FR3093669A1 - Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné à partir d’un non-tissé thermoplastique et d’un renfort de fibres naturelles - Google Patents

Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné à partir d’un non-tissé thermoplastique et d’un renfort de fibres naturelles Download PDF

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Abstract

Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné à partir d’un non-tissé thermoplastique et d’un renfort de fibres naturelles L’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné (1) composé d’un renfort en fibres naturelles (2) imprégnées d’un polymère thermoplastique (3), comprenant les étapes suivantes : - on utilise une première bande (4) de renfort en fibres naturelles (2) et une deuxième bande (5) de non-tissé thermoplastique (3) avec une température de fusion TF ; - on dispose ladite première bande (4) et ladite deuxième bande (5) au contact l’une de l’autre ; - on achemine lesdites bandes (4,5) au niveau d’une première zone de chauffage (9) maintenue à une température T1 inférieure à TF ; - on achemine ensuite lesdites bandes (4, 5) au contact l’une de l’autre, au niveau d’une seconde zone de chauffage (11) maintenue à une température T2 supérieure TF ; - on presse ledit complexe (13) et on l’achemine au niveau d’une zone de refroidissement (15) pour obtenir finalement ledit renfort. (figure 1)

Description

Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné à partir d’un non-tissé thermoplastique et d’un renfort de fibres naturelles
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau composite.
Plus particulièrement, la présente invention est relative à un procédé de fabrication d’un matériau fibreux pré-imprégné de polymère thermoplastique, désigné sous le terme renfort fibreux pré-imprégné.
Le matériau renfort pré-imprégné obtenu par la mise en œuvre du procédé de la présente invention est constitué, d’une part, par un non-tissé thermoplastique, de préférence en polymère synthétique de type polypropylène (PP) ou de type acide polylactique (PLA), ou tout type de polymère thermoplastique, et, d’autre part, par une voile de renfort de fibres naturelles, courtes ou longues, par exemple en lin.
On connait déjà, dans l’état de la technique, la fabrication d’un matériau pré-imprégné thermodurcissable obtenu par calandrage à chaud, entre deux rouleaux, de renforts unidirectionnels en fibres naturelles, ou bien encore par imprégnation intégrale d’une couche de fibres dans un bain de résine thermodurcissable, suivi d’un séchage.
Ainsi, il a été imaginé, pour imprégner des renforts unidirectionnels en fibres naturelles de mettre en œuvre la technique de « film stacking », consistant en un chauffage et une compression simultanée de couches alternées, à savoir au moins une couche d’un film polymère et au moins une couche de fibres sèches.
Par exemple, cette opération peut être effectuée par calandrage à chaud d’un film polymère thermoplastique, entre deux cylindres ou rouleaux chauffés et entrainés en rotation.
Ce procédé présente l’avantage d’être aisé à mettre en œuvre, notamment pour ce qui est du calandrage à chaud. En outre, les films polymères thermoplastiques étant particulièrement répandus sur le marché, cette technique est particulièrement économique.
Ainsi, la technique du film stacking est particulièrement répandue depuis de nombreuses années.
Cependant, cette technique présente l’inconvénient d’être assez contraignante pour l’imprégnation de renforts en fibres naturelles susceptibles de contenir de l’humidité résiduelle.
En effet, cette humidité résiduelle non évacuée lors de la compression par calandrage, par exemple, est responsable de la formation de bulles ou de microbulles, dans le matériau final, aboutissant à créer de la porosité, les bulles étant responsables de problèmes esthétiques sur le matériau final, qui ne présente alors pas une surface lisse et homogène, mais également, et surtout, à des caractéristiques mécaniques dégradées.
A noter encore que l’indice de fluidité (ou MFI pour « Melt Flow Index ») des films thermoplastiques est généralement considéré comme étant particulièrement faible, avec un maximum de l’ordre de 8 g/10 min, sachant que l’indice de fluidité est défini comme étant la masse de polymère préchauffé, en grammes, s’écoulant en 10 minutes au travers d’un capillaire d’un diamètre et d’une longueur spécifiques, sous la pression d’un piston de poids standard. Un tel indice de fluidité bas implique que la résine, après fusion du polymère, n’imprègnera pas le renfort en fibres naturelles de manière optimale.
