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(11) | EP 0 564 331 B1 |
| (12) | FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) |
Fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées et son procédé de fabrication Verstärkungsgarn mit regulierten elektrischen Verlusten und Verfahren zu dessen Herstellung Reinforcing yarn with controlled electrical losses and process for manufacturing the same |
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| Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] L'invention concerne un fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées, et son procédé de fabrication.
[0002] Pour des matériaux homogènes, les pertes électriques sont classiquement représentées par la conductivité électrique. Dans le cas de milieux ou d'éléments hétérogènes, tels que les textiles, cette grandeur physique est plus complexe. On désigne ici par " pertes électriques " l'aptitude d'un matériau à dissiper de l'énergie par déplacement de charges. Ces pertes électriques font partie des propriétés électriques des matériaux.
[0003] Il est possible de fabriquer des renforts textiles à pertes électriques contrôlées, qui comprennent des fils non conducteurs, à base de fibres minérales, qui assurent la résistance mécanique et thermique du textile, et des fils chargés qui permettent les pertes électriques.
[0004] De tels fils chargés sont constitués d'un mélange de fibres discontinues non conductrices et de fibres discontinues conductrices. Ils ont une faible conductivité et doivent avoir des propriétés, particulièrement des propriétés électriques homogènes sur toute leur longueur.
[0006] Le brevet japonais JP-A-4.091.248 décrit un tissu composé de fils de fibres de polyester multifilaments mélangé à un fil composite ayant un noyau conducteur, par exemple en carbone, et une gaine, par exemple en polyester. La proportion en poids de fibres conductrices est comprise entre 2 et 0,03 %. Le tissu ainsi obtenu est un tissu antistatique. Ce tissu permet d'obtenir une excellente longévité, un fil très blanc et il est destiné à la réalisation de vêtements.
[0007] Le brevet français FR-2.608.641 décrit un procédé de fabrication de filés de fibres de carbone, selon lequel des câbles multifilaments de carbone sont transformés par craquage-étirage, de manière à obtenir des fibres longues.
[0008] Par ailleurs, le brevet américain US-4.180.968, par exemple, décrit un procédé de fabrication de fils composites comportant un mélange de fibres d'acétate de cellulose et de polyester, dans lequel les fibres sont tordues ensemble, de manière à former les fils; les fibres subissent ensuite une fausse torsion.
[0009] Le brevet français FR-2.634.790 décrit un procédé d'obtention d'un fil constitué d'un mélange de filés de fibres de renfort, par exemple de fibres de carbone, et d'un filé de fibres thermoplastiques.
[0010] Selon la technique décrite dans ce document, chacun des filés est réalisé par craquage-étirage d'un ensemble de multifilaments. Les filés sont mélangés, le mélange étant ensuite étiré et associé à un mélange analogue; l'ensemble étant à nouveau étiré... Cette technique permet d'obtenir un mélange intime des fibres, dans lesquelles les proportions relatives des fibres de renfort et des fibres thermoplastiques sont de l'ordre de 65-35%.
[0011] Aucune de ces techniques connues ne propose et permet la production de fil pour renfort textile, qui ait à la fois une faible conductivité et des propriétés électriques constantes sur toute sa longueur.
[0012] Un objectif de la présente invention est de proposer un tel fil et son procédé de fabrication.
[0014] C'est encore un objectif de l'invention de permettre la réalisation d'un tel fil exploitable à haute température (plus de 400°C).
[0015] A cet effet, l'invention concerne un fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées, comportant des fibres non conductrices et des fibres conductrices, la proportion en poids de fibres conductrices n'excédant pas 20%.
[0017] Dans un mode de réalisation préféré, la proportion en poids de fibres conductrices est inférieure à 5%.
[0019] Les fibres non conductrices sont de préférence des fibres minérales. Elles peuvent également être des fibres de céramiques.
[0020] L'invention concerne également un procédé de fabrication de ces fils, dans lequel des filaments, respectivement conducteurs et non conducteurs, sont utilisés.
