Search

EP-3999326-B1 - THIN-WALLED COMPOSITE PRODUCT REINFORCED BY HYBRID YARNS AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A PRODUCT

EP3999326B1EP 3999326 B1EP3999326 B1EP 3999326B1EP-3999326-B1

Inventors

  • RION, JULIEN
  • HEY, Vincent
  • Aebischer, Reto

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20200617

Claims (20)

  1. A thin-walled composite product (30) with an organic matrix forming a sheet or a three-dimensional shell, reinforced by yarns, the yarns comprising hybrid yarns (20), said hybrid yarns (20) comprising a core (21) of a first material having a density of less than 1500 kg/m 3 and a sheath (22) covering the core (21), the sheath (22) being made of a second material, said second material being different from the first material, wherein said second material has a longitudinal tensile Young's modulus , along the axis of the hybrid yarn (20), corresponding to the tensile modulus of elasticity Et determined by the slope of the stress-strain curve σ(ε) in the interval between the two deformations ε1 = 0.05% and ε2 = 0.25%, greater than 25 GPa, and wherein said product has at least one ribbed face, said ribs (33) being formed at least in part by the hybrid yarns (20).
  2. The composite product (30) reinforced by hybrid yarns according to claim 1, comprising at least a first layer, said first layer comprising both a first type of yarn (A) having a first thickness and a second type of yarn (B) having a second thickness greater than the first thickness, said second type of yarn (B) being constituted by said hybrid yarns (20).
  3. The composite product (30) reinforced by hybrid yarns according to claim 1, comprising at least a first layer having a first thickness, said first layer being covered by a second layer of yarns, said yarns of the second layer comprising said hybrid yarns (20), the hybrid yarns (20) being spaced apart to create a ribbed surface.
  4. The composite product (30) according to the preceding claim, wherein said hybrid yarns (20) are arranged in the second layer parallel to one another in a single direction or in only two, three or four directions.
  5. The composite product (30) according to claim 3 or claim 4, wherein said hybrid yarns (20) have a second thickness greater than the first thickness of the first layer.
  6. The composite product (30) according to one of claims 1 to 5, characterised in that it comprises a ribbed face and a flat face.
  7. The composite product (30) according to one of claims 1 to 6, characterised in that in each hybrid yarn (20), said sheath (22) is formed from one or more rovings.
  8. The composite product (30) according to any one of claims 1 to 7, characterised in that in each hybrid yarn (20), said core (21) of the hybrid yarn is connected to said sheath of the hybrid yarn (20).
  9. The composite product (30) according to the preceding claim, wherein the core (21) of the hybrid yarns (20) is formed from plant fibres selected from the fibres of the following plants: flax, hemp, sisal, jute, abaca, kenaf, coconut, cotton, nettle, ramie, kapok, abaca, henequen, pineapple, banana, palm, wood.
  10. The composite product (30) according to claim 9, wherein the plant fibres of the core (21) of the hybrid yarns (20) are twisted such that the angle formed by the outer fibres of the core with the longitudinal axis of the hybrid yarn (20) is between 10 and 45°, preferably between 12 and 40°, preferably between 15° and 35°.
  11. The composite product (30) according to claim 9, wherein the plant fibres of the core (21) of the hybrid yarns (20) are coated with starch or another natural cement.
  12. The composite product (30) according to any one of claims 9 to 11, wherein the sheath (22) of the hybrid yarns (20) is formed from carbon fibers.
  13. The composite product (30) according to any one of claims 9 to 11, wherein the covering (22) of the hybrid yarns (20) is formed from plant fibers in the form of rovings, said rovings being made up of aligned plant fibers forming an angle of less than 5° with the longitudinal direction of the roving, such that the Young's modulus in the longitudinal direction of the rovings of the roving impregnated with an organic matrix, corresponds to the tensile modulus of elasticity E t determined by the slope of the stress-strain curve σ(ε) in the interval between the two deformations ε1 = 0.05% and ε2 = 0.25%, is greater than 30 GPa.
  14. The composite product (30) according to any one of claims 1 to 8, characterised in that the core (21) of the hybrid yarns (20) is made of a polymer, said polymer belonging to the group comprising polyurethane (PU), polyethylene terephthalate (PET), polylactic acid (PLA), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polymethacrylamide (PMI) and styrene-acrylonitrile copolymer (SAN).
  15. The composite product (30) according to any one of claims 1 to 8 and 14, characterised in that the core (21) is a hollow, tubular polymer yarn, the wall of which has holes (21a).
  16. Composite product (30) according to any one of claims 14 to 15, characterised in that the sheath (22) of the hybrid yarns (20) is made of carbon fibers, glass fibers or plant fibres.
  17. The composite product (30) according to any one of claims 1 to 13, 15 and 16, characterised in that the core (21) is made of aramid fibers or of drawn ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMPE) fibers or drawn thermoplastic fibers.
  18. The composite product (30) according to the preceding claim, characterised in that the sheath (22) of the hybrid yarns (20) is made of carbon fibers.
  19. The composite product (30) according to one of claims 17 to 18, characterised in that the fibres of the core (21) are twisted or braided together.
  20. The composite product (30) according to any one of claims 1 to 19 and claim 3, characterised in that said first layer belongs to the group comprising a fabric or mat of plant fibers, carbon fibers, glass fibers or polymer fibers, a metal sheet, an aluminum sheet, and a polymer sheet.