En d’autres termes, plus l’indice de fluidité d’un polymère est faible, moins la résine sera fluide et, en conséquence, moins l’imprégnation du renfort s’effectuera correctement.
Pour tenter de pallier, au moins en partie, aux inconvénients du film stacking, la méthode de saupoudrage d’une poudre de polymère thermoplastique sur le renfort de fibres naturelles, combinée à un calandrage à chaud, est de plus en plus répandue.
En effet, une telle technique permet, par rapport au film stacking, une amélioration de l’imprégnation du renfort, du fait, notamment, de l’indice de fluidité de la poudre, de l’ordre de 50g/10min, qui est substantiellement supérieur à l’indice de fluidité du film thermoplastique.
L’humidité résiduelle des fibres naturelles est également plus aisément éliminée lors de la compression. Toutefois, l’évacuation de l’humidité peut encore être améliorée pour obtenir une qualité de matériau finale optimale.
A noter, également, que la méthode de saupoudrage reste une technologie relativement coûteuse, car nécessitant des investissements importants, notamment dans l’achat d’un module de saupoudrage et/ou de calandrage, pour les sociétés n’étant pas préalablement équipées.
Dans l’état de la technique, on connait également, par le document de brevet publié sous le numéro WO 2017/134356, un procédé de réalisation de préformes tridimensionnelles en matériau composite, par formage de préformes initiales, avec des voiles.
Plus particulièrement, dans le domaine de la fabrication des pièces en matériau composite, il est connu de fabriquer une préforme tridimensionnelle, en réalisant, dans un premier temps, une préforme initiale de plusieurs couches, ou plis, de fibres qui sont superposées, suivi d’une étape de formage de la préforme initiale dans une presse, généralement à chaud, pour obtenir, finalement, une préforme tridimensionnelle de forme voulue. Celle-ci sera ensuite utilisée pour la fabrication d’une pièce composite.
Pour éviter le plissage des couches de fibres lors de la réalisation de formes complexes, on propose ici un procédé de réalisation d’une préforme tridimensionnelle dans lequel la préforme initiale, comprenant plusieurs plis superposés et constitués chacun de fibres continues unidirectionnelles et d’un premier polymère, est ensuite, lors du formage, prise en sandwich entre deux voiles externes, disposés aux interfaces entre ladite préforme initiale et l’outillage mâle et entre cette préforme et l’outillage femelle.
Les voiles externes sont constitués d’un second polymère, différent du premier, thermoplastique ou thermodurcissable, de préférence en polyamide, et restent solides tout en se déformant lors du formage, cette étape étant réalisée à une température de formage inférieure à la température de fusion dudit second polymère, tandis que le premier polymère constitutif des plis de la préforme initiale est liquide ou visqueux à la température de formage.
Toutefois, si une telle technologie semble présenter une certaine efficacité pour éviter le plissage des couches de fibres lors de la réalisation de formes complexes, on cherche ici à fabriquer une préforme tridimensionnelle complexe, nécessitant la mise en œuvre de différentes étapes dans un procédé long à mettre en œuvre, tandis que le problème de l’évacuation de l’humidité résiduelle dans la fabrication de renforts pré-imprégnés n’est pas résolu.
En effet, dans ce document de l’état de la technique, s’il est évoqué la réalisation de préformes dites sèches, comprenant une certaine proportion de liant autorisant une opération ultérieure d’imprégnation pour former une pièce composite, ou la réalisation d’une préforme initiale à partir de fibres pré-imprégnées d’un premier polymère thermoplastique ou thermodurcissable, aucune indication n’est donnée sur l’obtention de telles fibres présentant une qualité optimale, aussi bien en termes de caractéristiques mécaniques qu’esthétiques.
Ainsi, l’invention offre la possibilité de pallier les divers inconvénients de l’état de la technique en proposant un procédé de fabrication de fibres naturelles pré-imprégnées présentant une imprégnation du renfort ainsi que des caractéristiques mécaniques et esthétiques optimales pour la fabrication ultérieure d’un matériau composite de grande qualité, lequel procédé ayant permis une évacuation de l’humidité résiduelle des fibres naturelles.
