FR3148637A1 - SINGLE-LAYER OR MULTI-LAYER STRUCTURE FOR THE TRANSPORT, STORAGE OR DISTRIBUTION OF COMPRESSED GAS - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une structure monocouche ou multicouche, pour le transport, le stockage ou la distribution de gaz comprimé, de préférence sous haute pression, en particulier l’hydrogène, comprenant : au moins une couche de renfort composite constituant l’enveloppe de ladite structure constituée d’un matériau fibreux sous forme de fibres continues imprégné par une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique ductile, de préférence semi-cristallin, présentant une température de transition vitreuse (Tg) mesurée selon la norme ISO 11357 -3 : 2013, la dite Tg étant inférieure ou égale à la température d’utilisation Tu, ou Tg -Tu ≥ 100°C, le matériaux fibreux imprégné composant ladite couche de renfort composite présentant, après consolidation, une déformation à la rupture transverse supérieure à la déformation à la rupture desdites fibres, en particulier supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation, ladite structure étant dépourvue d’une couche d’étanchéité interne. The present invention relates to a single-layer or multi-layer structure for the transport, storage or distribution of compressed gas, preferably under high pressure, in particular hydrogen, comprising: at least one composite reinforcement layer constituting the envelope of said structure made of a fibrous material in the form of continuous fibers impregnated with a composition mainly comprising at least one ductile thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline, having a glass transition temperature (Tg) measured according to the ISO 11357-3: 2013 standard, said Tg being less than or equal to the operating temperature Tu, or Tg -Tu ≥ 100°C, the impregnated fibrous material constituting said composite reinforcement layer having, after consolidation, a transverse strain at break greater than the strain at break of said fibers, in particular greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the operating temperature and at the deformation rate representative of use, said structure being devoid of an internal sealing layer.
Description
L'invention porte sur des structures monocouches ou multicouches pour le transport, le stockage ou la distribution de gaz comprimé, de préférence sous haute pression, en particulier l’hydrogène, leur utilisation et leur procédé de préparation.The invention relates to single-layer or multi-layer structures for the transport, storage or distribution of compressed gas, preferably under high pressure, in particular hydrogen, their use and their method of preparation.
Les structures de transport, le stockage ou la distribution de gaz comprimé, de préférence sous haute pression, en particulier d’hydrogène utilisant un renfort composite pour assurer la tenue à la pression, c’est à dire les réservoirs de type III ou IV, comportent tous un liner (couche d’étanchéité), métallique (type III) ou polymère (type IV) pour assurer l’étanchéité au gaz, en particulier à l’hydrogène car la couche composite comporte des porosités et des microfissures qui l’empêchent d’être imperméable au gaz, en particulier à l’hydrogène.Structures for transporting, storing or distributing compressed gas, preferably under high pressure, in particular hydrogen, using composite reinforcement to ensure pressure resistance, i.e. type III or IV tanks, all include a liner (sealing layer), metallic (type III) or polymer (type IV) to ensure gas-tightness, in particular hydrogen, because the composite layer includes porosities and microfissures which prevent it from being impermeable to gas, in particular hydrogen.
Les réservoirs de type V, c’est-à-dire des réservoirs composites sans liner, restent donc une cible aujourd’hui, intéressante car plus économique (pas de liner à fabriquer) et plus efficace (efficacité volumétrique de stockage supérieure) mais inaccessible à ce jour à cause, notamment, de la microfissuration transverse des composites qui apparait prématurément lors de la mise en pression, notamment répétée, c’est-à-dire qui apparait à une valeur de pression égale à une fraction de la pression en service.Type V tanks, i.e. composite tanks without a liner, therefore remain an interesting target today, because they are more economical (no liner to manufacture) and more efficient (higher volumetric storage efficiency) but inaccessible to date due, in particular, to the transverse microcracking of composites which appears prematurely during pressurization, particularly repeated pressurization, i.e. which appears at a pressure value equal to a fraction of the pressure in service.
Ainsi la solution la plus proche d’un type IV, appelée parfois type 4,5, consiste à faire un réservoir composite thermoplastique ou thermodurcissable monolithique, dans lequel le composite est soudé au liner. Pour faire cela il peut être intéressant d’utiliser plusieurs couches de composite dont une comportant une matrice présentant un point de fusion proche de celui du polymère composant le liner, de façon à limiter les contraintes thermiques résiduelles sur le liner.Thus the solution closest to a type IV, sometimes called type 4.5, consists of making a monolithic thermoplastic or thermosetting composite tank, in which the composite is welded to the liner. To do this it may be interesting to use several layers of composite, one of which has a matrix with a melting point close to that of the polymer making up the liner, so as to limit the residual thermal stresses on the liner.
Ainsi la demande internationale WO 2021/019181 décrit-elle une structure multicouche choisie parmi un réservoir, un tuyau ou tube, destinée au transport, à la distribution ou au stockage de l’hydrogène, comprenant, de l’intérieur vers l’extérieur, au moins une couche d’étanchéité et au moins une couche de renfort composite.Thus, international application WO 2021/019181 describes a multilayer structure chosen from a tank, a pipe or tube, intended for the transport, distribution or storage of hydrogen, comprising, from the inside to the outside, at least one sealing layer and at least one composite reinforcement layer.
L’union Européenne vient de valider la fin des moteurs thermiques qui prendra effet dès 2035.The European Union has just validated the end of thermal engines which will take effect from 2035.
L’un des buts recherchés est de proposer des véhicules de moins en moins polluants. Ainsi, les véhicules électriques ou hybrides comportant une batterie visent à remplacer progressivement les véhicules thermiques, tels que les véhicules à essence ou bien à gasoil. Or, il s’avère que la batterie est un constituant du véhicule relativement complexe. Selon l’emplacement de la batterie dans le véhicule, il peut être nécessaire de la protéger des chocs et de l’environnement extérieur, qui peut être à des températures extrêmes et à une humidité variable. Il est également nécessaire d’éviter tout risque de flammes.One of the goals sought is to offer vehicles that are less and less polluting. Thus, electric or hybrid vehicles with a battery aim to gradually replace thermal vehicles, such as gasoline or diesel vehicles. However, it turns out that the battery is a relatively complex component of the vehicle. Depending on the location of the battery in the vehicle, it may be necessary to protect it from shocks and the external environment, which can be at extreme temperatures and variable humidity. It is also necessary to avoid any risk of flames.
