TISSU CHAINE ET TRAME A BASE DE FILS TECHNIQUES MULTIFILAMENTS A PREDOMINANCE SANS TORSION ET PROCEDE D'OBTENTION

Tissu chaîne et trame à base de fils techniques multifilaments à prédominance sans torsion et procédé d'obtention

L'invention concerne le domaine des structures textiles destinées à la réalisation de matériaux composites. Elle est plus particulièrement relative à un tissu chaîne et trame réalisé, en majeure partie, à base de fils techniques multifilaments de titre relativement élevé pour un grammage relativement faible, et au procédé d'obtention correspondant.

On sait que les matériaux composites connaissent un grand développement, en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques alliées à un faible poids. De tels matériaux comprennent essentiellement un renfort textile et une matrice de résine. L'homme du métier sait que la production de ces matériaux entraîne un certain nombre de difficultés. En effet, pour certaines utilisations, notamment dans le domaine aéronautique, les propriétés mécaniques des matériaux composites sont définies de façon stricte.

On exige souvent que les structures textiles utilisées dans les matériaux composites soient suffisamment serrées pour conserver une géométrie régulière et une aptitude convenable à la manipulation, tout en autorisant une pénétration satisfaisante de la résine lors de la fabrication du composite. Ceci permet d'obtenir des propriétés mécaniques satisfaisantes dans le composite final. On est alors conduit à mettre en oeuvre des fibres suffisamment fines pour constituer de telles structures serrées. En fonction du grammage souhaité pour la structure, on choisit un fil permettant d'obtenir une couverture parfaite, c'est-à-dire un étalement régulier qui ne laisse pas apparaître de porosités ou encore corrélativement, permettant d'obtenir un taux volumique important. On constate que plus le grammage de la structure textile est faible, plus le titre des fibres, c'est-à-dire la masse linéique de chaque fibre, doit être faible. Cependant, les fils fins ont un coût relativement élevé et ceci est particulièrement vrai pour les fils de carbone actuellement disponibles sur le marché. Ainsi, le prix des fils de carbone 1K (1000 filaments) atteint environ quatre fois celui des fils 3K et de six à huit fois celui des fils 6K. On comprend que plus le nombre de filaments constituant les fils est important, plus le titre des fils est élevé.

On a donc intérêt à utiliser des fils plus grossiers dont le prix diminue au fur et à mesure que leur grosseur augmente. Par exemple, les fils de carbone 6K (6000 filaments) , qui sont deux fois plus gros que les fils 3K, sont sensiblement 30 % moins chers. Il en est de même pour les fils 12 K qui sont aujourd'hui disponibles sur le marché et dont le prix est de 30 % inférieur à celui des fils 6K.

Pour maintenir et augmenter leur part de marché, les matériaux composites doivent être proposés à des prix inférieurs à ceux actuellement pratiqués. En particulier dans le domaine de l'aéronautique, on souhaite que le prix d'une pièce en composite corresponde à celui de la pièce en aluminium, ce qui nécessite des réductions de coût importantes. Le prix des fibres et notamment des fibres de carbone, ayant une influence directe sur les coûts des pièces composites, le choix du type de fibres est décisif.

Ce sont notamment les fils 6K et 12K qui permettent de réduire les coûts. Ainsi, un tissu à base de fils 6K est environ 30 % moins cher qu'un tissu à base de fils 3K, pour un même grammage. Un tissu réalisé à base de fils 12K est environ 50 % moins cher qu'un tissu de même grammage, à base de fils 3K.

Cependant, si l'on remplace des fils fins par des fils de titre plus élevé, en conservant le même grammage, par exemple quatre fils 3K par un fil 12K, on génère au sein des tissus réalisés des vides d'autant plus importants que les -grammages sont peu élevés.

Ainsi, des fils plus grossiers sont impropres à une utilisation dans des structures textiles dont le grammage ou encore la masse surfacique est relativement faible, lorsque l'on utilise des procédés de tissage classiques. En effet, les structures obtenues sont trop lâches et en outre, elles ne peuvent pas être aisément manipulées à la sortie du métier à tisser. C'est pourquoi, l'utilisation de fils plus grossiers est aujourd'hui limitée à des tissus de grammage relativement élevés. L'analyse des tissus carbone équilibrés disponibles sur le marché, c'est-à- dire dont la masse des fils de chaîne est identique à la masse des fils de trame, et présentant une surface uniforme sans porosité, permet d'établir une relation entre le fil utilisé et le grammage du tissu. Ainsi, les fils 1K sont utilisés pour des tissus dont le grammage est généralement compris entre 90 et 210 g/m ² .

Des tissus de plus faible grammage que 90 g/m ² sont réalisables à partir de fils 1K mais ils présentent une porosité incompatible avec un objectif de couverture parfaite.

En ce qui concerne les fils 3K, le grammage des tissus est généralement compris entre 180 et 400 g/m ² ; pour les fils 6K, il va généralement de 260 à

600 g/m ² et enfin pour les fils 12K, il est compris généralement entre 465 et 800 g/m ² .

La remarque formulée pour les tissus de carbone à base de fils 1K relative à la masse minimum des tissus est également applicable aux tissus carbone obtenus à partir de fils 3K, 6K et 12K.