En particulier, le produit final obtenu par la mise en œuvre du procédé présente des valeurs de contraintes/rigidité particulièrement intéressantes ainsi qu’une absence de porosité ou porosité très faible.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné composé d’un renfort en fibres naturelles imprégnées d’un polymère thermoplastique, ledit renfort fibreux pré-imprégné étant destiné à entrer dans la fabrication d’une pièce en matériau composite, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend, au moins, les étapes suivantes :
- on utilise une première bande de renfort en fibres naturelles et au moins une deuxième bande de non-tissé thermoplastique dont la température de fusion est notée TF;
- on dispose ladite première bande de renfort en fibres naturelles et ladite deuxième bande de non-tissé thermoplastique au contact l’une de l’autre ;
- on achemine ladite première bande et ladite deuxième bande au niveau d’une première zone de chauffage au sein de laquelle on applique une température T1 inférieure à la température de fusion TF, pour l’évacuation de l’humidité résiduelle de la première bande de renfort en fibres naturelles ;
- on achemine ensuite ladite première bande et ladite deuxième bande, au contact l’une de l’autre, au niveau d’une seconde zone de chauffage au niveau de laquelle on applique une température T2 supérieure à la température de fusion TF, pour la fusion de ladite deuxième bande de non-tissé thermoplastique et l’obtention d’un complexe constitué de fibres naturelles et de non-tissé thermoplastique fondu ;
- on presse ledit complexe ;
- on achemine ledit complexe au niveau d’une zone de refroidissement pour obtenir finalement ledit renfort fibreux pré-imprégné ;
- optionnellement, on enroule ledit renfort fibreux pré-imprégné sous la forme d’un rouleau.
Dans une première variante du procédé de l’invention, on utilise une seule bande de non-tissé thermoplastique.
Dans une autre variante de ce procédé, on utilise une deuxième bande et une troisième bande de non tissé thermoplastique, l’une venant sur une première face, supérieure, de ladite première bande de renfort en fibres naturelles et l’autre venant sur une deuxième face, inférieure, de ladite première bande de renfort en fibres naturelles.
Tout préférentiellement, on applique une température T1 au sein de ladite première zone de chauffage comprise entre 60 et 250°C.
En ce qui concerne ladite seconde zone de chauffage, on y applique, avantageusement, une température T2 comprise entre 100 et 280°C.
De manière intéressante, on applique une pression au cours de l’étape de pressage comprise entre 10 et 150 N/cm², de préférence égale à 80 N/cm².
Pour ce qui est de ladite première bande de renfort en fibres naturelles, longues ou courtes, on choisit préférentiellement des fibres de lin ou des fibres de jute ou des fibres de chanvre ou des fibres d’ortie ou des fibres de kénaf, ou un mélange de celles-ci.
Selon une autre particularité de l’invention, on utilise une deuxième bande de non-tissé thermoplastique fabriquée à base de polypropylène et de ses dérivés, ou d’acide polylactique (PLA) et de ses dérivés, ou de polyamide et de ses dérivés, ou de polyéthylène haute ou basse densité et de ses dérivés, ou de polyester et de ses dérivés, ou d’un mélange de plusieurs de ces composés thermoplastiques.
Selon un exemple de réalisation tout préférentiel, on utilise une première bande de renfort en fibres naturelles comportant des fibres de lin longues unidirectionnelles et une deuxième bande de non-tissé thermoplastique fabriquée à base de polypropylène.
Le procédé objet de la présente invention présente de nombreux avantages, et en particulier celui de fournir un matériau de type renfort en fibres naturelles, courtes ou longues, notamment en fibres de lin, pré-imprégné de manière homogène et optimale d’un polymère thermoplastique, d’une qualité supérieure à la qualité des substrat pré-imprégnés actuellement obtenus par la mise en œuvre des procédés connus.
Cette amélioration dans la qualité provient essentiellement d’une meilleure évacuation de l’humidité résiduelle des fibres naturelles au moment du chauffage, par l’utilisation d’une couche de non-tissé thermoplastique associée à la couche de fibres naturelles, aboutissant à une imprégnation optimale et homogène de ces fibres par le polymère.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l’invention, en référence à l’unique figure annexée décrite plus en détails ci-après :
  • La figure 1 représente, de manière schématique, et selon une vue de côté, les différentes étapes d’un mode de réalisation particulier et préférentiel du procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné de l’invention.
En référence à la figure 1 annexée, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné 1.