En outre, chaque fabriquant de batterie dessine ses batteries selon un modèle précis, les rendant inadaptées à une utilisation massive indépendante du modèle de véhicule choisi. Ainsi, chaque fabriquant automobile doit s’adapter aux contraintes de design des batteries, et revoir ses modèles en conséquence pour les y intégrer.In addition, each battery manufacturer designs its batteries according to a specific model, making them unsuitable for mass use independent of the chosen vehicle model. Thus, each car manufacturer must adapt to the design constraints of the batteries, and revise its models accordingly to integrate them.
De plus, il est important que sa température de fonctionnement n’excède pas 55°C pour ne pas détériorer les cellules de la batterie et préserver sa durée de vie. A l’inverse, par exemple en hiver, il peut être nécessaire d’élever la température de la batterie de manière à optimiser son fonctionnement.In addition, it is important that its operating temperature does not exceed 55°C to avoid damaging the battery cells and preserve its lifespan. Conversely, for example in winter, it may be necessary to raise the temperature of the battery in order to optimize its operation.
Par ailleurs, le véhicule électrique souffre encore aujourd’hui de plusieurs problèmes à savoir l’autonomie de la batterie, l’utilisation dans ces batteries de terres rares dont les ressources ne sont pas inépuisables ainsi qu’un problème de production d’électricité dans les différents pays pour pouvoir recharger les batteries.Furthermore, the electric vehicle still suffers today from several problems, namely the autonomy of the battery, the use in these batteries of rare earths whose resources are not inexhaustible as well as a problem of electricity production in the different countries to be able to recharge the batteries.
L’hydrogène représente donc une alternative à la batterie électrique puisque l’hydrogène peut être transformé en électricité au moyen d’une pile à combustible et alimenter ainsi les véhicules électriques.Hydrogen therefore represents an alternative to the electric battery since hydrogen can be transformed into electricity using a fuel cell and thus power electric vehicles.
Néanmoins, le stockage de l’hydrogène est techniquement difficile et coûteux du fait de sa très faible masse molaire et de sa très basse température de liquéfaction, tout particulièrement quand il s’agit d’un stockage mobile. Or le stockage pour être efficace doit s’effectuer sous faible volume, ce qui impose de maintenir l’hydrogène sous forte pression, compte tenu des températures d’utilisation des véhicules. C’est le cas, en particulier, des véhicules routiers hybrides à pile à combustible pour lesquels on vise une autonomie de l’ordre de 600 à 700 km, voire moins pour des usages essentiellement urbains en complément d'une base électrique sur batteries.However, storing hydrogen is technically difficult and expensive due to its very low molar mass and very low liquefaction temperature, particularly when it comes to mobile storage. However, to be effective, storage must be carried out in small volumes, which requires maintaining the hydrogen under high pressure, given the operating temperatures of the vehicles. This is the case, in particular, for hybrid fuel cell road vehicles for which the aim is to achieve a range of around 600 to 700 km, or even less for mainly urban uses in addition to an electric base on batteries.
Il est donc nécessaire de réduire les coûts de production de réservoirs de gaz comprimé, notamment d’hydrogène tout en maintenant ses propriétés d’imperméabilité au gaz, en particulier à l’hydrogène et présentant une résistance qui doit être suffisante pour permettre l’utilisation de façon répétée du réservoir à la pression de service (ou d’utilisation), notamment lors du cyclage en pression inhérent à son utilisation.It is therefore necessary to reduce the production costs of compressed gas tanks, particularly hydrogen tanks, while maintaining their gas-impermeability properties, particularly hydrogen-impermeability, and having a resistance which must be sufficient to allow the tank to be used repeatedly at the service (or usage) pressure, particularly during the pressure cycling inherent in its use.
La présente invention concerne donc une structure monocouche ou multicouche, pour le transport, le stockage ou la distribution de gaz comprimé, de préférence sous haute pression, en particulier l’hydrogène, comprenant :The present invention therefore relates to a single-layer or multi-layer structure, for the transport, storage or distribution of compressed gas, preferably under high pressure, in particular hydrogen, comprising:
au moins une couche de renfort composite constituant l’enveloppe de ladite structure constituée d’un matériau fibreux sous forme de fibres continues imprégné par une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique ductile, de préférence semi-cristallin, présentant une température de transition vitreuse (Tg) mesurée selon la norme ISO 11357 -3 : 2013, la dite Tg étant inférieure ou égale à la température d’utilisation (Tu), ou Tg -Tu ≥ 100°C, par exemple Tg -Tu > +100°C, en particulier Tg -Tu ≥ 80°C, notamment Tg -Tu ≥ 50°C,at least one composite reinforcement layer constituting the envelope of said structure consisting of a fibrous material in the form of continuous fibers impregnated with a composition mainly comprising at least one ductile thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline, having a glass transition temperature (Tg) measured according to the ISO 11357-3: 2013 standard, said Tg being less than or equal to the operating temperature (Tu), or Tg -Tu ≥ 100°C, for example Tg -Tu > +100°C, in particular Tg -Tu ≥ 80°C, in particular Tg -Tu ≥ 50°C,
le matériaux fibreux imprégné composant ladite couche de renfort composite présentant, après consolidation, une déformation à la rupture transverse supérieure à la déformation à la rupture desdites fibres, en particulier supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation,the impregnated fibrous material making up said composite reinforcement layer having, after consolidation, a transverse strain at break greater than the strain at break of said fibers, in particular greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the temperature of use and at the strain rate representative of the use,
ladite structure étant dépourvue d’une couche d’étanchéité interne.said structure being devoid of an internal sealing layer.
Les Inventeurs ont donc trouvés de manière inattendue qu’une structure présentant au moins une couche de renfort composite dont le polymère thermoplastique présente une Tg telle que définie ci-dessus et dont le matériaux fibreux imprégné composant ladite couche de renfort composite présente, après consolidation, une déformation à la rupture transverse, telle que définie ci-dessus, permettait de s’affranchir de la présence d’une couche d’étanchéité interne (liner) mais de maintenir en parallèle ses propriétés d’imperméabilité au gaz, en particulier à l’hydrogène et de présenter une résistance suffisante pour permettre l’utilisation de façon répétée du réservoir à la pression de service (ou d’utilisation), notamment lors du cyclage en pression inhérent à son utilisation et donc de réduire les coûts de production de réservoirs de gaz comprimé, notamment d’hydrogène.The inventors have therefore unexpectedly found that a structure having at least one composite reinforcement layer whose thermoplastic polymer has a Tg as defined above and whose impregnated fibrous material composing said composite reinforcement layer has, after consolidation, a transverse deformation at break, as defined above, made it possible to dispense with the presence of an internal sealing layer (liner) but to maintain in parallel its gas impermeability properties, in particular to hydrogen and to have sufficient resistance to allow the repeated use of the tank at the service (or use) pressure, in particular during the pressure cycling inherent in its use and therefore to reduce the production costs of compressed gas tanks, in particular hydrogen tanks.