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un produit composite à paroi mince renforcé par des fils et le procédé de fabrication d'un tel produit composite. Un tel produit composite forme notamment une portion d'un article tel que, de façon non limitative, une pièce de carrosserie automobile, notamment les portes, le toit, le capot, les ailes, l'aileron, le spoiler, le pare-chocs avant et arrière, les kits aérodynamiques, ou des pièces intérieures automobiles notamment les couvertures de portière, le tableau de bord, la console centrale, les habillages de pilier, les habillage de coffre, le pavillon, ou des articles de sport tels qu'une coque de canoé, kayak ou bateau léger, une tige de selle, une selle de bicyclette, un cadre de bicyclette, un guidon de bicyclette, une batte de baseball, une pagaie, un bâton de ski ou de marche ou encore un élément de mobilier, ou des pièces d'intérieur d'avion, notamment les panneaux latéraux, les panneaux de plafond, les coffres à bagage, ou des pièces aérodynamiques d'avion léger, notamment le capot moteur, les capots de roue, ou tout carénage aérodynamique d'un engin mobile. Un tel produit composite peut revêtir une multitude de géométries, parmi lesquelles une feuille plane, une feuille non plane, et notamment une feuille avec une face convexe et une face concave, ou encore une feuille ondulée, une forme creuse tridimensionnelle, et notamment un tube creux de section circulaire, de section polygonale ou une autre forme, et notamment toute coque tridimensionnelle à paroi mince. Etat de la technique Il existe différents agencements de produits composites à paroi mince renforcés, en l'occurrence un produit composite avec une matrice en matériau plastique parmi un polymère ou une résine et un renfort qui peut notamment se présenter comme une préforme avec des fils. Le produit présente une paroi mince ce qui signifie qu'il est en général au départ sous forme d'une feuille ou d'un panneau dont une des dimensions est bien plus petite (au moins 10 fois plus petite) que les deux autres. Les matériaux composites sont utilisés depuis plus de 40 ans, en particulier pour des applications aéronautiques et spatiales, principalement en raison de leurs propriétés mécaniques spécifiques élevées. Depuis lors, le domaine de la recherche sur les matériaux composites a évolué, passant de la recherche initiale de propriétés spécifiques très élevées, dictée par les applications aérospatiales, à la nécessité de maintenir des propriétés élevées tout en réduisant le temps de fabrication et les coûts de production, grâce aux applications automobiles et autres applications à grande échelle, pour inclure récemment la nécessité d'intégrer des fonctionnalités supplémentaires dans la pièce composite. Ces dernières années, les composites à base de fibres naturelles ont fait l'objet d'une attention croissante en raison de la sensibilisation croissante à l'environnement. En raison de leur faible coût, de leur faible impact sur l'environnement et de leurs propriétés mécaniques spécifiques relativement élevées, les fibres naturelles apparaissent comme une nouvelle alternative aux fibres de verre ou de carbone comme renforcement dans les composites. Le document US6805939 propose un matériau composite à paroi mince qui contient des fibres qui sont imprégnées de plastique, sous forme de deux réseaux au moins de câblés de fibres parallèles qui s'étendent dans des directions différentes et forment une bande, un treillis ou une grille. Les faisceaux de fibres peuvent être groupés en faisceau ou groupés en bande. Les fibres d'un premier réseau sont imprégnées de beaucoup plus de matière plastique que les fibres d'un second réseau. Le matériau composite est rigide dans la direction des fibres du premier réseau et est flexible transversalement à cette direction. Des ouvertures existent avantageusement entre les faisceaux de fibres. Si l'on cherche à renforcer le produit à paroi mince en flexion, mais aussi en compression, il est connu de proposer des renforts en saillie en forme de réseau nervuré ou de grille comme dans WO2017099585 dans lequel on forme par moulage ces nervures au-dessus et/ou en dessous de la plaque de base. On connait certains types de produits composites à paroi mince du document EP2648890, notamment avec des fils d'une première épaisseur et des fils d'une deuxième épaisseur plus grande que la première épaisseur et qui servent de renfort, ces fils de la deuxième épaisseur étant composés de fibres végétales torsadées, cette torsion apportant notamment une meilleure résistance à la compression de ces fils de la deuxième épaisseur. Il existe des situations dans lesquelles ce type de produit composite présente un rapport entre les propriétés mécaniques par unité de poids et/ou coût par unité de poids pour des propriétés mécanique égales qui ne soit pas satisfaisant pour l'application recherchée. FR3073167A1 prévoit de réaliser un produit composite qui comporte un pré-imprégné résultant d