On connaît dans le domaine de 1'industrie textile, divers procédés permettant de diminuer la porosité existant à l'origine dans une structure textile.

Ainsi, le document FR - 2 418 693 décrit un procédé permettant de diminuer la porosité d'un tissu préimprégné, et plus particulièrement un tissu imprégné constitué de fibres de carbone, sans nécessiter de fibres plus fines.

Ce procédé consiste successivement à former une fibre de filaments possédant une section transversale relativement circulaire, à tisser la fibre pour former un tissu présentant des interstices relativement grands, à imprégner le tissu avec une résine non durcie, à charger un cylindre contre une face du tissu imprégné tout en supportant 1'autre face du tissu au moins en face du cylindre et à déplacer le cylindre sur le tissu un nombre de fois suffisant pour obtenir l'aplatissement souhaité de la fibre.

Le calandrage ainsi effectué permet d'aplatir la fibre et ainsi de réduire les dimensions des interstices, ce qui permet de faciliter le remplissage des interstices lorsque la résine durcit et donc de réduire la porosité dans le produit stratifié fini durci.

Cependant, la réalisation d'un tissu sec présente de plus grandes difficultés du fait de l'absence d'un matériau additionnel qui peut remplir les interstices entre les fils.

Pourtant, dans le cadre de la fabrication de matériaux composites, on souhaite disposer de tissus non imprégnés ou secs. Ceci est notamment dû au fait qu'ils peuvent être utilisés de façon très générale, avec tout type de résine.

On peut également citer le document EP-0 302 449, qui décrit un procédé pour réduire les intestices dans un tissu. Ce procédé a été conçu pour des tissus classiques, réalisés à base de fils fins, notamment des fibres 3K. Il a, en effet, été constaté que de tels tissus comportent des porosités qu'il est nécessaire de réduire pour obtenir une distribution uniforme des fibres et de la résine, dans le composite final.

Ce document ne prévoit pas l'utilisation de fils de titre relativement élevé. Le procédé n'est d'ailleurs pas conçu pour des fils de titre élevé, puisque le document constate que des tissus classiques à base de fils fins comportent déjà des porosités compromettant les propriétés du composite final. Il est donc apparu nécessaire de proposer un tissu réalisé à partir de fils techniques dont le titre est relativement élevé par rapport au grammage du tissu, le tissu présentant une porosité ou encore un taux volumique de fibres compatible avec une utilisation dans la fabrication d'un matériau composite présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes.

Dans l'ensemble de la description, on désignera par taux volumique de fibres (TVF) , la grandeur définie de la façon suivante: masse du tissu/densité de la matière du fil

TVF = largeur unitaire x longueur unitaire x épaisseur

On comprend que le taux volumique des fibres peut être calculé en tout point du tissu.

De même, dans l'ensemble de la description, on entendra par "un TVF sensiblement constant dans le tissu", un TVF dont la valeur moyenne est constante, une dispersion locale de ±3% étant tolérée.

L'invention concerne donc un tissu chaîne et trame à base de fils techniques mμltifilaments, dont au moins 80 % en poids des fils présentent en combinaison les caractéristiques suivantes :

(a) - le titre des fils, pour un grammage donné du tissu, est supérieur à celui traditionnellement utilisé,

(b) - les fils ne présentent pas de torsion supérieure à la torsion d'origine des fils avant tissage, lesquels sont, dans la même proportion, des fils à 0 tour de torsion/m. (c) - la largeur des fils est sur toute la longueur des fils, supérieure ou égale à la largeur d'origine des fils avant tissage ;

Ces fils constituant tous les fils dans la direction comportant la plus grande part de fils en poids lorsque le rapport en poids des fils de trame et des fils de chaîne est supérieur ou égal à 80/20 et tous les fils du tissu lorsque ce rapport est inférieur à

80/20, le taux volumique de fibres étant sensiblement constant dans le tissu et supérieur ou égal à celui d'un tissu traditionnel à base de.fils de titre égal ou plus faible.

L'invention concerne également un tissu chaîne et trame, à base de fils techniques multifilaments, présentant en combinaison les caractéristiques suivantes:

(a) - le titre, pour un grammage donné du tissu, est supérieur à celui traditionnellement utilisé; (b) - les fils de chaîne et de trame ne présentent pas une torsion supérieure à la torsion d'origine des fils avant tissage, lesquels sont des fils à 0 tour de torsion/m;

(c) - la largeur des fils de chaîne et de trame est sur toute la longueur des fils, supérieure ou égale à la largeur d'origine des fils avant tissage;

(d) - le taux volumique de fibres est sensiblement constant dans le tissu et supérieur ou égal à celui d'un tissu traditionnel à base de fils de titre égal ou plus faible. L'invention concerne aussi un tissu tel que la part en poids des fils de chaîne (ou de trame) est inférieure ou égale à 20 %, ces fils constituant l'armure de liage du tissu unidirectionnel trame (ou chaîne) .

De préférence également, le tissu chaîne et trame selon 1'invention est réalisé à base de fils de carbone, de verre, de polyéthylène haute densité, d'aramide, de carbure de silicium, de céramique ou encore à base de mélanges et combinaisons de tels fils.