La structure ci-dessus définie présente plusieurs avantages et notamment :The structure defined above has several advantages, including:
- d’avoir une efficacité volumétrique de stockage plus importante qu’un réservoir avec une couche d’étanchéité interne (liner),- to have a greater volumetric storage efficiency than a tank with an internal sealing layer (liner),
- de présenter un gain de poids et d’efficacité massique de stockage comparé à un réservoir avec une couche d’étanchéité interne (liner),- to present a gain in weight and mass storage efficiency compared to a tank with an internal sealing layer (liner),
- de supprimer le risque de collapse (décollement) du liner (couche d’étanchéité), existant avec les réservoirs de type IV présentant une couche d’étanchéité interne,- to eliminate the risk of collapse (detachment) of the liner (sealing layer), existing with type IV tanks having an internal sealing layer,
- de présenter un gain économique lié à la suppression de l’étape de fabrication du liner et de séchage du liner, et à l’économie des matières premières utilisées pour fabriquer le liner,- to present an economic gain linked to the elimination of the liner manufacturing and liner drying stage, and to the saving of raw materials used to manufacture the liner,
- de simplifier la fabrication du réservoir en utilisant des préimprégnés thermoplastiques (ou tapes) déposés à chaud, en particulier des tapes comportant une matrice haute performance à haut point de fusion- to simplify the manufacture of the tank by using hot-laid thermoplastic prepregs (or tapes), in particular tapes comprising a high-performance matrix with a high melting point
- de faciliter le recyclage du réservoir final avec un seul type de matériau utilisé (fibres de carbone imprégnées d’un polymère thermoplastique)- to facilitate the recycling of the final tank with a single type of material used (carbon fibers impregnated with a thermoplastic polymer)
- de limiter le nombre d’interfaces et donc les risques de fuites dans le réservoir- to limit the number of interfaces and therefore the risks of leaks in the tank
- de supprimer des déformations différentielles (liner vs composite) lors des phases de fabrication et donc de réduire les contraintes résiduelles internes ;- to eliminate differential deformations (liner vs composite) during the manufacturing phases and therefore reduce internal residual stresses;
- de présenter une tenue à la fatigue améliorée (i.e. cyclage en pression lié aux cycles de remplissage et vidange) du réservoir et donc d’augmenter la durée de vie en service.- to present improved fatigue resistance (i.e. pressure cycling linked to filling and emptying cycles) of the tank and therefore to increase the service life.
La couche de renfort composite est donc constituée d’au moins une strate qui est un matériau fibreux consolidé.The composite reinforcement layer is therefore made up of at least one layer which is a consolidated fibrous material.
Le terme « structure » désigne toute structure tridimensionnelle creuse susceptible de tenir la pression à l’exclusion de toute structure telle qu’un film ou un granulé.The term “structure” means any hollow three-dimensional structure capable of withstanding pressure, excluding any structure such as a film or a granule.
Le terme « structure » désigne en particulier un réservoir, un tuyau ou tube, comprenant ou constitué d’une ou plusieurs couches, en particulier un réservoir.The term “structure” refers in particular to a tank, pipe or tube, comprising or consisting of one or more layers, in particular a reservoir.
La structure peut être un réservoir, un tuyau ou un tube pour le stockage mobile de l’hydrogène, c’est-à-dire sur un camion pour le transport de l’hydrogène, sur une voiture pour le transport de l’hydrogène et l’alimentation en hydrogène d’une pile à combustible par exemple, sur un train pour l’alimentation en hydrogène ou sur un drone pour l’alimentation en hydrogène, mais elle peut être également un réservoir, un tuyau ou un tube de stockage stationnaire de l’hydrogène en station pour la distribution d’hydrogène à des véhicules.The structure may be a tank, pipe or tube for mobile storage of hydrogen, i.e. on a truck for transporting hydrogen, on a car for transporting hydrogen and supplying hydrogen to a fuel cell for example, on a train for supplying hydrogen or on a drone for supplying hydrogen, but it may also be a tank, pipe or tube for stationary storage of hydrogen at a station for distributing hydrogen to vehicles.
L’expression « sous haute pression » signifie plusieurs centaines de bars, en particulier de 100 à 900 bar (ou 100 000 à 900 000 hPa, en particulier de 300 à 900 bar (ou 300 000 à 900 000 hPa).The term "high pressure" means several hundred bars, in particular 100 to 900 bar (or 100,000 to 900,000 hPa, in particular 300 to 900 bar (or 300,000 to 900,000 hPa).
Dans un mode de réalisation, ladite structure comprend ou est constituée d’une seule couche.In one embodiment, said structure comprises or consists of a single layer.
Dans un autre mode de réalisation, ladite structure comprend ou est constituée de deux couches.In another embodiment, said structure comprises or consists of two layers.
Le terme « gaz » désigne tout corps qui se présente à l'état de fluide expansible et compressible (état gazeux) dans les conditions de température supérieure à -250°C et de pression inférieure à 3000 bars.The term "gas" refers to any body which is in the state of an expansive and compressible fluid (gaseous state) under conditions of temperature greater than -250°C and pressure less than 3000 bars.
Le terme « gaz» désigne en particulier l’air, l’hélium, l’oxygène, l’azote, le méthane, le gaz naturel, le gaz naturel véhicule (GNV) tel que le gaz naturel comprimé (GNC) ou le gaz naturel liquéfié (GNL), le gaz de pétrole liquéfié (GPL), le propane, le butane et l’hydrogène, notamment le méthane, le gaz naturel, le gaz naturel véhicule (GNV) tel que le gaz naturel comprimé (GNC) ou le gaz naturel liquéfié (GNL), le gaz de pétrole liquéfié (GPL), le propane, le butane et l’hydrogène, en particulier l’hydrogène.The term “gas” means in particular air, helium, oxygen, nitrogen, methane, natural gas, natural gas vehicle (NGV) such as compressed natural gas (CNG) or liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), propane, butane and hydrogen, in particular methane, natural gas, natural gas vehicle (NGV) such as compressed natural gas (CNG) or liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), propane, butane and hydrogen, in particular hydrogen.
