selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de 30 renforcement fibreux est adaptée pour améliorer les propriétés mécaniques d'une structure de stratifié formée à partir de la structure ou du stratifié.
  10. 10. Structure ou stratifié selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de la 35 couche externe est choisi dans un groupe de matériaux constitué de polyamides (PA : PA6, PAl2, PAU, PA6,6, PA 6,10, PA 6,12, etc.), decopolyamides (CoPA), de polyamides à séquence éther ou ester (PEBAX, PEBA), de polyphtalamide (PPA), de polyesters (poly(éthylène téréphtalate)-PET-, poly(butylène téréphtalate)- PBT-...), de copolyesters (CoPE), de polyuréthanes thermoplastiques (TPU), de polyacétals (POM...), de polyoléfines (PP, HDPE, LDPE, LLDPE), de polyéthersulfones (PES), de polysulfones (PSU...), de polyphénylènes sulfones (PPSU...), de polyétheréthercétones (PEEK), de polyéthercétonecétones (PEKK), de poly(sulfate de phénylène) (PPS), ou de polyétherimides (PEI), de polyimides thermoplastiques, de polymères de cristaux liquides (LCP), de phénoxy, de copolymères séquencés, tels que des copolymères de styrène-butadiène-méthacrylate de méthyle (SBM), des copolymères de méthacrylate de méthyle-acrylate de butyle-méthacrylate de méthyle (MAM), ou d'un mélange de ceux-ci.
  11. 11. Structure ou stratifié comprenant un semi-imprégné durcissable comprenant une couche de résine durcissable pratiquement non fluide et une couche de fibres unidirectionnelles pratiquement non imprégnées de résine, le semi-imprégné présentant une couche d'un matériau de feuille poreux sur une surface externe.
  12. 12. Semi-imprégné durcissable selon la revendication 11, 20 caractérisé en ce que les fibres non imprégnées de résine sont en contact avec le matériau de feuille poreux.
  13. 13. Semi-imprégné durcissable selon la revendication 11 ou la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde couche de fibres unidirectionnelles, les fibres dans les deux couches étant alignées 25 pour être unidirectionnelles dans la même direction.
  14. 14. Semi-imprégné durcissable selon la revendication 13, caractérisé en ce que la seconde couche de fibres unidirectionnelles est pratiquement non imprégnée de résine et est en contact avec un second matériau de feuille poreux disposé sur l'autre surface du semi-imprégné. 30
  15. 15. Semi-imprégné durcissable selon la revendication 14, caractérisé en ce que la seconde couche de fibres unidirectionnelles est imprégnée avec une résine durcissable.
  16. 16. Semi-imprégné durcissable selon l'une quelconque des revendications 12 â 15, caractérisé en ce que les fibres unidirectionnelles 35 sont disposées comme plusieurs bandes longitudinales séparées les unes des autres par un espace discret respectif.
  17. 17. Semi-imprégné ou structure ou stratifié durcissable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bandes de fibres unidirectionnelles sont de la même largeur, et la largeur n'est pas supérieure à 60 mm, de préférence pas supérieure à 30 mm, et préférentiellement pas supérieure à 15 mm.
  18. 18. Semi-imprégné ou structure ou stratifié durcissable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à la fois les première et seconde couches de renforcement fibreux sont fournies comme plusieurs bandes longitudinales séparées les unes des autres par un espace discret respectif.
  19. 19. Semi-imprégné ou structure ou stratifié durcissable selon la revendication 18, caractérisé en ce que les bandes dans chaque couche sont alignées avec une bande opposée respective dans l'autre couche.
  20. 20. Semi-imprégné ou structure ou stratifié durcissable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une section transversale rectangulaire.
  21. 21. Semi-imprégné ou structure ou stratifié durcissable selon la revendication 20, caractérisé en ce que la largeur n'est pas supérieure à 60 mm, de préférence pas supérieure à 30 mm, encore mieux pas 20 supérieure à 15 mm.
  22. 22. Semi-imprégné durcissable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de feuille poreux est une feuille en une seule pièce maintenue par interconnexion et/ou chevauchement de fibres. 25
  23. 23. Semi-imprégné durcissable ou matériau poreux selon la revendication 22, caractérisé en ce que le matériau poreux présente un degré d'ouverture de 10 % à 70 %, de préférence de 20 % à 80 %, encore mieux de 30 % à 70 %.
  24. 24. Structure renforcée de fibres comprenant une ou plusieurs 30 structures ou stratifiés selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la résine est durcie.
  25. 25. Structure de turbine d'éolienne produite à partir d'une structure renforcée de fibres selon la revendication 24.
  26. 26. Procédé de fabrication d'un matériau de semi-imprégné 35 durcissable comprenant l'étape de préparation d'une feuille de matériau poreux présentant des fibres unidirectionnelles déposées sur son dessus,et de foumiture d'une couche de fibres de résine durcissable pratiquement non fluide avec le matériau poreux se trouvant sur une surface externe, et de compression des couches ensemble pour former un semi-imprégné durcissable, dans lequel la surface externe du matériau poreux est pratiquement non imprégnée de résine après la compression.
  27. 27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que la résine durcissable pratiquement non fluide est chauffée à une température à laquelle elle devient fluide et est ensuite appliquée sur la feuille ou les feuilles.
  28. 28. Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que la résine chauffée et la feuille ou les feuilles passent sur des rouleaux refroidis, sur quoi la résine est refroidie et devient pratiquement non fluide.
  29. 29. Procédé selon l'une quelconque des revendications 26 à 28, caractérisé en ce que la feuille de matériau poreux présentant des fibres unidirectionnelles déposées sur son dessus et la résine pratiquement non fluide passent simultanément à travers une paire de rouleaux
  30. 30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 26 à 29, caractérisé en ce que, une fois préparé, le semi-imprégné est automatiquement découpé en plusieurs bandes, les découpes étant alignées avec la direction d'alignement des fibres.
  31. 31. Procédé selon la revendication 30, caractérisé en ce que le semi-imprégné comprend des fibres unidirectionnelles disposées dans plusieurs bandes (avec soit une, soit deux couches) et les découpes sont ' 25 disposées pour être alignées avec les bords de chaque bande de fibres.
  32. 32. Procédé selon la revendication 31, caractérisé en ce que les bandes de fibres unidirectionnelles ont été déposées sur une feuille de matériau poreux à partir d'une alimentation enroulée de bandes de fibres unidirectionnelles. 30
  33. 33. Procédé comprenant le dépôt d'une longueur continue de semi-imprégné ou de structure ou de stratifié selon l'une quelconque des revendications 1 à 24 sur un substrat au moyen d'un appareil d'empilage automatisé.
  34. 34. Procédé automatique, caractérisé en ce qu'une structure ou 35 un stratifié comprenant une structure de noyau comprenant un renforcement fibreux et une résine durcissable est muni d'une coucheexterne exempte de résine durcissable, dans lequel la structure ou le stratifié est automatiquement empilé dans un moule et est comprimé pour rendre 1a couche de surface externe collante avant ou pendant le dépôt de la structure ou du stratifié dans le moule.
  35. 35. Procédé selon la revendication 34, caractérisé en ce que plusieurs couches de la structure ou du stratifié sont automatiquement déposées comme une pile à l'intérieur du moule.
  36. 36. Procédé selon la revendication 34 ou la revendication 35, caractérisé en ce que la structure ou le stratifié est chauffé pour occasionner le fait que la résine rende la surface externe collante.
  37. 37. Procédé selon l'une quelconque des revendications 26 à 33, caractérisé en ce que le semi-imprégné est déposé pour former un constituant structurel de turbine d'éolienne.
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