Selon l’invention, ledit renfort fibreux pré-imprégné 1 obtenu par la mise en œuvre du présent procédé, est composé au moins, d’une part, d’un renfort en fibres naturelles 2 et, d’autre part, d’un polymère thermoplastique 3, dont ledit renfort en fibres naturelles 2 est destiné à être imprégné au cours du procédé de l’invention.
A cet effet, dans une première étape du présent procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné 1, on utilise une première bande 4 d’un tel renfort en fibres naturelles 2 et au moins une deuxième bande 5 d’un matériau non-tissé thermoplastique 3, celui-ci présentant une température de fusion TFdéfinie.
A titre de remarque préliminaire, sera décrit ci-dessous une variante préférentielle de réalisation du procédé de l’invention, en référence à la figure 1, dans laquelle on utilise uniquement une deuxième bande 5 d’un matériau non-tissé thermoplastique 3, couplée à la bande de renfort 2.
Cela étant, il est également envisageable, dans une autre variante de réalisation tout aussi intéressante, d’utiliser deux bandes 5 d’un matériau non-tissé thermoplastique 3, avantageusement de même nature, mais pouvant également être fabriquées à partir de matériaux non-tissés thermoplastiques différents, lesdites deux bandes de non-tissé thermoplastique 3 venant alors prendre en sandwich la bande de renfort en fibres naturelles. Cette dernière constitue alors l’âme tandis que les bandes de non-tissé thermoplastique d’un côté et de l’autre de cette âme en fibres naturelles constituent les peaux.
A noter également que, au sens de la présente invention, on entend par matériau non-tissé thermoplastique un matériau sous la forme d’un voile, d’une nappe ou d’un matelas de fibres thermoplastiques disposées de manière aléatoire et maintenues entre elles de différentes façons.
Le matériau non-tissé thermoplastique 3 mis en œuvre dans la présente invention arbore, par conséquent, une certaine porosité, notamment par rapport aux films thermoplastiques, donc non poreux, utilisés dans les procédés de fabrication de matériaux composites pré-imprégnés de l’état de la technique.
Préférentiellement, ce matériau non-tissé thermoplastique 3 est fabriqué à partir de polypropylène (PP) et de ses dérivés, ou d’acide polylactique (PLA) et de ses dérivés, ou de polyamide (nylon) et de ses dérivés, ou de polyéthylène haute ou basse densité et de ses dérivés, ou de polyester et de ses dérivés ou bien encore d’un mélange de ces composés thermoplastiques ou de tout autre polymère thermoplastique.
Encore plus préférentiellement, le matériau non-tissé thermoplastique 3 est fabriqué à partir de polypropylène.
En ce qui concerne à présent le renfort 2 en fibres naturelles, dans un exemple de réalisation particulièrement avantageux, celui-ci est à base de fibres naturelles, courtes ou longues, de lin, ou de fibres de jute, ou de fibre de chanvre, ou de fibres d’ortie, ou de fibres de kénaf, ou tout autre type de fibres naturelles potentiellement utilisables dans le domaine du composite, ou bien encore à base d’un mélange de ces fibres naturelles précitées.
Tout préférentiellement, on utilise, dans l’invention, un renfort en fibres naturelles de lin 2, dont les fibres sont avantageusement longues, présentant une longueur comprise par exemple entre 1 et 60 cm, de préférence sensiblement égale, ou égale à 30 cm, et 100% orientées, en d’autres termes de fibres naturelles de lin unidirectionnelles.
Dans une deuxième étape du procédé objet de la présente invention, on dispose ladite première bande 4 de renfort en fibres naturelles 2 et ladite deuxième bande 5 de non-tissé thermoplastique 3 au contact l’une de l’autre.
Dans un exemple de réalisation dudit procédé, la mise au contact des première 4 et deuxième 5 bandes est effectuée par un dispositif 6, illustré sur la figure 1, et permettant une mise en œuvre automatisée du procédé de l’invention.
Un tel dispositif 6 comprend préférentiellement, entre autres, au moins, des moyens de déroulement 7 d’un premier rouleau de renfort en fibres naturelles 2 ainsi que des moyens de déroulement 8 d’un deuxième rouleau de non-tissé thermoplastique 3 pour la formation, respectivement, desdites première 4 et deuxième 5 bandes, celles-ci se rapprochant progressivement jusqu’à venir en contact l’une de l’autre.