L’expression « température d’utilisation Tu » signifie la température à laquelle ladite structure est utilisée. Cette température dépend bien évidemment du type du gaz transporté (ou véhiculé), stocké ou distribué et du type d’utilisation. Ainsi, lors d’un remplissage rapide, ladite structure (ie le réservoir ou le tuyau) s’échauffe et Tu augmente avec l’augmentation de la pression. Lors d’une vidange rapide ladite structure se refroidit et Tu diminue avec la chute de la pression.The expression "operating temperature Tu" means the temperature at which the said structure is used. This temperature obviously depends on the type of gas transported (or conveyed), stored or distributed and the type of use. Thus, during rapid filling, the said structure (i.e. the tank or pipe) heats up and Tu increases with the increase in pressure. During rapid emptying, the said structure cools down and Tu decreases with the drop in pressure.
L’utilisation peut être le stockage de gaz, en particulier l’hydrogène, dans une station de ravitaillement en gaz, en particulier en hydrogène pour tous types de véhicules, flottes légères et lourdes, pour les marchés de la mobilité, des activités industrielles, du stockage et de l’énergie.The use may be the storage of gas, in particular hydrogen, in a gas refueling station, in particular hydrogen for all types of vehicles, light and heavy fleets, for the mobility, industrial activities, storage and energy markets.
Elle peut être également le transport de l’hydrogène sous la mer vers la terre à partir d’une éolienne offshore sur laquelle est effectuée l’électrolyse de l’eau de mer pour produire de l’hydrogène vert qui sera ensuite transporté vers la terre dans une station de stockage ou ravitaillement.It can also be the transport of hydrogen under the sea to land from an offshore wind turbine on which the electrolysis of seawater is carried out to produce green hydrogen which will then be transported to land to a storage or refueling station.
Dans un mode de réalisation, la température d’utilisation Tu est comprise de - 80°C à +160°C.In one embodiment, the operating temperature Tu is from -80°C to +160°C.
Lors de l’utilisation de la structure, le renfort composite doit pouvoir supporter les déformations de ladite structure en fonction de la température du gaz comprimé. Le renfort composite permet à la structure de résister à la pression interne dans ladite structure générée par le fluide transporté (ou véhiculé), stocké ou distribué.When using the structure, the composite reinforcement must be able to withstand the deformations of said structure depending on the temperature of the compressed gas. The composite reinforcement allows the structure to withstand the internal pressure in said structure generated by the fluid transported (or conveyed), stored or distributed.
Selon le cours du Professeur Antoine Chateauminois à l’ESCPI (Cours matériaux composites, Processus de rupture dans les composites unidirectionnels (UD), Fiche 3, May 2000), sous chargement transverse, la rupture d’un pli unidirectionnel met en jeu des fissurations matricielles et des décohésions à l’interface fibres/matrice. Ce mode de rupture correspond généralement au premier endommagement observé dans les stratifiés croisés soumis à des efforts de traction. On observe alors des fissures transverses dites intra-laminaires dans les plis désorientés par rapport à l’axe de chargement. Ces ruptures interviennent bien avant la rupture des plis orientés à 0° par rapport à l’axe de sollicitation.According to the course given by Professor Antoine Chateauminois at ESCPI (Composite materials course, Fracture processes in unidirectional composites (UD), Sheet 3, May 2000), Under transverse loading, the failure of a unidirectional ply involves matrix cracking and decohesion at the fiber/matrix interface. This failure mode generally corresponds to the first damage observed in cross laminates subjected to tensile forces. Transverse cracks known as intra-laminar cracks are then observed in the plies disoriented with respect to the loading axis. These failures occur well before the failure of plies oriented at 0° with respect to the stress axis.
Pour éviter cette apparition de fissures transverses, ledit matériaux fibreux imprégné composant ladite couche de renfort composite constituant l’enveloppe de ladite structure doit donc présenter, après consolidation, une déformation à la rupture transverse supérieure à la déformation à la rupture desdites fibres, en particulier supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation.To avoid this appearance of transverse cracks, said impregnated fibrous material making up said composite reinforcement layer constituting the envelope of said structure must therefore present, after consolidation, a transverse strain at break greater than the strain at break of said fibers, in particular greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the temperature of use and at the strain rate representative of the use.
Dans un mode de réalisation, la température d’utilisation Tu est comprise de -252,8°C à +150°C.In one embodiment, the operating temperature Tu is from -252.8°C to +150°C.
Dans un mode de réalisation, la température d’utilisation Tu est comprise de - 80°C à +150°C.In one embodiment, the operating temperature Tu is between -80°C and +150°C.
Le comportement d’un matériau tel que sa fragilité ou sa ductilité, dépend entre autres de la vitesse de déformation.The behavior of a material, such as its fragility or ductility, depends, among other things, on the deformation rate.
Dans un mode de réalisation, la vitesse de déformation représentative de l’utilisation est comprise de 10−5à 102s−1, en particulier de 10-5s-1à 1s-1, en particulier de 10−3à 1s−1.In one embodiment, the strain rate representative of the use is from 10 -5 to 10 2 s -1 , in particular from 10 -5 s -1 to 1s -1 , in particular from 10 -3 to 1s -1 .
Le terme « ductile » désigne la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre.The term "ductile" refers to the ability of a material to deform plastically without breaking.
Il a donc été trouvé que si la déformation à la rupture transverse du composite se produit après la rupture des fibres alors le problème de microfissuration prématurée lors de l’utilisation du réservoirs n’existe plus et l’utilisation d’un liner peut être supprimée, ceci d’autant plus facilement qu’il est connu par ailleurs qu’avant sollicitation mécanique, un composite à matrice thermoplastique semi-cristalline peut présenter une très faible perméabilité à l’hydrogène, si ce composite est bien consolidé et ne présente pas de défauts (porosité, microfissures liées au cycle thermique de fabrication etc..)It was therefore found that if the deformation at transverse rupture of the composite occurs after the rupture of the fibres then the problem of premature microcracking during the use of the tanks no longer exists and the use of a liner can be eliminated, this all the more easily since it is also known that before mechanical stress, a composite with a semi-crystalline thermoplastic matrix can have a very low permeability to hydrogen, if this composite is well consolidated and does not present any defects (porosity, microcracking linked to the thermal cycle of manufacture etc.)