De façon plus particulière, l'invention concerne un tissu chaîne et trame réalisé à base de fils de carbone 6K, le grammage du tissu étant d'environ 200 g/m ² , notamment 193 g/m ² et le taux volumique de fibres d'environ 38%, sous une pression de 10 ⁴ Pa.

L'invention concerne aussi un tissu chaîne et trame réalisé à base de fils de carbone 12K, le grammage du tissu étant d'environ 200 g/m ² , notamment

193 g/m ² et le taux volumique de fibres supérieur ou égal à 38 %, sous une pression de 10 ⁴ Pa.

Elle concerne également un tissu chaîne et trame réalisé à base de fils d'aramide dont le titre est d'environ 240 tex, le grammage du tissu étant d'environ 180 g/m ² , notamment 175 g/m ² et le taux volumique de fibres supérieur ou égal à 42 %, sous une pression de 10 ⁴ Pa.

L'invention concerne de plus un tissu réalisé à base de fils de verre, 80 % en poids des fils de trame (ou de chaîne) étant des fils dont le titre est d'environ 320 tex, le grammage du tissu étant d'environ 120 g/m ² et le taux volumique de fibres étant supérieur ou égal à 26 % , sous une pression de 10 ⁴ Pa.

L• invention concerne également un procédé d'obtention d'un tissu chaîne et trame à base de fils techniques multifilaments dont au moins 80 % en poids sont des fils à 0 tour de torsion/m dont le titre, pour un grammage donné du tissu, est supérieur à celui traditionnellement utilisé, consistant à:

- dérouler les fils à 0 tour de torsion sans leur apporter de torsion,

- tisser les fils de façon à ce que leur largeur soit, sur toute leur longueur, supérieure ou égale à la largeur d'origine des fils avant tissage, lesdits fils sans torsion étant placés dans la direction (chaîne ou trame) comportant la plus grande part de fils en poids lorsque le rapport en poids des fils de chaîne et de trame est supérieur à 80/20, ces fils constituant tous les fils du tissu lorsque ledit rapport est inférieur à 80/20, le taux volumique de fibres dans le tissu étant sensiblement constant et supérieur ou égal à celui d'un tissu traditionnel à base de fils de titre égal ou plus faible. De préférence, lorsque la part en poids des fils de chaîne (ou de trame) est inférieure à 20 %, ces fils sont déroulés et tissés de manière classique.

De façon préférée, le procédé consiste de plus à étaler les fils dans le tissu obtenu. Dans un premier mode de mise en oeuvre du procédé, l'étape d'étalement est effectuée après le tissage. Dans un deuxième mode de mise en oeuvre, l'étape d'étalement est effectuée avant une transformation ultérieure du tissu, telle qu'un poudrage, une préimprégnation ou un contre-collage. Dans un autre mode, le procédé consiste également à étaler les fils avant de procéder au tissage. Ce moyen contribue à l'obtention d'un taux volumique de fibres approprié dans le tissu final.

L'invention est également relative à un dispositif pour étaler les fils dans le tissu, conformément au procédé d'obtention selon l'invention. Selon l'invention, le dispositif comprend un vibrateur sur lequel est monté un rouleau tournant, destiné à venir en contact avec le tissu. De façon préférée, le vibrateur est un vibrateur pneumatique dont la fréquence est de 100 Hertz sous une pression de 6 10 ⁵ Pa.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 illustre schématiquement une vue d'ensemble d'une installation pour l'obtention d'un tissu selon l'invention;

- La figure 2, qui représente schématiquement un dispositif de déroulement de trame, est une coupe partielle de la figure 1 selon II-II;

- la figure 3 représente schématiquement un dispositif d'étalement des fibres dans le tissu,

- la figure 4 comprend les figures 4a à 4d qui sont des histogrammes illustrant le taux volumique de fibres pour un tissu donné, obtenu par trois modes de réalisation différents,

- la figure 5 comprend les figures 5a à 5c qui illustrent l'Exemple 1, la figure 5a montrant un tissu chaîne et trame réalisé selon un tissage standard, la figure 5b un tissu réalisé selon un tissage avec trame à la déroulée et la figure 5c un tissu obtenu par un tissage avec trame à la déroulée et vibration et - la figure 6 comprend les figures 6a et 6b et illustre le Tissu n°4 de l'Exemple n°l, la figure 6a représentant le Tissu n°4 après tissage avec trame à la déroulée et la figure 6b, le Tissu n°4 après tissage avec trame à la déroulée et vibration. Les éléments en commun aux différentes figures seront désignés par les mêmes références.

On se réfère à la figure 1 qui est un diagramme illustrant la fabrication en continu des tissus chaîne et trame selon l'invention. Comme représenté à la figure 1, un dispositif

1 permet d'alimenter le métier à tisser 4 en fils de chaîne 2. Il est conçu pour dévider des fils de chaîne sans leur apporter de torsion, et en leur conférant une tension appropriée. Ainsi, les fils de chaîne 2 ne présentent pas de torsion supérieure à la torsion d'origine des fils.