Dans la variante de réalisation du procédé, non représentée, dans laquelle on utilise une première bande 4 de renfort en fibres naturelles 2, une deuxième bande 5, et une troisième bande, d’un matériau non-tissé thermoplastique 3, ladite deuxième et ladite troisième bande prenant en sandwich ladite première bande 4, le dispositif 6 pour la mise en œuvre du procédé de l’invention, comporte, en outre, des moyens de déroulement de cette troisième bande de non-tissé thermoplastique. Dans cette hypothèse, les deux rouleaux de non tissés sont positionnés de part et d’autre du rouleau de renfort 2, en entrée du dispositif 6, en sorte que la deuxième bande de non-tissé thermoplastique 3 vienne au contact sur une première face supérieure de ladite première bande 4 de renfort 2 et que la troisième bande vienne au contact sur sa face inférieure opposée.
Pour en revenir à la variante de réalisation du procédé de l’invention dans laquelle on utilise uniquement une première bande 4 de renfort en fibres naturelles 2 et une deuxième bande 5 de non tissé thermoplastique, le rapprochement progressif des deux bandes 4 et 5 s’effectue, tout préférentiellement, au cours d’une d’étape dans laquelle on achemine la première bande 4 de renfort en fibres naturelles 2 et la deuxième bande 5 de non-tissé thermoplastique 3 au niveau d’une première zone de chauffage 9 que comporte ledit dispositif 6.
Au sein de cette première zone de chauffage 9, on applique, avantageusement, une température inférieure à la température de fusion TFdu matériau non-tissé thermoplastique 3. Une telle température est atteinte au travers de moyens de chauffage adaptés 10 représentés, sur la figure annexée, par des moyens de chauffage localisés en partie supérieure et en partie inférieure dudit dispositif 6.
Lorsque les deux bandes 4 et 5 passent au sein de cette première zone de chauffage 9, tout en se rapprochant pour venir en contact l’une de l’autre, on permet, de manière particulièrement avantageuse, une évacuation de l’humidité susceptible d’être toujours présente au niveau du matériau renfort en fibres naturelles 2 de la première bande 4, au travers de la structure poreuse du matériau non-tissé thermoplastique 3 dont est constituée la deuxième bande 5.
A noter, par ailleurs, que sur la figure annexée, la première bande 4 du renfort en fibres naturelles 2 est représentée comme étant positionnée au-dessus de la deuxième bande 5 de matériau non-tissé thermoplastique 3 pour une évacuation de l’humidité résiduelle au sein de ladite première bande 4, au cours des premières étapes du procédé de l’invention, ce positionnement n’étant toutefois pas limitatif du procédé objet de l’invention.
En effet, il est tout à fait envisageable que le positionnement soit inverse, c’est-à-dire que la deuxième bande 5 de matériau non-tissé thermoplastique 3 se trouve au-dessus de ladite première bande 4, et que l’évacuation de l’humidité résiduelle du renfort en fibres naturelles 2 soit tout aussi optimale.
A noter encore, toujours en référence à l’illustration schématique de la figure annexée, que les deux bandes 4, 5 sont représentées comme n’étant pas en contact l’une de l’autre en entrée de la première zone de chauffage 9, et venant en rapprochement l’une de l’autre au fur et à mesure de l’avancement desdites deux bandes 4, 5 au sein de cette zone 9, entre le moyen de chauffage supérieur et le moyen de chauffage inférieur.
Il est bien évidemment envisageable que lesdites deux bandes 4, 5 soient déjà en contact l’une avec l’autre à l’entrée de ladite première zone de chauffage 9 et qu’elles soient acheminées tout le long de cette zone 9 au contact l’une de l’autre, sans pour autant altérer l’évacuation de l’humidité résiduelle présente au sein de la première bande 4 de du renfort en fibres naturelles 2.
Dans cette première zone de chauffage 9, on applique, de préférence, une température T1 comprise entre 60 et 250°C, celle-ci étant choisie en fonction de la nature du matériau non-tissé thermoplastique 3 dont est constituée la deuxième bande 5, en tenant compte du fait que cette température T1 appliquée doit impérativement être inférieure à la température de fusion TFdudit matériau 3.