Ladite structure comprend donc un composite dont les propriétés mécaniques transverses sont suffisantes pour éviter le phénomène de microfissuration. Cette résistance est suffisante pour permettre l’utilisation de façon répétée du réservoir à la pression de service car la structure comprend un composite qui présente une bonne résistance transverse, également lors du cyclage en pression inhérent à son utilisation.The said structure therefore comprises a composite whose transverse mechanical properties are sufficient to avoid the phenomenon of microcracking. This resistance is sufficient to allow the repeated use of the tank at the service pressure because the structure comprises a composite which has good transverse resistance, also during the pressure cycling inherent in its use.
L’évaluation de la déformation à la rupture transverse desdites couches de renfort composite obtenues est effectuée selon la norme ISO 527-5 :2021 sur coupon : une plaque de 2mm d’épaisseur, de 300x 300mm, composée d’un empilement de 16 couches unidirectionnelles UD de matériau fibreux imprégné est obtenue par dépose laser à plat suivie d’une consolidation autoclave. Dans la plaque obtenue, des éprouvettes de traction transverse ont été usinées (T90°), l’axe des fibres étant perpendiculaire à l’axe de l’éprouvette puis testées à une vitesse de déformation de 10-5s-1,10-3s-1, 1s-1et 102s-1et une température de -252,8°C, -60°C, +23°C et +85°C.The evaluation of the transverse deformation at break of the said composite reinforcement layers obtained is carried out according to the ISO 527-5:2021 standard on a coupon: a 2mm thick plate, 300x 300mm, composed of a stack of 16 unidirectional UD layers of impregnated fibrous material is obtained by flat laser deposition followed by autoclave consolidation. In the plate obtained, transverse tensile test specimens were machined (T90°), the axis of the fibers being perpendicular to the axis of the test specimen and then tested at a strain rate of 10 -5 s -1 , 10 -3 s -1 , 1s -1 and 10 2 s -1 and a temperature of -252.8°C, -60°C, +23°C and +85°C.
Bien que la plaque testée soit fabriquée selon un procédé différent du procédé de fabrication de ladite structure de l’invention, les résultats de déformation à la rupture transverse obtenus sur cette plaque sont garants du bon comportement de ladite structure et notamment de l’étanchéité de ladite structure sous pression.Although the tested plate is manufactured using a process different from the manufacturing process of said structure of the invention, the transverse fracture deformation results obtained on this plate guarantee the good behavior of said structure and in particular the sealing of said structure under pressure.
L’évaluation de la déformation à la rupture transverse peut aussi être déterminée par d’autre méthodes, par exemple :The assessment of the transverse fracture strain can also be determined by other methods, for example:
- sur un composite unidirectionnel composé du même type de fibre et de la même matrice polymère, en réalisant une traction sur ce composite, perpendiculairement à l’axe des fibres et en particulier, une valeur de déformation à rupture supérieure à celle des fibres utilisées, de préférence supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation, sera recherchée.- on a unidirectional composite composed of the same type of fiber and the same polymer matrix, by performing traction on this composite, perpendicular to the axis of the fibers and in particular, a strain value at break greater than that of the fibers used, preferably greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the temperature of use and at the strain rate representative of the use, will be sought.
- ou sur une plaque stratifiée d’orientation 0-90° en réalisant une traction selon l’une des 2 directions et en particulier, la rupture des fibres sollicitées dans leur sens longitudinal (ie dans le sens de la déformation imposée par la machine d’essai de traction), devra intervenir avant celles des plis transverses au sens de la traction.- or on a laminated plate with a 0-90° orientation by applying traction in one of the two directions and in particular, the rupture of the fibres stressed in their longitudinal direction (i.e. in the direction of the deformation imposed by the tensile testing machine) must occur before that of the folds transverse to the direction of traction.
- ou une plaque stratifiée d’orientation 0-90°, en flexion biaxiale, consistant à poinçonner la plaque en son milieu et transversalement à son épaisseur, la plaque étant préalablement déposée sur un support creux, et en particulier, dans les directions hors axe des fibres, une valeur de déformation radiale ou orthoradiale supérieure à la déformation à rupture de la fibre utilisée, de préférence supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentatives de l’utilisation, sera recherchée.- or a laminated plate with a 0-90° orientation, in biaxial bending, consisting of punching the plate in its middle and transversely to its thickness, the plate being previously deposited on a hollow support, and in particular, in the off-axis directions of the fibers, a radial or orthoradial deformation value greater than the deformation at break of the fiber used, preferably greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the temperature of use and at the deformation rate representative of the use, will be sought.
- ou sur une plaque stratifiée d’orientation 0-90°, en traction biaxiale, en réalisant une traction simultanément selon les 2 directions des fibres de la plaque et en particulier, dans les directions hors axe des fibres, une valeur de déformation radiale ou orthoradiale supérieure à la déformation à rupture de la fibre utilisée, de préférence supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation, sera recherchée.- or on a laminated plate with a 0-90° orientation, in biaxial traction, by performing traction simultaneously in the 2 directions of the fibers of the plate and in particular, in the off-axis directions of the fibers, a radial or orthoradial deformation value greater than the deformation at break of the fiber used, preferably greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the temperature of use and at the deformation rate representative of the use, will be sought.
- ou sur une plaque stratifiée d’orientation quasi-iso 0°/+-45°/90° en réalisant une traction selon une des 4 directions des fibres de la plaque et en particulier, et en particulier, une déformation à rupture supérieure à celle des fibres utilisées, de préférence supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentatives de l’utilisation, sera recherchée.- or on a laminated plate with a quasi-iso orientation of 0°/+-45°/90° by applying traction in one of the 4 directions of the plate fibres and in particular, and in particular, a strain at break greater than that of the fibres used, preferably greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the temperature of use and at the strain rate representative of the use, will be sought.
- ou sur une plaque stratifiée quasi-iso d’orientation 0°/+-45°/90°, en flexion biaxiale, consistant à poinçonner la plaque en son milieu et transversalement à son épaisseur, la plaque étant préalablement déposée sur un support creux, et en particulier, une valeur de 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, de déformation radiale ou orthoradiale, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentatives de l’utilisation, sera alors recherchée.- or on a quasi-iso laminated plate with an orientation of 0°/+-45°/90°, in biaxial bending, consisting of punching the plate in its middle and transversely to its thickness, the plate being previously deposited on a hollow support, and in particular, a value of 1.6%, in particular at 1.8%, in particular at 2%, more particularly at 2.2%, of radial or orthoradial deformation, at the operating temperature and at the deformation speed representative of the use, will then be sought.