De préférence, en chaîne et en trame, on utilise des fils qui ne comportent pas de torsion à l'origine. Ces fils sont couramment appelés des fils à O tour de torsion/m ou fils "O torsion". L'intérêt de ne pas apporter de torsion aux fils sera expliqué plus en détail en ce qui concerne les fils de trame. Les fils de chaîne 2 sont amenés (flèche FI) vers le métier à tisser 4. Celui-ci est représenté schématiquement et comprend des cadres 5, un peigne 6 et une lance 7. La lance 7 introduit, dans les fils de chaîne, un fil de trame 8 qui provient (flèche F2) d'une bobine de trame 9 déroulée par un dispositif 10, appelé ici dérouleur de trame.

Ce dispositif 10 est conçu pour ne pas vriller ou tordre les fils de trame. Ainsi, les fils de trame 8, insérés par la lance 7, ne présentent pas de torsion supérieure à la torsion d'origine des fils.

Dans le cadre de l'invention, on a constaté que, si l'on insère des fils de trame tordus ou encore présentant une torsion supérieure à la torsion d'origine des fils, il n'est pas possible d'obtenir un tissu présentant un taux volumique de fibres important. En effet, quelque soit le type de fils, la largeur du fil serait inférieure à la largeur d'origine des fils avant tissage, notamment à l'endroit des torsades et aucun traitement effectué après le tissage ne permettrait d'étaler les fils de façon à rendre le tissu clos et obtenir ainsi un taux volumique de fibres approprié. Cette constatation doit être nuancée en ce qui concerne les tissus unidirectionnels qui seront évoqués ultérieurement.

On utilise aujourd'hui, de façon classique, des donneurs de trame dits "à la défilée". Ce type de dispositifs apporte une torsion au fil puisque le fil reçoit un tour de torsion par longueur de fil équivalent au périmètre de la bobine de laquelle il est dévidé. C'est pourquoi l'on propose d'utiliser, dans le cadre de l'invention, un dérouleur de trame de type "déroulée". Dans ce type de dérouleur qui est également illustré à la figure 2, le fil de trame 8 est dévidé perpendiculairement à l'axe 11 de la bobine 9, un frein 12 étant prévu au niveau de la bobine 9.

La bobine de fil 9 est déroulée à l'aide de deux galets presseurs 13 qui entraînent le fil au moyen d'un moteur à courant continu 14. A la sortie des galets, le fil 8 forme une boucle dont la position est transmise à l'aide d'un pantin 15 relié à un potentiomètre 16 agissant sur un amplificateur 17. Cet amplificateur pilote le moteur 14 de telle sorte que les écarts de longueur absorbés par le métier à tisser soient compensés en accélérant ou ralentissant le moteur 14.

Des problèmes identiques se posent pour les fils de chaîne, et il est donc aussi nécessaire que ceux-ci soient dévidés par le dispositif 1, sans torsion.

En se reportant à nouveau à la figure 1, le tissu 18 obtenu après passage dans le métier 4 est acheminé (flèche F3) dans la suite des opérations de fabrication, après être passé sur un trio 19. Le tissu 18 est alors éventuellement conduit dans un dispositif d'étalement 20. Comme on le verra ultérieurement à la lecture ^" des exemples, ce dispositif d'étalement n'est pas toujours nécessaire.

On peut le prévoir dans certains cas, après l'opération de tissage, lorsque le taux volumique de fibres n'est pas approprié. Cette étape supplémentaire permet d'obtenir un taux volumique de fibres sensiblement constant dans le tissu et adapté à l'utilisation du tissu pour obtenir des matériaux composites présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes.

La figure 3 illustre un exemple non limitatif de réalisation d'un tel dispositif d'étalement 20. Il comprend essentiellement un vibrateur 21 sur lequel est monté un rouleau 22 tournant, destiné à venir en contact avec le tissu 18.

On peut envisager d'autres moyens que le rouleau 22. Celui-ci peut être remplacé par un autre dispositif venant en contact avec le tissu 18.

De préférence, le vibrateur 21 est un vibrateur pneumatique dont la fréquence est de 100 Hertz, sous une pression de 6 x 10 ^& Pa. On comprend qu'en passant sur le tissu 18, le dispositif 20 permet d'étaler les fils dans le tissu, par 1'intermédiaire des vibrations communiquées par le rouleau 22.

Dans l'ensemble de la description, on entend par étaler les fils dans le tissu, le fait d'augmenter une dimension de la section transversale des fils dans le plan du tissu et de diminuer, de façon correspondante, une dimension de la section transversale des fils dans une direction perpendiculaire au plan du tissu.

On peut noter ici que le dispositif 20 n'est efficace que si les fils de chaîne et de trame ne présentent pas de torsion supérieure à la torsion d'origine des fils avant tissage. En effet, si les fils de trame, ou même seulement certains d'entre eux, étaient tordus, des espacements seraient toujours présents au niveau des torsades, même après passage sous le dispositif 20. Cette remarque devra être nuancée pour les tissus unidirectionnels qui seront décrits par la suite.

L'intérêt de ce dispositif d'étalement 20 sera détaillé dans la suite de la description, notamment en référence à la figure 4.