[0021] Un des modes de fabrication consiste à hybrider par étapes successives un filé conducteur par des filés non conducteurs. Pour ce faire, les filaments, conducteurs d'une part, non conducteurs d'autre part, sont soumis à un craquage-étirage, de façon à obtenir un filé conducteur et un filé non conducteur.
[0022] Un filé conducteur est mélangé avec un filé non conducteur au moins, de manière à obtenir un filé mélangé de niveau 1; ce filé mélangé de niveau 1 est étiré, puis mélangé avec un filé non conducteur au moins, de manière à obtenir un filé mélangé de niveau 2.
[0023] Ces dernières étapes sont répétées aussi souvent que nécessaire pour obtenir un filé de niveau n, dans lequel la proportion de fibres conductrices et la masse linéique du fil correspondent aux valeurs voulues, lesdites fibres étant discontinues et approximativement parallèles.
[0024] Un mode de réalisation de l'invention est décrit ci-après, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
- La Figure 1 est une représentation schématique en coupe droite d'un fil selon l'invention.
- La Figure 2 est une vue en coupe horizontale du fil de la Figure 1.
- La Figure 3 est une vue en coupe droite du fil de l'invention, lorsque les fibres sont tordues.
- La Figure 4 est une vue en coupe horizontale du fil de la Figure 3.
- La Figure 5 est une vue en coupe droite du fil de l'invention, lorsqu'il est guipé;
- La Figure 6 est une vue en coupe horizontale du fil de la Figure 5.
- La Figure 7 est une représentation schématique du procédé de l'invention.
[0026] Il comporte un mélange de fibres discontinues non conductrices 6 et de fibres discontinues conductrices 4. On entend ici par "discontinues" des fibres dont la longueur moyenne est comprise entre 5 et 200 mm.
[0027] Les fibres discontinues conductrices 4 sont des fibres de carbone, des fibres métalliques (aluminium, acier, cuivre, or...)....
[0028] Les fibres discontinues non conductrices 6 sont des fibres minérales, des fibres de verre, des fibres de silice, fibres de céramique, ou des fibres techniques à faible allongement telles que : aramide, polyéthylène, etc.... On peut mélanger des fibres de différentes natures [verre/aramide, verre/para-aramide, verre/PEEK (Polyéther-Ether-Kétone)...].
[0029] Les fibres discontinues conductrices 4 et les fibres discontinues non conductrices 6 sont approximativement parallèles, et leur proportion est déterminée pour donner aux textiles les propriétés électriques recherchées.
[0030] La concentration massique en éléments conducteurs 4 est faible, elle ne doit pas excéder 20 %, et être de préférence de l'ordre de 5 % au maximum.
[0031] De préférence, le diamètre des filaments discontinus 4, 6 conducteurs, ou non conducteurs, est compris entre 1 et 30 micromètres.
[0032] Le mélange de fibres, respectivement conductrices 4 et non conductrices 6, peut être tordu, de manière à lui donner une meilleure cohésion et une certaine résistance mécanique facilitant sa transformation textile, telle que doublage, tissage, tricotage, aiguilletage,... et/ou son intégration dans d'autres procédés, tels que : imprégnation, injection....
[0033] Dans un mode de réalisation particulier, un fil de guipage 7 est utilisé pour renforcer la cohésion du filé. Ce fil de guipage est alors compatible avec l'utilisation ultérieure, ou éliminable.
[0035] Des filaments, respectivement conducteurs 11 et non conducteurs 12, ayant de préférence un diamètre compris entre 1 et 30 micromètres, sont respectivement soumis à des opérations de craquage-étirage.
[0036] Le nombre de filaments soumis à ces opérations de craquage-étirage dépend du fil que l'on veut obtenir. Il peut y avoir plusieurs filaments non conducteurs, soit de même nature, par exemple de verre, soit de natures différentes (verre/aramide, verre/PEEK...).
[0037] Un élément de craquage-étirage 13 est alimenté en filaments conducteurs. Il est composé de deux ensembles au moins de rouleaux 131/132, 133/134.
[0038] Les vitesses de rotation de ces deux ensembles de cylindres sont différentes, de telle sorte qu'ils produisent un allongement des filaments dans la zone 135 comprise entre les deux ensembles de rouleaux 131/132 et 133/134.