- ou en traction biaxiale, sur une plaque stratifiée d’orientation quasi-iso 0°/+-45°/90° en réalisant une traction selon 2 des 4 directions des fibres de la plaque et en particulier, une valeur de 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, de déformation radiale ou orthoradiale, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentatives de l’utilisation, sera alors recherchée.- or in biaxial traction, on a laminated plate with a quasi-iso orientation of 0°/+-45°/90° by carrying out traction in 2 of the 4 directions of the plate fibers and in particular, a value of 1.6%, in particular at 1.8%, in particular at 2%, more particularly at 2.2%, of radial or orthoradial deformation, at the operating temperature and at the deformation speed representative of the use, will then be sought.
Les essais de traction sont effectués à différentes températures selon la norme ISO 527-1 : 2012 sur des haltères de type 1BA.Tensile tests are carried out at different temperatures according to ISO 527-1:2012 on type 1BA dumbbells.
Les plaques consolidées présentent un taux de porosité inférieur à 5%, en particulier inférieur à 2%.The consolidated plates have a porosity rate of less than 5%, in particular less than 2%.
Le taux de porosité peut être déterminé par analyse d’images.The porosity rate can be determined by image analysis.
Il peut également être déterminé par détermination de l’écart relatif entre la densité théorique et la densité expérimentale (méthode générale) :It can also be determined by determining the relative difference between the theoretical density and the experimental density (general method):
a) Les données requises sont :a) The required data are:
- La densité de la matrice thermoplastique- The density of the thermoplastic matrix
- La densité des fibres- The density of the fibers
- Le grammage du renfort :
- masse linéique (g/m) par exemple pour une tape ¼ de pouce (issu d’un seul rowing)
- masse surfacique (g/m²) par exemple pour une tape plus large ou un tissu
- linear mass (g/m) for example for a ¼ inch tape (from a single rowing)
- surface mass (g/m²) for example for a wider tape or fabric
b) Mesures à réaliser :b) Measures to be carried out:
Le nombre d’échantillons doit être au minimum de 30 pour que le résultat soit représentatif du matériau étudié.The number of samples must be at least 30 for the result to be representative of the material studied.
Les mesures à réaliser sont :The measures to be taken are:
- La dimension des échantillons prélevés :
- Longueur (si masse linéique connue).
- Longueur et largeur (si masse surfacique connue).
- Length (if linear mass known).
- Length and width (if surface mass known).
- La densité expérimentale des échantillons prélevés :
- Mesures de masse dans l’air et dans l’eau.
- Mass measurements in air and water.
- La mesure du taux de fibres est déterminée selon ISO 1172 :1999 ou par analyse thermogravimétrique (ATG) telle que déterminé par exemple dans le document B. Benzler, Applikationslabor, Mettler Toledo, Giesen, UserCom 1/2001.- The measurement of the fiber content is determined according to ISO 1172:1999 or by thermogravimetric analysis (TGA) as determined for example in the document B. Benzler, Applikationslabor, Mettler Toledo, Giesen, UserCom 1/2001.
La mesure du taux de fibres de carbone peut être déterminée selon ISO 14127 :2008.The measurement of carbon fiber content can be determined according to ISO 14127:2008.
Détermination du taux de fibres massique théorique :Determination of the theoretical mass fiber rate:
a) Détermination du taux de fibres massique théorique :a) Determination of the theoretical mass fiber rate:
AvecWith
mlla masse linéique de la tape,m l the linear mass of the tape,
L la longueur de l’échantillon etL the length of the sample and
Meairla masse de l’échantillon mesuré dans l’air.Me air the mass of the sample measured in air.
La variation du taux massique de fibres est supposée être directement liée à une variation du taux de matrice sans prendre en compte la variation de la quantité des fibres dans le renfort.The variation in the mass rate of fibers is assumed to be directly related to a variation in the matrix rate without taking into account the variation in the quantity of fibers in the reinforcement.
b) Détermination de la densité théorique :b) Determination of the theoretical density:
Avec dm et df les densités respectives de la matrice et des fibres.With dm and df the respective densities of the matrix and the fibers.
La densité théorique ainsi calculée est la densité accessible s’il n’y a aucune porosité dans les échantillons.The theoretical density thus calculated is the accessible density if there is no porosity in the samples.
c) Evaluation de la porosité :c) Evaluation of porosity:
La porosité est alors l’écart relatif entre densité théorique et densité expérimentale.Porosity is then the relative difference between theoretical density and experimental density.
Dans un mode de réalisation, le seuil de plasticité du polymère thermoplastique ductile imprégnant le matériau fibreux sous forme de fibres continues est inférieur à 70, en particulier inférieur à 60, notamment inférieur à 50.In one embodiment, the plasticity threshold of the ductile thermoplastic polymer impregnating the fibrous material in the form of continuous fibers is less than 70, in particular less than 60, in particular less than 50.
Le seuil de plasticité, noté σ0, représente la limite entre le domaine élastique et le domaine plastique.The plasticity threshold, denoted σ0, represents the limit between the elastic domain and the plastic domain.
Lorsqu'une pièce est sollicitée (lorsque qu’on la tire, qu’on la comprime ou qu’on la tord, etc.), celle-ci commence par se déformer de manière réversible (déformation élastique), c'est-à-dire que ses dimensions changent, mais elle reprend sa forme initiale lorsque la sollicitation s'arrête. Certains matériaux, dits fragiles, cassent dans ce mode de déformation si la sollicitation est trop forte.When a part is stressed (when it is pulled, compressed or twisted, etc.), it begins to deform reversibly (elastic deformation), i.e. its dimensions change, but it returns to its initial shape when the stress stops. Some materials, called brittle, break in this mode of deformation if the stress is too strong.
Pour les matériaux dits ductiles, une augmentation suffisante de la sollicitation (i.e de la contrainte dans le matériau) entraîne une déformation définitive ; à l'arrêt de la sollicitation, la pièce reste déformée (i.e. la contrainte dans le matériau a atteint le seuil de plasticité du matériau et donc le déclenchement d’un processus de déformation irréversible).For so-called ductile materials, a sufficient increase in stress (i.e. the stress in the material) leads to definitive deformation; when the stress stops, the part remains deformed (i.e. the stress in the material has reached the plasticity threshold of the material and therefore the triggering of an irreversible deformation process).