On peut également prévoir d'autres dispositifs d'étalement, notamment par ultra-sons, par jet de fluide ou encore par ondes sonores. Toujours en référence à la figure 1, après avoir été conduit par 1'intermédiaire des rouleaux de renvoi 25 et 26, éventuellement sous le dispositif 20, le tissu 18 est acheminé (flèche F4) par l'intermédiaire du rouleau de renvoi 27, vers un rouleau 28 sur lequel il est enroulé.

On peut à ce propos souligner que l'étape d'étalement n'est pas nécessairement réalisée dès l'obtention du tissu, c'est-à-dire dès sa sortie du métier à tisser, après un éventuel stockage intermédiaire.

En effet, le tissu n'est généralement pas utilisé immédiatement après son tissage. Il peut être stocké un certain temps avant que n•intervienne une transformation telle qu'un poudrage, une préimprégnation ou encore un contre-collage. Il est apparu intéressant de procéder à l'étalement des fibres dans le tissu juste avant la transformation à effectuer.

De façon à contribuer à un meilleur taux volumique de fibres dans le tissu, on peut également prévoir un dispositif permettant d'étaler les fils avant de procéder au tissage. Ainsi, un dispositif d'étalement peut être prévu avant de procéder au tissage, après le tissage ou encore avant et après le tissage.

Dans la description qui précède, le procédé selon l'invention a été appliqué à tous les fils du tissu, aussi bien en chaîne qu'en trame. On peut aussi envisager d'appliquer ce procédé à une partie seulement des fils, en particulier pour obtenir des tissus unidirectionnels. Dans l'ensemble de la description, on désignera par "tissu unidirectionnel", un tissu comprenant au moins 80 % en poids de fils de chaîne ou de trame.

On désignera également par "rapport en poids des fils de chaîne et des fils de trame", le rapport chaîne/trame ou trame/chaîne, le rapport le plus important étant retenu.

Ainsi, un tissu unidirectionnel chaîne sera un tissu dont 80 % en poids des fils sont des fils de chaîne tandis qu'un tissu unidirectionnel trame sera un tissu dont 80 % en poids des fils sont des fils de trame, ces deux tissus présentant un rapport en poids des fils de chaîne et des fils de trame supérieur ou égal à 80/20. Par la suite, on se référera à un tissu unidirectionnel trame. Les fils de chaîne d'un tel tissu constituent en pratique des fils de liage.

Dans ce cas, tous les fils de trame sont des fils à 0 tour de torsion/m, les fils de chaîne pouvant être quelconques.

Le dispositif 1 permettant d'alimenter le métier à tisser en fils de chaîne peut être un dispositif classique, apportant éventuellement une torsion aux fils.

Par contre, comme précédemment, on utilise pour les fils de trame un dispositif tel que celui référencé 10 qui n'apporte pas de torsion aux fils.

Le reste des opérations s'effectue comme précédemment, le tissu 18 obtenu étant également conduit dans un dispositif d'étalement si cela s'avère nécessaire. II faut souligner que l'ensemble des fils placés dans la direction comportant la plus grande part des fils en poids, c'est-à-dire les fils de trame, sont tissés conformément au procédé selon l'invention. Ceci est nécessaire pour que les tissus obtenus présentent un taux volumique supérieur ou égal à celui d'un tissu traditionnel à base de fils de titre égal ou plus faible, pour un grammage donné du tissu.

Ainsi, le procédé selon _, l'invention peut n'être utilisé que pour une partie des fils lorsque l'on souhaite réaliser un tissu unidirectionnel trame. Mais, dans ce cas, aucun fil de trame ne présente de torsion supérieure à la torsion d'origine des fils. En effet, dans le cas contraire, la largeur du fil serait inférieure à la largeur d'origine des fils avant tissage et il ne serait pas possible d'obtenir un tissu présentant un taux volumique de fibres important. De même, le dispositif 20 d'étalement ne serait pas efficace. II a été constaté que, dans la mesure où le tissu présente au moins 80 % des fils en poids dans la direction trame, lesquels sont tissés selon le procédé selon l'invention, le tissu présente un taux volumique de fibres satisfaisant même si les fils de chaîne sont tissés de manière classique.

La proportion des fils de chaîne ne peut cependant être supérieure à 20 %. Lorsque l'on souhaite réaliser un tissu dont le rapport en poids des fils de trame et des fils de chaîne est inférieur à 80/20, le procédé selon l'invention doit être appliqué à l'ensemble des fils du tissu, conformément à la description initiale. On peut aisément transposer ces remarques à un tissu unidirectionnel chaîne dans lequel tous les fils de chaîne sont des fils 0 torsion, les fils de trame pouvant être quelconques.

Dans ce cas, le dispositif permettant d'alimenter le métier à tisser en fils de trame peut être un dispositif classique et l'on utilise pour les fils de chaîne un dispositif tel que celui référencé 1 qui n'apporte pas de torsion aux fils.

L'intérêt du procédé qui vient d'être décrit en référence aux figures 1 à 3, va être mis en évidence au regard des exemples suivants.