[0039] Les vitesses respectives de ces deux ensembles de rouleaux sont réglées en fonction du matériau constitutif des filaments et de leurs diamètres, de manière à produire des fibres discontinues longues, c'est-à-dire dont la longueur moyenne est comprise entre 5 et 200 mm.
[0040] L'unité de craquage-étirage 15 effectue le même traitement sur les filaments non conducteurs 12.
[0043] Ces filés 14 et 16 sont mélangés dans le mélangeur 17 de type "intersecting" et produisent un filé mélangé 18 de niveau 1.
[0044] Ce filé mélangé 18 de niveau 1 alimente un dispositif d'étirage 19, qui produit un filé mélangé étiré 110 de niveau 1.
[0045] Le dispositif d'étirage 19 comporte deux ensembles de rouleaux 191/192, 193/194 qui ont des vitesses de rotation différentes, de manière à produire l'allongement du filé dans la zone intermédiaire 195.
[0046] Le filé mélangé étiré 110 est lui-même mélangé à un filé 16 de fibres non conductrices dans le mélangeur 111. Ainsi, est produit le filé mélangé 120 de niveau 2 ;
[0047] Ce filé 120 de niveau 2 est lui-même étiré, puis mélangé à un nouveau filé 16 de fibres non conductrices....
[0048] D'un niveau à l'autre, la nature des fibres non conductrices peut changer, de manière à permettre l'obtention de fils à plus de deux composants, par exemple verre/aramide/carbone, verre/PEEK/carbone,....
[0049] Ces opérations sont reproduites jusqu'à l'obtention des proportions recherchées de fibres conductrices et de fibres non conductrices.
[0050] Cette mèche hybride subit un ensemble d'opérations d'étirage permettant d'obtenir la masse linéaire recherchée et se termine par une opération permettant d'améliorer la cohésion du fil. Ce procédé est de préférence une opération de torsion, et/ou éventuellement une opération de guipage.
[0051] Ce mode de fabrication n'est pas limitatif. En effet, d'autres modes opératoires, tels que craquage simultané de mèches hybrides, puis étirage/filage, peuvent être aussi envisagés.
Exemple N° 1
[0054] On mélange ces deux rubans sur une machine de type "intersecting", afin d'obtenir un ruban hybride de 86 % de verre et 14 % de carbone.
[0055] On étire ensuite ce ruban sur une machine continu à filer, de manière à obtenir un filé de 68 tex tordu à 300 tours/mètre.
Exemple N° 2
[0058] On réalise un ruban hybride craqué verre/carbone avec un taux de 96 % de verre et 4 % de carbone.
[0059] On étire ce ruban hybride, de manière à obtenir un filé de 68 tex sans torsion, mais guipé à 500 tours/mètre avec un fil PVA (Polyvinyl-Acrylique) de 5 tex.
[0060] Le fil obtenu a un titre de 73 tex et contient :
89 % de verre E
4,1 % de carbone
6,9 % de PVA (Polyvinyl-Acrylique)
Exemple N° 3
1. Fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées comportant des fibres non
conductrices (6) et des fibres conductrices (4), la proportion en poids de fibres
conductrices n'excédant pas 20%, caractérisé en ce que lesdites fibres sont discontinues
et approximativement parallèles.
2. Fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées selon la revendication 1,
caractérisé en ce que les fibres conductrices (4) sont des fibres de carbone.
3. Fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées selon la revendication 1,
caractérisé en ce que des fibres conductrices (4) sont des fibres métalliques.
4. Fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées selon l'une des revendications
1 à 3, caractérisé en ce que des fibres non conductrices (6) sont des fibres minérales.
5. Fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées selon l'une des revendications
1 à 3, caractérisé en ce que des fibres non conductrices (6) sont des fibres appartenant
à l'ensemble des fibres formé par les fibres aramides et les fibres polyéthylènes.
6. Fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées selon l'une des revendications
1 à 3, caractérisé en ce que des fibres non conductrices (6) sont des fibres de céramique.
7. Fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées selon l'une quelconque des
revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la proportion en poids de fibres conductrices
(4) est inférieure à 5%.
8. Fil pour renfort textile à pertes électriques contrôlées selon l'une quelconque des
revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des fibres non conductrices
(6) de polyéther-éther-kétone (PEEK).
9. Procédé de fabrication de fil comportant une succession d'opérations de craquage,
étirage et de mélange, caractérisé en ce qu'il est appliqué à l'obtention d'un fil
pour renfort textile à perte électrique contrôlée comportant des fibres non conductrices
(6) et des fibres conductrices (4), la proportion en poids des fibres conductrices
n'excède pas 20%, lesdites fibres sont discontinues et approximativement parallèles
et que:
a) des filaments, respectivement conducteurs (11) et non conducteur (12), sont utilisés;
b) les filaments, conducteurs (11) d'une part, non conducteurs (12) d'autre part, sont soumis à un craquage-étirage, de façon à obtenir un filé conducteur (14) et un filé non conducteur (16);
c) un filé conducteur (14) est mélangé avec un filé non conducteur (16), de manière à obtenir un filé mélangé (18) de niveau 1;
d) le filé mélangé (18) de niveau 1 est étiré;
e) le filé mélangé étiré (110) de niveau 1 est mélangé avec un filé (16) non conducteur, de manière à obtenir un filé mélangé (120) de niveau 2;
f) les étapes d) et e) sont répétées aussi souvent que nécessaire pour obtenir un filé de niveau n, dans lequel la proportion en poids de fibres conductrices correspond à la valeur voulue inférieure à 20%, puis d'étirage pour obtenir la masse linéaire recherchée, et que les fibres non conductrices (6) et les fibres conductrices (4) sont discontinues et approximativement parallèles.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le filé de niveau n, ayant
subi une opération d'étirage, est soumis à une torsion.
11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le filé de niveau n, ayant
subi une opération d'étirage, est guipé.
1. Verstärkungsgarn mit regulierten elektrischen Verlusten, das nichtleitfähige Fasern
(6) und leitfähige Fasern (4) aufweist, wobei der Gewichtsanteil der leitfähige Fasern
20 % nicht übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern diskontinuierlich und
in etwa parallel sind.
2. Verstärkungsgarn mit regulierten elektrischen Verlusten gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die leitfähigen Fasern (4) Kohlenstoff-Fasern sind.
3. Verstärkungsgarn mit regulierten elektrischen Verlusten gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die leitfähigen Fasern (4) Metallfasern sind.
4. Verstärkungsgarn mit regulierten elektrischen Verlusten gemäß einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitfähigen Fasern (6) Mineralfasern
sind.
5. Verstärkungsgarn mit regulierten elektrischen Verlusten gemäß einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitfähigen Fasern (6) Fasern sind,
die zur Gesamtheit der Fasern gehören, die durch die Aramidfasern und die Polyethylenfasern
gebildet werden.
6. Verstärkungsgarn mit regulierten elektrischen Verlusten gemäß einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitfähigen Fasern (6) Keramikfasern
sind.
7. Verstärkungsgarn mit regulierten elektrischen Verlusten gemäß irgendeinem der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil der leitfähigen Fasern (4)
weniger als 5 % beträgt.
8. Verstärkungsgarn mit regulierten elektrischen Verlusten gemäß irgendeinem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es nichtleitfähige Fasern (6) von Polyether-ether-keton
(PEEK) umfaßt.