Ainsi, dans l’exemple de réalisation particulièrement préférentiel dans lequel le matériau non-tissé thermoplastique 3 consiste en du polypropylène, dont la température de fusion TFest généralement considérée comme étant de l’ordre de 170°C selon sa tacticité, en d’autres termes selon le degré et la forme de régularité de la répartition des groupements substituants par rapport à la chaîne aliphatique principale, on appliquera préférentiellement une température T1, dans la première zone de chauffage 9, inférieure à 160°C.
Encore plus préférentiellement, cette température T1 appliquée au sein de ladite première zone de chauffage 9 est la plus élevée possible, tout en évitant aussi bien la fusion du matériau non-tissé thermoplastique 3 de la bande 5 que la dégradation thermique des fibres naturelles 2 de la bande 4, afin d’évacuer l’humidité contenue dans lesdites fibres 2 le plus rapidement possible.
L’élimination efficace de cette humidité obtenue par la mise en œuvre du procédé de l’invention permet d’éviter la création d’une porosité, par la formation de bulles ou de microbulles, dans le produit final, à savoir le renfort fibreux pré-imprégné 1, qui présente alors une qualité optimale, notamment en termes de caractéristiques mécaniques.
En effet, la présence d’une porosité en un point d’un matériau est nécessairement synonyme de caractéristiques mécaniques dégradées en ce point, par rapport aux caractéristiques mécaniques d’autres zones du matériau ne présentant pas cette porosité. Le procédé de l’invention permet d’éviter cela et de garantir l’obtention d’un renfort fibreux pré-imprégné 1 présentant des caractéristiques mécaniques, et esthétiques, homogènes et optimales sur l’intégralité de sa surface.
Suivant cette première étape de chauffage dont la fonction principale est l’évacuation de l’humidité résiduelle des fibres naturelles 2, on achemine ensuite ladite première bande 4 et ladite deuxième bande 5, au contact l’une de l’autre, au niveau d’une seconde zone de chauffage 11, que comporte également ledit dispositif 6.
Cette seconde zone de chauffage 11 est localisée de préférence immédiatement en aval de la première zone de chauffage 9, tenant compte du sens d’acheminement des bandes 4, 5, représenté par la flèche sur la figure annexée.
Au niveau de cette seconde zone de chauffage 11, on applique une température T2 qui est, cette fois, supérieure à la température de fusion TFdu matériau non-tissé thermoplastique 3.
De manière avantageuse, comme illustré sur la figure jointe, on applique cette température T2 grâce à l’action de moyens de chauffage adaptés 12 représentés, sur la figure annexée, par des moyens de chauffage en partie supérieure et en partie inférieure dudit dispositif 6.
Dans cette seconde zone de chauffage 11, on applique, de préférence, une température T2 comprise entre 100 et 280°C, celle-ci étant, tout comme la température T1, choisie en fonction du matériau non-tissé thermoplastique 3 dont est constituée la deuxième bande 5.
La température T2 doit, cette fois-ci, impérativement être supérieure à la température de fusion TFdudit matériau 3.
En reprenant l’exemple dans lequel le matériau non-tissé thermoplastique 3 consiste en du polypropylène, dont la température de fusion TFest environ de 170°C, on appliquera, préférentiellement, une température T2 dans la seconde zone de chauffage 11 supérieure à 180°C, et plus préférentiellement encore, une température T2 de l’ordre de 200°C.
L’application, au sein de cette seconde zone de chauffage 11, d’une température T2 supérieure à la température de fusion TF, permet, une fois l’évacuation de l’humidité dans la première zone de chauffage 9, d’entraîner la fusion de ladite deuxième bande 5 de non-tissé thermoplastique 3 et la diffusion homogène de ce non-tissé thermoplastique fondu au sein des fibres naturelles du renfort 2.
On obtient, alors, un complexe 13 constitué de fibres naturelles et de non-tissé thermoplastique fondu.
Le complexe 13 ainsi obtenu est ensuite acheminé au niveau d’un dispositif de calandrage 14, que comprend le dispositif 6 de mise en œuvre du procédé de l’invention, pour la réalisation de l’étape de pressage.
Ce dispositif de calandrage 14 est localisé avantageusement immédiatement en aval de la deuxième zone de chauffage 12, tenant compte du sens d’acheminement des bandes 4, 5, puis du complexe 13, à l’intérieur dudit dispositif 6.