EXEMPLE 1;

On a réalisé, aux fins de comparaison, cinq tissus équilibrés à base de fils de carbone ayant une masse surfacique de 193 g/m ² . De manière classique, on désigne par "tissu équilibré" un tissu comprenant sensiblement autant de fils en chaîne qu'en trame.

L'armure des tissus est un taffetas. Le titre des fils

12 K est supérieur à celui des fils 6K qui est lui- même supérieur à celui des fils 3K. Tissu n°l: . Fils de carbone haute résistance TORAYCA FT 300B 3K 40B (référence commerciale du fournisseur Toray) .

. 3000 filaments (3K) (Titre : 198 tex) . Fils à 0 tour de torsion/m

. Densité du carbone: 1,76 g/cm ³

. Largeur initiale du fil sur bobine:

1,74 mm. Tissu n°2: . Fils de carbone TORAYCA FT 300B 6K 40B

(référence commerciale de Toray) , ayant les mêmes caractéristiques que celui utilisé pour la fabrication du tissu n°l mais comportant . 6000 filaments (6K) (Titre : 396 tex) . Fils à 0 tour de torsion/m

. Densité du carbone : 1,76 g/cm ³ . Largeur initiale du fil sur bobine: 2,1 mm. Tissu n°3:

. Fils de carbone haute résistance TORAYCA T700SC 12K 50C (référence commerciale du fournisseur Toray) . . 12 000 filaments (12 K) (Titre : 800 tex) . Fils à O tour de torsion/m. . Densité du carbone: 1,8 g/cm ³ . . Largeur initiale du fil sur bobine: 6 mm.

Tissu n°4:

. Fils de carbone haute résistance TORAYCA T300JC 12K 50C (référence commerciale du fournisseur Toray) . . 12 000 filaments (12 K) (Titre : 800 tex)

. Fils à 0 tour de torsion/m . Densité du carbone: 1,78 g/c . Largeur initiale du fil sur bobine: 5 mm. Tissu n°5:

. Fils de carbone haute résistance AKZO Tenax HTA 5131 800 tex F 12 000 (référence commerciale du fournisseur Akzo) . . 12 000 filaments (12 K) (Titre : 800 tex) .

. Fils à O tour torsion/m . Densité du carbone: 1,78 g/cm ³ . Largeur initiale du fil sur bobine = 3 , 2 mm. Trois procédés de tissage sont utilisés, étant entendu que dans les trois procédés, les fils de chaîne sont dévidés sans leur apporter de torsion, notamment en utilisant des dérouleurs de chaîne de type "à la déroulée". - Tissage standard (S) : les fils de trame sont dévidés par des donneurs de trame "à la défilée", qui apportent une torsion au fil.

- Tissage avec trame à la déroulée (SD) : les fils de trame sont dévidés par des dérouleurs de trame "à la déroulée", qui n'apportent pas de torsion au fil.

Tissage avec trame à la déroulée et vibration fSDVl : Il s'agit du procédé de tissage précédent dans lequel un système de vibration tel que celui décrit précédemment au regard de la figure 3 est utilisé.

Le Tissu n° 1 est destiné à servir de référence aux autres tissus, pour ^" les trois procédés de tissage envisagés. Il est tissé uniquement selon le tissage standard (S) . Il est reconnu qu'un tel tissu présente un taux volumique de fibres qui est tout à fait compatible avec une utilisation dans la fabrication d'un matériau composite présentant des 21

propriétés mécaniques satisfaisantes. Le taux volumique de fibres du Tissu n° l est de 38 %.

Les résultats obtenus sont résumés dans les tableaux n° 1 à 3 suivants (les mesures d'épaisseur sont réalisées sous une pression de 10 ⁴ Pa) :

TABLEAU N ^β l

TABLEAU N°3

On a également illustré à la figure 4 les résultats précédents sous la forme d'histogrammes, figures 4a à 4d pour chacun des tissus 2 à ₄ .

Sur chacune des figures 4a à 4d est indiquée, en ordonnées, la valeur de 38% du TVF qui correspon _d au Tissu n°l qui sert de référence.

Tissu n°2 : Un taux volumique de fibres supérieur ou égal à 38 % est obtenu avec un tissage avec trame à la déroulée et vibration (SDV) . (TVF = ₃₈ %) .

Tissu N 3 : Un taux volumique de fibres supérieur ou égal à 38 % est obtenu déjà avec un tissage avec trame à la déroulée (SD) (TVF = ₄ 7% ₎ . Le taux volumique de fibres est encore plus important avec un tissage avec trame à la déroulée et vibration (SDV) (TVF = 54 %) .

Tissu N°4: Un taux volumique de fi _b res supérieur ou égal à 38% est également obtenu avec un tissage avec trame à la déroulée (TVF = 39%) . Le taux volumique est plus important encore avec un tissage avec trame à la déroulée et vibration (TVF = 5 ₁ % ₎ .

Tissu n°5: Un taux volumique de fibres supérieur ou égal à 38% est obtenu avec un tissage avec trame à la déroulée et vibration (TVF = 48 % ₎ . Ainsi, grâce à l'invention, un tissu à base de fils 6K (Tissu n°2) présente un taux volumique de fibres constant dans le tissu et qui est supérieur ou égal à celui d'un tissu à base de fils 3K (Tissu n° 1) obtenu par un tissage standard.

