FR3056136A1 - Systeme de decoupe d'un tissu de fibres de renfort pour la fabrication de feuilles en matiere plastique renforcee - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de découpe d'un tissu de fibres de renfort comportant un moyen de déplacement du tissu dans une direction de déplacement donnée, caractérisé en ce qu'il comporte successivement de l'amont vers l'aval selon le sens de déplacement du tissu : - un premier ensemble de moyens de coupe selon une direction sensiblement parallèle à la direction d'avancement du tissu, permettant de découper des bandes de tissus allongées selon la direction de déplacement ; - un second ensemble de moyens de coupe selon une autre direction, différente de la direction parallèle à la direction de déplacement du tissu, permettant de découper chaque bande de tissus afin d'obtenir des morceaux de géométrie sensiblement identique.
Description
056 136
58798 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national
COURBEVOIE © Int Cl8 : B 26 D 9/00 (2017.01), B 26 D 1/15, 1/08, B 29 C 73/ 26, 70/54, 70/18, B 65 H 35/00
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
| ©) Date de dépôt : 20.09.16. | © Demandeur(s) : COMPAGNIE PLASTIC OMNIUM |
| (© Priorité : | Société anonyme — FR. |
| @ Inventeur(s) : PEYRE CHRISTOPHE. | |
| ©) Date de mise à la disposition du public de la | |
| demande : 23.03.18 Bulletin 18/12. | |
| ©) Liste des documents cités dans le rapport de | |
| recherche préliminaire : Se reporter à la fin du | |
| présent fascicule | |
| (© Références à d’autres documents nationaux | ® Titulaire(s) : COMPAGNIE PLASTIC OMNIUM |
| apparentés : | Société anonyme. |
| ©) Demande(s) d’extension : | (© Mandataire(s) : LLR. |
SYSTEME DE DECOUPE D'UN TISSU DE FIBRES DE RENFORT POUR LA FABRICATION DE FEUILLES EN MATIERE PLASTIQUE RENFORCEE.
FR 3 056 136 - A1 _ L'invention concerne un système de découpe d'un tissu de fibres de renfort comportant un moyen de déplacement du tissu dans une direction de déplacement donnée, caractérisé en ce qu'il comporte successivement de l'amont vers l'aval selon le sens de déplacement du tissu :
- un premier ensemble de moyens de coupe selon une direction sensiblement parallèle à la direction d'avancement du tissu, permettant de découper des bandes de tissus allongées selon la direction de déplacement;
- un second ensemble de moyens de coupe selon une autre direction, différente de la direction parallèle à la direction de déplacement du tissu, permettant de découper chaque bande de tissus afin d'obtenir des morceaux de géométrie sensiblement identique.
30A 40
30B
L'invention concerne le domaine technique des produits et semi-produits pour moulage de pièce en matière plastique renforcée, et notamment le recyclage de tissu contenant des renforts pour matière plastique renforcée, tel qu’un tissu de fibres de carbone.
En particulier l’invention concerne un équipement pour découper de tels tissus avant d’en extraire les fibres de renfort, afin d’être utilisées dans un procédé de fabrication de feuille de matière plastique renforcée destinée au moulage de pièces, notamment de pièces automobiles.
Dans le domaine de l’automobile, de nombreuses pièces doivent allier résistance mécanique et faible poids.
Pour ce faire, il est connu de remplacer des pièces en acier par des pièces en matière plastique renforcée (thermodurcissables ou thermoplastiques). Ces matières sont constituées d’éléments de renfort mélangés avec une résine de polymère. On connaît par exemple les matières plastiques renforcées de type SMC (de l’anglais « sheet moulding compound/composite »).
Dans le cas le plus courant, une feuille de SMC est constituée de résine thermodurcissable (polyester par exemple) qui imprègne des éléments de renfort (fibre de verre ou de carbone par exemple). Elle peut également comporter des charges et/ou un catalyseur (durcisseur).
Une feuille de SMC est élaborée par imprégnation de fibres de renfort (fibres de verre généralement) déposées, lors de la fabrication, en sandwich entre deux films de résine. Le procédé de fabrication d’une feuille de SMC est appelé « procédé SMC ».