Le dispositif de calandrage 14 se présente, préférentiellement, sous la forme d’un premier rouleau presseur 14a, opérant par le dessus et d’un second rouleau presseur 14b opérant par le dessous, la bande 13 constituée de fibres naturelles et de non-tissé thermoplastique fondu passant entre lesdits deux rouleaux presseurs 14a, 14b, pour garantir une homogénéisation de la diffusion du non-tissé thermoplastique fondu dans l’ensemble de l’épaisseur des fibres naturelles 2.
De préférence, mais non limitativement, on applique une pression, au cours de cette étape de pressage, de préférence au moyen dudit dispositif de calandrage 14, comprise entre 10 et 150 N/cm², de préférence égale à 80 N/cm².
Dans un autre exemple de réalisation du procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné 1 selon l’invention, non représenté sur les figures, il est envisageable que l’étape au cours de laquelle on applique la température T2 supérieure à la température de fusion TFdu thermoplastique 3, pour l’obtention du complexe 13, et l’étape au cours de laquelle on presse ledit complexe 13, soient effectuées de manière simultanée.
Dans un tel exemple de réalisation, non représenté sur la figure jointe, le dispositif de calandrage 14 assure, en plus de la fonction de pressage, une fonction de chauffage jusqu’à une température T2 supérieure à la température de fusion TFdu thermoplastique 3.
Cela étant, quel que soit le mode de réalisation choisi, une fois l’étape de pressage du complexe 13 constitué de fibres naturelles et de non-tissé thermoplastique fondu effectuée, ce complexe 13 est entrainé au niveau d’une zone de refroidissement 15 que comporte avantageusement le dispositif 6.
Cette zone de refroidissement 15 est localisée de préférence immédiatement en aval du dispositif de calandrage 14, tenant compte du sens d’acheminement des bandes 4, 5 puis du complexe 13, à l’intérieur dudit dispositif 6.
Au niveau de cette zone de refroidissement 15, il est appliqué préférentiellement une température ambiante, de l’ordre de 20°C, ou une température inférieure, comprise entre 5 et 15 °C, au travers de moyens adaptés, par exemple sous la forme de moyens de réfrigération 16 en partie supérieure et en partie inférieure du dispositif 6.
La présence de cette zone de refroidissement 15 permet de refroidir le complexe 13 pour une solidification de celui-ci, au travers plus particulièrement d’une solidification du thermoplastique 3 diffusé de manière homogène au sein des fibres naturelles 2.
Ainsi, à la sortie de cette zone de refroidissement 15, on obtient le produit final recherché, à savoir le renfort fibreux pré-imprégné 1.
Optionnellement, ce renfort fibreux pré-imprégné 1 est ensuite enroulé sous la forme d’un rouleau 17 au travers de moyens d’enroulement adaptés, par exemple sous la forme d’un enrouleur, pour pouvoir stocker aisément le produit final 1 obtenu, dans l’attente de l’utilisation de ce renfort fibreux pré-imprégné 1 pour fabriquer, notamment, des pièces en matériau composite dans des domaines divers tels que l’automobile, l’aéronautique, la mécanique, etc.
A noter que, tout le long du procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné 1 selon l’invention, au moyen du dispositif 6, l’acheminement des bandes 4 et 5, puis du complexe 13 et enfin dudit renfort fibreux pré-imprégné 1 s’effectue par l’intermédiaire de moyens d’entraînement adaptés couplés, préférentiellement, à des moyens moteurs.
De manière avantageuse, on utilise, pour la mise en œuvre automatisée du procédé de l’invention, un dispositif 6 consistant en une presse double bande, permettant, tout au long du cheminement des bandes 4 et 5 au sein de ce dispositif 6, l’application d’une compression légère entre ces deux bandes, favorisant un préassemblage de celles-ci, en plus du dispositif de calandrage 14 au niveau duquel est vraiment appliqué la pression pour la mise en forme du produit.
Le renfort pré-imprégné 1 obtenu par la mise en œuvre de la présente invention peut ensuite, de manière particulièrement avantageuse, entrer dans la composition de préformes tridimensionnelles présentant des qualités optimales, par une opération de formage à chaud, également appelée opération d’emboutissage, avant de former, par des opérations encore ultérieures, de moulage et/ou de drapage, une pièce en matériau composite.