On peut noter que lorsque le Tissu n°2 est obtenu par un tissage standard, le taux volumique de fibres est très inférieur à celui du tissu n°l (TVF = 29 %) . Il ne conviendrait donc pas pour obtenir un matériau composite présentant des propriétés mécaniques acceptables.

On remarque également que la largeur des fils de chaîne et de trame (3 mm) est sur toute la longueur des fils, supérieure ou égale à la largeur d'origine des fils avant tissage (1,74 mm) .

Dans l'exemple du Tissu n°2, un taux volumique adéquat n'est obtenu qu'avec un tissage avec trame à la déroulée et vibration (SDV) . Cependant, un tel taux volumique peut également être obtenu avec un tissage avec trame à la déroulée seulement, comme cela va apparaître de l'analyse des résultats obtenus avec les Tissus n° 3, 4 et 5.

Les Tissus n°3, 4 et 5 sont des tissus à base de fils 12 K. Lorsqu'ils sont obtenus par un tissage traditionnel, le taux volumique de fibres dans le tissu est très inférieur à celui d'un tissu à base de fils 3K (Tissu n ^β l) obtenu par ce même tissage. De tels tissus ne conviendraient donc pas pour réaliser des matériaux composites présentant des propriétés mécaniques acceptables.

On constate par contre qu'en utilisant le procédé selon l'invention, on peut obtenir des tissus à base de fils 12 K qui présentent un taux volumique de fibres supérieur ou égal à celui du Tissu n° 1.

Un tel taux volumique de fibres peut être obtenu par un tissage avec trame à la déroulée uniquement (Tissu n°3: TVF = 47 % et Tissu n°4: TVF = 39 %) ou par un tissage avec trame à la déroulée et vibration (Tissu n°5: TVF = 48 %) . Ces tissus à base de fils 12 K peuvent donc être utilisés pour obtenir des matériaux composites présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes.

On remarque de plus que la largeur des fils de chaîne et de trame est, sur toute la longueur des fils, supérieure ou égale à la largeur d'origine des fils avant tissage (Tissu n°3: 6; 7 ou 8 mm et 6 mm; Tissu n°4: 5,2; 7 ou 8 mm et 5 mm; Tissu n°5: 7 mm et 3,2 mm) .

De façon à mieux comprendre le procédé selon l'invention, on peut se reporter aux figures 5 et 6. La figure 5 illustre les trois types de tissage qui sont utilisés (S, SD, SDV) .

La référence 29 désigne par exemple des fils de chaîne et la référence 30 des fils de trame.

Après un tissage standard (figure 5a) _; le tissu présente une épaisseur relativement importante, ce qui conduit à un taux volumique de fibres relativement faible. C'est ce qu'illustrent les résultats obtenus pour les Tissus n°2 à n°5 (Cf Figure

4).

Un tissage avec trame à la déroulée (figure 5b) conduit à des tissus présentant une épaisseur plus faible et donc à un taux volumique de fibres plus important. La figure 4 montre également cette augmentation du taux volumique de fibres. Enfin, un tissage avec trame à la déroulée et vibration (Figure 5c) permet d'obtenir un tissu dont l'épaisseur est encore plus faible et le taux volumique de fibres plus important. C'est ce que montrent les résultats apparaissant à la Figure 4.

On peut également se reporter à la Figure 6 qui montre des schémas du Tissu n°4 après tissage avec trame à la déroulée (Figure 6a) et après tissage avec trame à la déroulée et vibration (Figure 6b) . Dans les deux cas, le taux volumique de fibres est supérieur à celui qui est obtenu pour le Tissu n°l qui sert de référence. Cependant, on constate que les interstices entre les fils sont moins importants sur la figure 6b que sur la figure 6a, l'étape de vibration ayant conduit à un étalement des fibres dans le tissu. EXEMPLE N ^e 2:

Les deux tissus comparés sont des tissus équilibrés, réalisés à base de fils d'aramide : KEVLAR 49 1270 dtex T968 pour le Tissu n°l et KEVLAR 49 2400 dtex T968 pour le Tissu n°2, (Référence commerciale de Dupont de Nemours) et ont une masse surfacique de 175 g/m ² . La densité des fils est de 1,45 g/cm ³ et les fils sont à O tour de torsion/m. Tissu n° 1: . Titre des fils = 127 tex

. Largeur initiale du fil sur bobine = 1,1 mm . Armure = Satin 4 Tissu n°2:

. Titre des fils: 240 tex . Largeur initiale du fil sur bobine = 1,8 mm

. Armure = taffetas.

Comme dans l'exemple n° 1, trois procédés de tissage sont utilisés: tissage standard (S) , tissage avec trame à la déroulée (SD) et tissage avec trame à la déroulée et vibration (SDV) .

Le Tissu n°l sert de référence pour le Tissu n°2, pour les trois procédés de tissage utilisés. Le Tissu n° 1 n'est tissé que selon le tissage standard (S) . Ce tissu présente un taux volumique de fibres tout à fait compatible avec une utilisation dans la fabrication d'un matériau composite présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes. Le taux volumique de fibres du Tissu n° 1 est de 42 %.