Le seuil de plasticité peut être déterminé par traction sur des éprouvettes ISO 527-1BA.The plasticity threshold can be determined by tension on ISO 527-1BA specimens.
L’essai de traction consiste à tirer sur une barre, et permet d’extraire la courbe contrainte déformation unidimensionnelle du matériau illustrée sur la
Première phase. Elle est définie par σ < σ0. La relation entre σ et ɛ est linéaire. Si le chargement n’a pas dépassé la limite de contrainte σ0, la décharge repassera par le même chemin :First phase. It is defined by σ < σ0. The relationship between σ and ɛ is linear. If the loading has not exceeded the stress limit σ0, the discharge will go through the same path:
il y a réversibilité ; c’est la définition de l’élasticité. La relation de comportement s’écrit :there is reversibility; this is the definition of elasticity. The behavior relationship is written:
σ = E.εσ = E.ε
où E est le module de Young, identifié comme la pente de la droite.where E is Young's modulus, identified as the slope of the line.
Seconde phase. Elle est caractérisée par σ > σ0. Le matériau gagne le domaine plastique. Pour observer l’irréversibilité liée au comportement plastique, il est nécessaire d’effectuer une décharge de l’éprouvette. La décharge effectuée à partir d’une déformation supérieure à la déformation élastique, ɛe= σ/E. A ce stade de déformation, la valeur de la contrainte dans le matériau, σ, peut être égale à la limite d’élasticité initiale, σ0 et rester constante pour toute déformation supérieure à ɛe: on dit alors que le matériaux présente un comportement parfaitement plastique. Généralement ce n’est pas le cas dans les polymères et lorsque la déformation ɛ, dépasse la déformation élastique, ɛe, la contrainte dans le matériau continue à augmenter au-delà de σ0, à mesure que la déformation totale ɛt augmente, mais selon une pente, beaucoup plus faible que celle imposée par le module élastique dans le régime de déformation élastique: on parle alors de rhéodurcissement et la pente de la courbe reliant les contraintes à la déformation est le module tangent Et et sa valeur est beaucoup plus faible que celle du module élastique E. A l’inverse, lors de la décharge du matériau qui se produit lorsque la déformation appliquée diminue, la baisse de la contrainte suit une droite de pente E et ainsi, lorsque la contrainte devient nulle, on observe que la déformation ne l’est pas : une déformation résiduelle est observée, c’est la déformation plastique. On identifie ainsi, une partition additive de la déformation uniaxiale en parties élastique et plastique :Second phase. It is characterized by σ > σ0. The material reaches the plastic domain. To observe the irreversibility linked to the plastic behavior, it is necessary to perform a discharge of the specimen. The discharge is performed from a deformation greater than the elastic deformation, ɛ e = σ/E. At this stage of deformation, the value of the stress in the material, σ, can be equal to the initial elastic limit, σ0 and remain constant for any deformation greater than ɛ e : we then say that the material exhibits perfectly plastic behavior. Generally this is not the case in polymers and when the strain ɛ, exceeds the elastic strain, ɛ e , the stress in the material continues to increase beyond σ0, as the total strain ɛt increases, but according to a slope, much lower than that imposed by the elastic modulus in the elastic deformation regime: we then speak of rheohardening and the slope of the curve connecting the stresses to the strain is the tangent modulus Et and its value is much lower than that of the elastic modulus E. Conversely, during the unloading of the material which occurs when the applied strain decreases, the decrease in stress follows a straight line of slope E and thus, when the stress becomes zero, we observe that the strain is not: a residual strain is observed, this is the plastic strain. We thus identify an additive partition of the uniaxial strain into elastic and plastic parts:
ɛ= ɛe+ ɛp ɛ= ɛ e + ɛ p
où ɛeest la déformation élastique, réversible (récupérable à la décharge), liée à la contrainte au travers de la loi d’élasticité (σ= Eɛe) et où ɛpla déformation plastique, irréversible ou résiduelle.where ɛ e is the elastic, reversible deformation (recoverable upon discharge), linked to the stress through the law of elasticity (σ= Eɛ e ) and where ɛ p the plastic, irreversible or residual deformation.
Sur un essai de traction simple (uniaxial), la déformation plastique produit un allongement irréversible de l'éprouvette. Sur la courbe contrainte-déformation, la partie élastique correspond à la partie linéaire (droite) de la courbe, le domaine plastique correspond à l'infléchissement de cette courbe. La limite en terme de contrainte, entre les deux domaines définit la limite d'élasticité notée ici σo (usuellement dans les métaux on parle souvent de Re 0,2% qui est la contrainte nominale à 0,2% de déformation plastique, soit une valeur très proche du seuil de plasiticité σo, mais plus facilement mesurable au plan pratique).In a simple tensile test (uniaxial), the plastic deformation produces an irreversible elongation of the specimen. On the stress-strain curve, the elastic part corresponds to the linear (straight) part of the curve, the plastic domain corresponds to the inflection of this curve. The limit in terms of stress, between the two domains defines the elastic limit noted here σo (usually in metals we often speak of Re 0.2% which is the nominal stress at 0.2% of plastic deformation, i.e. a value very close to the plasticity threshold σo, but more easily measurable in practical terms).
Cette analyse mécanique qui s’applique bien aux métaux à T< Tf/2, reste approximative dans le cas des polymères qui sont sujet à des effets marqués de température et de vitesse de déformation qui traduisent la manifestation de phénomènes visqueux lors de la déformation du polymère. Ainsi, le module élastique et la contrainte au seuil de plasticité dépendent-ils de la vitesse de déformation et de la température tout comme la déformation plastique : on parle alors de déformation viscoplastique. La partition des déformations s’exprime comme suit :This mechanical analysis, which applies well to metals at T < Tf/2, remains approximate in the case of polymers which are subject to marked effects of temperature and strain rate which reflect the manifestation of viscous phenomena during the deformation of the polymer. Thus, the elastic modulus and the stress at the plasticity threshold depend on the strain rate and the temperature just like the plastic deformation: we then speak of viscoplastic deformation. The partition of the deformations is expressed as follows:
ɛ= ɛe+ ɛvp ɛ= ɛ e + ɛ vp
et la détermination de ɛvppeut se faire exactement comme expliqué pour la déformation plastique ci-dessus, à ceci près que cette valeur devra être déterminée immédiatement lorsque la contrainte devient nulle. Après un certain temps de repos sans contrainte, le polymère pourra avoir recouvré une partie de cette déformation : la déformation viscoplastique dépend du temps d’observation.and the determination of ɛ vp can be done exactly as explained for the plastic deformation above, except that this value will have to be determined immediately when the stress becomes zero. After a certain rest time without stress, the polymer may have recovered part of this deformation: the viscoplastic deformation depends on the observation time.