Afin de limiter les coûts et l’impact sur l’environnement, il est connu de réutiliser les éléments de renforts de semi-produits tel que des tissus, afin de fabriquer de nouveaux semi-produits. Un tissu de fibres de renfort, tel qu’un tissu de fibres de carbone, est un matériau composé, obtenu par tissage de fibres de carbone. Ces tissus peuvent être des chutes de découpes, donc de formes quelconques, ou des bouts de lés voire des rouleaux entiers non consommés.
Un tissu comporte des fils de chaîne et des fils de trame. On définit généralement la direction 0°, comme étant celle des fils de chaîne, et on définit la direction transverse (90°), comme étant celle des fils de trame. Dans un tissu, les fils de chaîne passent dessus/dessous les fils de trame.
L’utilisation des fibres contenues dans ces tissus ne peut se faire directement dans un équipement permettant de réaliser un procédé SMC. En effet, dans l’étape de compoundage du procédé SMC, c’est-à-dire dans l’étape de mélange d’une résine thermodurcissable avec des fibres de renfort, la fibre de renfort (verre ou carbone) est reçue sous forme de bobine, puis elle est coupée en ligne sur une machine à l’aide de coupeurs dits conventionnels, de type guillotines pas exemple.
Il est donc nécessaire de réaliser plusieurs opérations de préparation sur le tissu à recycler avant son utilisation pour fabriquer un semi-produit tel qu’une feuille de SMC.
Un procédé de recyclage de tissu de fibres de renfort nécessite différentes phases de transformation. Partant du déchet (tissu à recycler), la première de ces étapes après le tri du tissu et l’élimination d’éventuels corps étrangers, consiste en une phase de coupe (également appelée phase de calibration) de morceaux de tissu (appelée également « chips »). Cette phase de coupe est nécessaire pour faciliter l’ouverture des morceaux de tissu. Cette phase dite d’ouverture permet de libérer la fibre de renfort élémentaire constituant le tissu initial à recycler (par exemple la fibre de carbone).
La coupe des tissus, avant un procédé de recyclage des fibres de renfort qu’il contient, est généralement réalisée à partir de coupeurs « conventionnels » tel que les coupeurs à guillotine permettant une bonne qualité de coupe. Les équipements de coupe sont généralement constitués d’un convoyeur, sur lequel sont déposés des tissus à recycler, alimentant ensuite l’outil de coupe (guillotine).
Les morceaux de tissus utilisés pour extraire les fibres de renfort, sont obtenus par deux coupes successives selon des angles différents. Les morceaux de tissu ont alors des formes géométriques variables, et des dimensions variables.
Généralement, dans les procédés de recyclages, la géométrie (forme, longueur) des morceaux de tissus coupés ne représente pas une caractéristique critique.
Cependant, lorsque la fibre de renfort issue du tissu est utilisée en tant que renfort dans un matériau composite, il est important de maîtriser la géométrie.
En effet, l’homogénéité de la distribution de longueur des fibres recyclées est directement reliée à la performance et à la qualité du nouveau matériau composite réalisé et ainsi obtenir une masse surfacique et une isotropie compatibles avec la production de pièces structurelles.
La maîtrise dimensionnelle des morceaux de tissus résultant de cette phase de coupe peut également impacter la qualité d’ouverture des fibres recyclées à l’aide d’ouvreuses classiques.
Il existe donc un besoin, dans l’industrie de fabrication de semi-produit en matière plastique renforcée, d’un équipement permettant de couper en continu, sans intervention manuelle, des tissus en morceaux de géométrie homogène, afin d’assurer une bonne ouverture des fibres, et une homogénéité de la distribution de longueur des fibres, garant d’un semi-produit aux propriétés mécaniques homogène.
A cette fin, l'invention fournit un système de découpe d’un tissu de fibres de renfort comportant un moyen de déplacement du tissu dans une direction de déplacement donnée. Ce système comporte successivement de l’amont vers l’aval selon le sens de déplacement du tissu :
- un premier ensemble de moyens de coupe selon une direction sensiblement parallèle à la direction d’avancement du tissu, permettant de découper des bandes de tissus allongées selon la direction de déplacement ;
- un second ensemble de moyens de coupe selon une autre direction, différente de la direction parallèle à la direction de déplacement du tissu, permettant de découper chaque bande de tissus afin d’obtenir des morceaux de géométrie sensiblement identique.