Le procédé de la présente invention permet d’obtenir un renfort pré-imprégné 1, formé d’un non-tissé thermoplastique 3, calandré sur un voile de renfort en lin 2, présentant des caractéristiques mécaniques et esthétiques optimisées, et pouvant être utilisé dans la fabrication de pièces en matériau composite, notamment pour le domaine de la mécanique ou du transport tel que l’automobile, l’aéronautique, le spatial ou encore le domaine ferroviaire.
En particulier, la pièce en matériau composite obtenue par l’utilisation du renfort pré-imprégné 1 selon l’invention peut consister en un panneau avec une âme en nids d’abeille, en carton, en mousse ou en polymère thermoplastique, qui serait ainsi, avantageusement, exempte de formaldéhyde.

Claims (9)

  1. Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné (1) composé d’un renfort en fibres naturelles (2) imprégnées d’un polymère thermoplastique (3), ledit renfort fibreux pré-imprégné (1) étant destiné à entrer dans la fabrication d’une pièce en matériau composite, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend, au moins, les étapes suivantes :
    • on utilise une première bande (4) de renfort en fibres naturelles (2) et au moins une deuxième bande (5) de non-tissé thermoplastique (3) dont la température de fusion est notée TF;
    • on dispose ladite première bande (4) de renfort en fibres naturelles (2) et ladite deuxième bande (5) de non-tissé thermoplastique (3) au contact l’une de l’autre ;
    • on achemine ladite première bande (4) et ladite deuxième bande (5) au niveau d’une première zone de chauffage (9) au sein de laquelle on applique une température T1 inférieure à la température de fusion TF, pour l’évacuation de l’humidité résiduelle de la première bande (4) de renfort en fibres naturelles (2) ;
    • on achemine ensuite ladite première bande (4) et ladite deuxième bande (5), au contact l’une de l’autre, au niveau d’une seconde zone de chauffage (11) au niveau de laquelle on applique une température T2 supérieure à la température de fusion TF, pour la fusion de ladite deuxième bande (5) de non-tissé thermoplastique (3) et l’obtention d’un complexe (13) constitué de fibres naturelles et de non-tissé thermoplastique fondu ;
    • on presse ledit complexe (13) ;
    • on achemine ledit complexe au niveau d’une zone de refroidissement (15) pour obtenir finalement ledit renfort fibreux pré-imprégné (1) ;
    • optionnellement, on enroule ledit renfort fibreux pré-imprégné (1) sous la forme d’un rouleau (17).
  2. Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’on utilise une seule bande (5) de non-tissé thermoplastique (3).
  3. Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’on utilise une deuxième bande (5) de non tissé thermoplastique (3) et une troisième bande de non tissé thermoplastique (3), l’une venant sur une première face supérieure de ladite première bande (4) de renfort en fibres naturelles (2) et l’autre venant sur une deuxième face inférieure de ladite première bande (4) de renfort en fibres naturelles (2).
  4. Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’on applique une température T1 au sein de ladite première zone de chauffage (9) comprise entre 60 et 250°C.
  5. Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’on applique une température T2 au sein de ladite seconde zone de chauffage (11) comprise entre 100 et 280°C.
  6. Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’on applique une pression au cours de l’étape de pressage comprise entre 10 et 150 N/cm², de préférence égale à 80 N/cm².
  7. Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’on utilise une première bande (4) de renfort en fibres naturelles, longues ou courtes, (2) comportant des fibres de lin ou des fibres de jute ou des fibres de chanvre ou des fibres d’ortie ou des fibres de kénaf, ou un mélange de celles-ci.
  8. Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’on utilise une deuxième bande (5) de non-tissé thermoplastique (3) fabriquée à base de polypropylène et de ses dérivés, ou d’acide polylactique (PLA) et de ses dérivés, ou de polyamide et de ses dérivés, ou de polyéthylène haute ou basse densité et de ses dérivés, ou de polyester et de ses dérivés ou d’un mélange de plusieurs de ces composés thermoplastiques.
  9. Procédé de fabrication d’un renfort fibreux pré-imprégné (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’on utilise une première bande (4) de renfort en fibres naturelles (2) comportant des fibres de lin longues unidirectionnelles et une deuxième bande (5) de non-tissé thermoplastique (3) fabriquée à base de polypropylène.
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