9. Verfahren zur Garnherstellung, umfassend eine Reihenfolge von Arbeitsweisen des Aufspaltens,
Verstreckens und Vermischens, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Herstellung eines
Verstärkungsgarns mit regulierten elektrischen Verlusten angewendet wird, das nichtleitfähige
Fasern (6) und leitfähige Fasern (4) aufweist wobei der Gewichtsanteil der leitfähige
Fasern 20 % nicht übersteigt, die Fasern diskontinuierlich und in etwa parallel sind,
und daß:
a) Leiter (11)- bzw. Nichtleiter (12)-Filamente verwendet werden;
b) einerseits die Leiter-Filamente (11), andererseits die Nichtleiter-Filamente (12) einem Aufspalten/Verstrecken unterzogen werden, und ein nichtleitfähiger Webfaden (16) gebildet wird,
c) ein Leiter-Webfaden (14) mit einem Nichtleiter-Webfaden (16) auf derartige Weise vermischt wird, daß man einen gemischten Webfaden (18) des Grads 1 erhält,
d) der gemischte Webfaden (18) des Grads 1 verstreckt wird,
e) der gemischte, verstreckte Webfaden (110) des Grads 1 mit einem Nichtleiter-Webfaden (16) auf derartige Weise vermischt wird, daß man einen gemischten Webfaden (120) des Grads 2 erhält,
f) die Stufen d) und e) so häufig wie nötig wiederholt werden, um einen Webfaden vom Grad n zu erhalten, in dem der Gewichtsanteil der leitfähigen Fasern dem erwünschten Wert von weniger als 20 % entspricht, dann verstreckt wird, um die erwünschte lineare Masse zu erhalten, und worin die nichtleitfähigen Fasern (6) und die leitfähigen Fasern (4) diskontinuierlich und in etwa parallel sind.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Webfaden des Grads n,
der einer Arbeitsweise des Verstreckens unterzogen wurde, einer Verdrillung unterzogen
wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Webfaden des Grads n,
der einer Arbeitsweise des Verstreckens unterzogen wurde, umwickelt wird.
1. Thread for textile reinforcement with controlled electrical losses containing non-conducting
fibers (6) and conducting fibers (4), the proportion by weight of conducting fibers
not exceeding 20%, characterized in that said fibers are discontinuous and approximately
parallel.
2. Thread for textile reinforcement with controlled electrical losses according to claim
1, characterized in that the conducting fibers (4) are carbon fibers.
3. Thread for textile reinforcement with controlled electrical losses according to claim
1, characterized in that the conducting fibers (4) are metal fibers.
4. Thread for textile reinforcement with controlled electrical losses according to any
of claims 1 to 3, characterized in that the non-conducting fibers (6) are mineral
fibers.
5. Thread for textile reinforcement with controlled electrical losses according to any
of claims 1 to 3, characterized in that the non-conducting fibers (6) are fibers from
the group consisting of aramide fibers and polyethylene fibers.
6. Thread for textile reinforcement with controlled electrical losses according to any
of claims 1 to 3, characterized in that the non-conducting fibers (6) are ceramic
fibers.
7. Thread for textile reinforcement with controlled electrical losses according to any
of claims 1 to 6, characterized in that the proportion of conducting fibers (4) is
less than 5% by weight.
8. Thread for textile reinforcement with controlled electrical losses according to any
of claims 1 to 7, characterized in that it comprises non-conducting fibers (6) made
of polyether-ether-ketone (PEEK).
9. Process for the production of thread including successive cracking, drawing and blending
operations, characterized in that it is applied to production of a thread for textile
reinforcement with controlled electrical losses comprising non-conducting fibers (6)
and conducting fibers (4), the proportion of conducting fibers not exceeding 20% by
weight, and said fibers are discontinuous and approximately parallel and in that:
a) conducting (11) and non-conducting (12) filaments are used;
b) conducting (11) and non-conducting (12) filaments are subjected to a cracking-drawing operation, and a non-conducting yarn (16);
c) a conducting yarn (14) is blended with a non-conducting yarn (16) in order to obtain a blended level 1 yarn (18);
d) the blended level 1 yarn (18) is drawn;
e) the blended drawn level 1 yarn (110) is blended with a non-conducting yarn (16), in order to obtain a blended level 2 yarn (120);
f) steps d) and e) are repeated as often as necessary to obtain a level n yarn, in which the proportion of conducting fibers is 20% by weight less than the required value, followed by drawing to obtain the required linear mass, and non-conducting fibers (6) and conducting fibers (4) are discontinuous and approximately parallel.
10. Process according to claim 9, characterized in that the level n yarn is twisted after
the drawing operation.
11. Process according to claim 9, characterized in that the level n yarn is covered after
the drawing operation.