Un tel système permet de garantir un bon alignement des bandes après la première coupe (coupe en angle, de préférence à 0°) et ainsi une meilleure maîtrise dimensionnelle des morceaux de tissus ainsi découpés.
Cette maîtrise dimensionnelle se caractérise par des morceaux de tissu de géométrie identique, conduisant à une distribution de longueur de fibres recyclées plus homogène qu’avec des équipements de coupe classiques.
L’homogénéité de la distribution de longueur de fibres recyclées permet d’accroître la performance (moins de dispersion) des matériaux réalisés avec ces fibres recyclées, et donc une utilisation pour fabriquer des semi-produits pour le moulage de pièces de carrosserie automobile.
Le système peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le second ensemble de moyens de coupe découpe selon une direction perpendiculaire à la direction de déplacement du tissu permettant de découper chaque bande de tissus afin d’obtenir des morceaux de tissus sensiblement rectangulaire ;
- le premier ensemble comporte au moins un organe de coupe longitudinale ;
- l’organe de coupe longitudinale est un élément coupant circulaire ;
- le système comporte plusieurs éléments coupants circulaires alignés sur différents axes perpendiculaires à la direction de déplacement, et séparés d’une largeur définissant la largeur des bandes ;
- le système comporte plusieurs éléments coupants circulaires alignés sur un même axe perpendiculaire à la direction de déplacement, et séparés d’une largeur définissant la largeur des bandes ;
- le moyen de déplacement du tissu est un convoyeur ;
- le premier ensemble est adapté à couper le tissu selon une vitesse égale à la vitesse de déplacement du tissu ;
- le second ensemble comporte au moins un coupeur de type guillotine.
L’invention concerne également un système pour fabriquer une feuille en matière plastique renforcée pour le moulage, comportant au moins un convoyeur mobile selon une direction, au moins un système d’apport de matière plastique sur le convoyeur positionné à l’extrémité amont du convoyeur, et au moins un moyen d’apport de fibre permettant de déposer des fibres de renfort sur la matière plastique déposée sur le convoyeur par le système d’apport de matière plastique. Le moyen d’apport de fibre comporte :
un système, selon l’invention, de découpe d’un tissu de fibres de renfort ; un moyen d’ouverture des fibres de renfort contenues dans les morceaux de tissu issus du système de découpe ;
un moyen de distribution des fibres de renfort issues du moyen d’ouverture sur la matière plastique déposée sur le convoyeur.
L’invention concerne également un procédé de recyclage de fibres de renfort contenues dans un tissu, pour fabriquer une feuille en matière plastique renforcée pour le moulage, notamment de pièces automobiles. Le procédé comporte en combinaison les étapes suivantes, réalisées en continue :
on dispose un tissu de fibres de renfort, tel qu’un tissu de fibres de carbone, en entrée d’un système de découpe selon l’invention ;
on découpe le tissu en morceaux de tissus ayant tous sensiblement la même géométrie ;
on ouvre les fibres de renfort desdits morceaux de tissus ;
on dépose au moins une couche de matière plastique sur un convoyeur mobile selon une direction de déplacement ; puis on dépose les fibres de renfort issues de l’étape d’ouverture, sur ladite couche de matière plastique.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles :
- la figure 1A illustre schématiquement, vu de côté, un exemple de réalisation d’un système de découpe d’un tissu de fibres de renfort ;
- la figure 1B illustre schématiquement, vu de dessus, l’exemple de réalisation d’un système de découpe d’un tissu de fibres de renfort de la figure 1A ;
- la figure 2A illustre un premier ensemble de moyens de coupe selon une direction sensiblement parallèle à la direction d’avancement du tissu ;
- la figure 2B illustre deux modes de réalisation du premier ensemble de moyens de coupe ;
- la figure 3 illustre un second ensemble de moyens de coupe selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement du tissu ;
- la figure 4 illustre schématiquement un exemple de système pour fabriquer une feuille en matière plastique renforcée pour le moulage.
On se réfère maintenant aux figures 1A et 1B qui illustrent schématiquement un exemple de réalisation d’un système 10 de découpe d’un tissu 20 de fibres de renfort, notamment un tissu de fibre de carbone, permettant d’obtenir des morceaux de tissus 25 ayant tous sensiblement la même géométrie.