Les résultats obtenus sont rassemblés dans les tableaux n°4 à 6 (les mesures d'épaisseur sont réalisées sous une pression de 10 ⁴ bar) :

On constate que pour le Tissu n° 2, un taux volumique de fibres supérieur ou égal à 42 % est obtenu avec un tissage avec trame à la déroulée et vibration (SDV) (TVF = 45 %) . Ce tissu convient donc parfaitement pour obtenir un matériau composite présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes. Par contre, lorsque le Tissu n°2 est tissé selon un tissage standard (S) , le taux volumique de fibres est de 38 %, inférieur à celui du Tissu n° 1. Ce tissu ne conviendrait donc pas pour obtenir un matériau composite présentant de bonnes propriétés mécaniques.

Ainsi, on constate que le procédé selon l'invention, permet d'obtenir un tissu réalisé à base de fils de titre plus élevé que le Tissu n°l, tout en présentant un taux volumique de fibres constant dans le tissu et supérieur à celui du Tissu n° 1.

On remarque également que la largeur des fils de chaîne et de trame est, sur toute la longueur des fils, supérieure ou égale à la largeur d'origine des fils avant tissage. La figure 5 illustre également cet exemple de réalisation de l'invention. EXEMPLE N°3 : Les deux tissus de cet exemple sont des tissus unidirectionnels réalisés à base de fils de verre et ont une masse surfacique de 120 g/m ² . L'armure choisie est le taffetas. La répartition en poids des fils est la suivante : 80% en trame et 20 % en chaîne, pour les deux tissus. Ceux-ci présentent donc pratiquement la forme d'une nappe unidirectionnelle, les fils de chaîne jouant le rôle de fils de liage. Dans cet exemple, il s'agit plus particulièrement d'un tissu unidirectionnel trame.

Tissu n°l :

. Matière chaîne : fils de verre EC9 34 x 2 S150 1383 densité des fils = 2,54

. Matière trame : fils de verre : ROVING 160 tex

(Cosmostrand 160 tex) Titre des fils : 160 tex Largeur initiale des fils sur bobine = 0,9 mm Fils à 0 tour de torsion/m Tissu n°2 :

Matière chaîne : Fils de mêmes caractéristiques que les fils de chaîne du Tissu n°l

. Matière trame : Fils de verre ROVING 320 tex (R099 320 TEX L 177)

Titre des fils : 320 tex largeur initiale du fil sur bobine : 2,4 mm fils à 0 tour de torsion/m Comme dans les exemples n°l et 2, trois procédés de tissage sont utilisés : tissage standard (S) , tissage avec trame à la déroulée (SD) et tissage avec trame à la déroulée et vibration (SDV) .

Conformément à la description précédente, le procédé selon 1'invention est ici appliqué seulement aux fils de trame, les fils de chaîne étant tissés de manière classique.

Le Tissu n°l sert de référence pour le Tissu n°2, pour les trois procédés de tissage utilisés. Le Tissu n°l n'est tissé que selon le tissage standard (S) . Il présente un taux volumique de fibres compatible avec une utilisation dans la fabrication d'un matériau composite présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes. Le taux volumique de fibres du tissu n°l est de 26 %.

Les résultats obtenus sont rassemblés dans les tableaux n°7 à 9 (les mesures d'épaisseur sont réalisés sous une pression de 10 ⁴ Pa) :

TABLEAU N°7

TABLEAU N°8

Ainsi, pour le Tissu n°2, un taux volumique de fibres supérieur à 26 % est obtenu avec un tissage avec trame à la déroulée et vibration (SDV) (TVF = 28 %) . Un tel tissu convient parfaitement pour réaliser un matériau composite présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes. Le Tissu n°2 ne convient pas à une telle application lorsqu'il est obtenu par un tissage standard, le taux volumique étant très inférieur à celui du Tissu n°l (20,5 %) .

Le procédé selon l'invention permet donc d'obtenir un tissu réalisé à base de fils qui sont, dans une proportion de 80 % en poids correspondant aux fils de trame, de titre plus élevé que les fils de trame du Tissu n°l, ce tissu présentant un taux volumique de fibres constant dans le tissu et supérieur à celui du Tissu n°l.

On note que sur toute la longueur des fils, la largeur des fils de trame est supérieure ou égale à la largeur d'origine des fils avant tissage.

Ces exemples montrent tout 1'intérêt que présente le procédé selon l'invention. Celui-ci permet, grâce à des méthodes de tissage originales, d'utiliser des fils de titre relativement élevé pour un grammage relativement faible, tout en présentant un taux volumique de fibres approprié.

De telles propriétés sont notamment obtenues par le fait que les fils de chaîne et/ou de trame sont mis en oeuvre de telle sorte que la torsion qu'ils présentent dans le tissu, n'est pas supérieure à leur torsion d'origine. Lorsque le dispositif d'étalement des fils dans le tissu est nécessaire, l'absence de torsion supplémentaire lui permet d'être pleinement efficace et de 'conduire à un étalement maximum des fibres pour obtenir un tissu clos.