Des morceaux ont une même géométrie lorsqu’ils ont une forme sensiblement identique, telle qu’un rectangle, et une dimension caractéristique de la forme sensiblement identique. La dimension caractéristique peut être la diagonale, la longueur ou la largeur, lorsque la forme est un losange.
Le système 10 de découpe comporte au moins un moyen de déplacement 30 du tissu 20 dans une direction D de déplacement donnée.
Le système 10 de découpe comporte successivement de l’amont vers l’aval selon le sens de déplacement du tissu 20 :
un premier ensemble 40 de moyens de coupe selon une direction sensiblement parallèle à la direction d’avancement du tissu 20 (découpe dite longitudinale), permettant de découper des bandes de tissus 45 allongées selon la direction de déplacement ;
un second ensemble 50 de moyens de coupe selon une direction différente, c’est-à-dire non parallèle à la direction de déplacement du tissu 20, permettant de découper chaque bande de tissus 45 afin d’obtenir des morceaux de tissus 25 en losange.
De préférence, le second ensemble 50 de moyens de coupe découpe selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement du tissu (découpe dite transversale), permettant de découper chaque bande de tissus afin d’obtenir des morceaux de tissus 25 sensiblement rectangulaires.
Le premier ensemble 40 de moyens de coupe comporte au moins un organe 42 de coupe longitudinale, tel qu’un élément coupant circulaire (lame circulaire, scie...).
De préférence, et comme l’illustre les figures 2A et 2B, le premier ensemble 40 comporte plusieurs organes 42 de coupe longitudinale. Ces organes sont séparés d’une largeur L définissant la largeur des bandes 45. Ces organes 42 peuvent être alignés sur un même axe A perpendiculaire à la direction D de déplacement (figure 2B à gauche), ou bien sur des axes parallèles différents (figure 2B à droite).
Le moyen de déplacement 30 du tissu 20 permet de déplacer le tissu 20 déposé sur le moyen 30 à une vitesse déterminée. Il peut s’agir d’un ou plusieurs convoyeurs. Sur l’exemple des figures 1A et 1B, le moyen de déplacement 30 comporte deux convoyeurs 30A et 30B.
Afin d’éviter un encrassement et/ou un bourrage du premier ensemble 40 de moyens de coupe, ce dernier est adapté à couper le tissu 20 selon une vitesse égale à la vitesse de déplacement du tissu 20.
Le second ensemble 50 de moyens de coupe comporte au moins une lame orientée selon un angle a non nul par rapport à la direction D de déplacement, de préférence perpendiculairement. II peut s’agir d’une lame circulaire, ou d’un coupeur de type guillotine, comme illustré sur la figure 3.
Un tel système 10 de découpe d’un tissu 20 de fibres de renfort, permet d’obtenir des morceaux 25 de tissus ayant une géométrie sensiblement identique.
Ces morceaux 25 de tissus peuvent donc être avantageusement utilisés pour fabriquer un semi-produit, une feuille en matière plastique renforcée pour le moulage, notamment de pièces automobiles.
Comme illustré sur la figure 4, l’invention concerne ainsi également un système 100 pour fabriquer une feuille en matière plastique renforcée pour le moulage, comportant au moins un convoyeur 110 mobile selon une direction d, au moins un système d’apport 120 de matière plastique sur le convoyeur 110 positionné à l’extrémité amont du convoyeur 110, et au moins un moyen d’apport de fibre 130 permettant de déposer des fibres de renfort sur la matière plastique déposée sur le convoyeur 110 par le système d’apport 120 de matière plastique. Le moyen d’apport de fibre 130 comporte :
un système 10 de découpe d’un tissu 20 de fibres de renfort, selon l’invention ; un moyen d’ouverture 132 (connu des spécialistes) des morceaux de tissu 25 issus du système 10 de découpe, afin de libérer des fibres de renfort 28 contenues dans les morceaux 25 ;
un moyen de distribution 134 (connu des spécialistes) des fibres de renfort issues du moyen d’ouverture 132 sur la matière plastique déposée sur le convoyeur 110.
Le moyen d’ouverture 132 peut comporter un moyen de coupe longitudinale, ou des rouleaux munis de picots ou de stries.
L’invention concerne également un procédé de recyclage de fibres de renfort contenues dans un tissu, pour fabriquer une feuille en matière plastique renforcée pour le moulage, notamment de pièces automobiles. Le procédé comporte les étapes suivantes, réalisées en continue :
on dispose un tissu 20 de fibres de renfort, tel qu’un tissu de fibres de carbone, en entrée d’un système 10 de découpe selon l’invention ; on découpe le tissu 20 en morceaux de tissus 25 ayant tous sensiblement la même géométrie ;
on ouvre les morceaux de tissu 25 issus du système 10 de découpe, afin de libérer des fibres de renfort contenues dans les morceaux 25 ; on dépose au moins une couche de matière plastique sur un convoyeur mobile selon une direction de déplacement ; puis
- on dépose les fibres de renfort issues de l’étape d’ouverture, sur ladite couche de matière plastique.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Système de découpe d’un tissu de fibres de renfort comportant un moyen de déplacement du tissu dans une direction de déplacement donnée, caractérisé en ce qu’il comporte successivement de l’amont vers l’aval selon le sens de déplacement du tissu :un premier ensemble de moyens de coupe selon une direction sensiblement parallèle à la direction d’avancement du tissu, permettant de découper des bandes de tissus allongées selon la direction de déplacement ;un second ensemble de moyens de coupe selon une autre direction, différente de la direction parallèle à la direction de déplacement du tissu, permettant de découper chaque bande de tissus afin d’obtenir des morceaux de géométrie sensiblement identique.
- 2. Système de découpe selon la revendication 1, dans lequel le second ensemble de moyens de coupe découpe selon une direction perpendiculaire à la direction (D) de déplacement du tissu permettant de découper chaque bande de tissus afin d’obtenir des morceaux de tissus sensiblement rectangulaire.
- 3. Système de découpe selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier ensemble comporte au moins un organe de coupe longitudinale.
- 4. Système de découpe selon la revendication 3, dans lequel l’organe de coupe longitudinale est un élément coupant circulaire.
- 5. Système de découpe selon la revendication 4, comportant plusieurs éléments coupants circulaires alignés sur différents axes perpendiculaires à la direction (D) de déplacement, et séparés d’une largeur définissant la largeur (L) des bandes.
- 6. Système de découpe selon la revendication 4, comportant plusieurs éléments coupants circulaires alignés sur un même axe (A) perpendiculaire à la direction (D) de déplacement, et séparés d’une largeur (L) définissant la largeur des bandes.
- 7. Système de découpe selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le moyen de déplacement du tissu est un convoyeur.
- 8. Système de découpe selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier ensemble est adapté à couper le tissu selon une vitesse égale à la vitesse de déplacement du tissu.
- 9. Système de découpe selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le second ensemble comporte au moins un coupeur de type guillotine.
- 10. Système (100) pour fabriquer une feuille en matière plastique renforcée pour le moulage, comportant au moins un convoyeur (110) mobile selon une direction, au moins un système d’apport (120) de matière plastique sur le convoyeur (110) positionné à l’extrémité amont du convoyeur (110), et au moins un moyen d’apport de fibre (130) permettant de déposer des fibres de renfort sur la matière plastique déposée sur le convoyeur (110) par le système d’apport (120) de matière plastique, caractérisé en ce que le moyen d’apport de fibre (130) comporte :un système, selon l’une des revendications précédentes, de découpe d’un tissu de fibres de renfort ;un moyen d’ouverture (132) des fibres de renfort contenues dans les morceaux de tissu issus du système de découpe ;un moyen de distribution (134) des fibres de renfort issues du moyen d’ouverture (132) sur la matière plastique déposée sur le convoyeur (110).
- 11. Procédé de recyclage de fibres de renfort contenues dans un tissu, pour fabriquer une feuille en matière plastique renforcée pour le moulage, notamment de pièces automobiles, caractérisé en ce que le procédé comporte en combinaison les étapes suivantes, réalisées en continue :on dispose un tissu de fibres de renfort, tel qu’un tissu de fibres de carbone, en entrée d’un système de découpe selon l’invention ;on découpe le tissu en morceaux de tissus ayant tous sensiblement la même géométrie ;on ouvre les fibres de renfort desdits morceaux de tissus ;on dépose au moins une couche de matière plastique sur un convoyeur mobile selon une direction de déplacement ; puis on dépose les fibres de renfort issues de l’étape d’ouverture, sur ladite couche de matière plastique.1/3Fîg.lA
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2016
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Legal Events
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