Par ailleurs, la manifestation de ces phénomènes de déformation visqueuse fait que le passage d’un comportement élastique à un comportement plastique se fait progressivement et que la forme la courbe de contrainte déformation présente une courbure dans le domaine du seuil de plasticité qui rend difficile la mesure de σo, au plan pratique. Ainsi, il est usuel pour déterminer σo par l’intersection entre le module élastique et le module tangeant. Comme expliqué ci-dessus, l’effet de la vitesse déformation et de la température font que cette valeur dépend des conditions de sollicitation du polymère et c’est précisément ce qui pilotera l’apparition ou non de la fissuration transverse du composite utilisant ce polymère comme matrice : lorsque la valeur de σo devient trop élevée, à cause d’une température qui diminue ou d’une vitesse de déformation qui augmente, la rupture se produit préférentiellement à l’interface fibre & matrice plutôt que dans la résine, et la résine ne peut pas se déformer (visco)plastiquement. A l’inverse, lorsque la température est suffisamment élevée ou que la vitesse de déformation est suffisamment basse, la valeur du seuil de plasticité, σo devient suffisamment basse pour que le polymère puisse se déformer (visco)plastiquement et la rupture se produit dans la résine et pour des niveaux de déformation élevé, typiquement supérieur à la déformation à rupture des fibres, voire supérieur à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%.Furthermore, the manifestation of these viscous deformation phenomena means that the transition from elastic behavior to plastic behavior is gradual and that the shape of the stress-strain curve presents a curvature in the plasticity threshold domain which makes it difficult to measure σo, in practice. Thus, it is usual to determine σo by the intersection between the elastic modulus and the tangent modulus. As explained above, the effect of the strain rate and the temperature mean that this value depends on the stress conditions of the polymer and this is precisely what will control the appearance or not of transverse cracking of the composite using this polymer as a matrix: when the value of σo becomes too high, due to a decreasing temperature or an increasing strain rate, the rupture occurs preferentially at the fiber & matrix interface rather than in the resin, and the resin cannot deform (visco)plastically. Conversely, when the temperature is high enough or the strain rate is low enough, the value of the plasticity threshold, σo becomes low enough for the polymer to deform (visco)plastically and rupture occurs in the resin and for high strain levels, typically greater than the strain at break of the fibers, or even greater than 1.6%, especially 1.8%, especially 2%, more particularly 2.2%.
L’évaluation de la déformation à la rupture desdites fibres est effectuée par un essai de traction sur la fibre sèche (ou sur une mèche de fibres sèches) (selon la norme ISO 527-1 : 2012) qui permet de mesurer sa contrainte à la rupture, son module et sa déformation à la rupture.The evaluation of the strain at break of said fibers is carried out by a tensile test on the dry fiber (or on a strand of dry fibers) (according to the ISO 527-1: 2012 standard) which makes it possible to measure its breaking stress, its modulus and its strain at break.
Les 3 grandeurs sont liées par la relation S= E x epsilon (S=contrainte à rupture, E = module, epsilon = déformation à rupture).The 3 quantities are linked by the relation S = E x epsilon (S = breaking stress, E = modulus, epsilon = breaking strain).
Dans un mode de réalisation, ladite structure est dépourvue d’une couche d’étanchéité externe. L’expression « couche d’étanchéité externe » signifie une couche d’étanchéité située au-dessus de ladite couche de renfort composite.In one embodiment, said structure is devoid of an external sealing layer. The expression "external sealing layer" means a sealing layer located above said composite reinforcement layer.
S’agissant de la couche d’étanchéité interne exclueRegarding the excluded internal sealing layer
La couche d’étanchéité interne exclue est toute couche d’étanchéité constituée d’un polymère ou d’une composition de polymère sans fibre, quels que soient le polymère ou la composition de polymère la constituant.The excluded internal sealing layer is any sealing layer consisting of a polymer or polymer composition without fiber, regardless of the polymer or polymer composition constituting it.
S’agissant de la couche de renfort composite et du polymère thermoplastiqueRegarding the composite reinforcement layer and the thermoplastic polymer
Une ou plusieurs couches de renfort composite peut ou peuvent être présente(s).One or more layers of composite reinforcement may be present.
Chacune desdites couches est constituée d’une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique. Le nombre de couches présentes est en particulier compris de 1 à 10, en particulier de 1 à 5, notamment de 1 à 3, préférentiellement il est de 1.Each of said layers is made up of a composition mainly comprising at least one thermoplastic polymer. The number of layers present is in particular from 1 to 10, in particular from 1 to 5, in particular from 1 to 3, preferably it is 1.
Le terme « majoritairement » signifie que ledit au moins un polymère est présent à plus de 50% en poids par rapport au poids total de la composition.The term “predominantly” means that said at least one polymer is present at more than 50% by weight relative to the total weight of the composition.
Avantageusement, ledit au moins un polymère majoritaire est présent à plus de 60% en poids notamment à plus de 70% en poids, particulièrement à plus de 80% en poids, plus particulièrement supérieur ou égal à 90% en poids, par rapport au poids total de la composition,Advantageously, said at least one majority polymer is present at more than 60% by weight, in particular at more than 70% by weight, particularly at more than 80% by weight, more particularly greater than or equal to 90% by weight, relative to the total weight of the composition,
Ladite composition imprégnant le matériau fibreux de ladite couche de renfort composite peut également comprendre des modifiants choc et/ou des additifs.Said composition impregnating the fibrous material of said composite reinforcement layer may also comprise impact modifiers and/or additives.
Les additifs peuvent être choisis parmi un antioxydant, un stabilisant à la chaleur, un absorbeur d’UV, un stabilisant à la lumière, un lubrifiant, une charge inorganique, un agent ignifugeant, un agent nucléant, un plastifiant et un colorant.The additives may be selected from an antioxidant, a heat stabilizer, a UV absorber, a light stabilizer, a lubricant, an inorganic filler, a flame retardant, a nucleating agent, a plasticizer and a colorant.
Avantageusement, ladite composition est constituée dudit polymère thermoplastique majoritairement, de 0 à 5% en poids de modifiant choc, de 0 à 5% en poids d’additifs, la somme des constituants de la composition étant égale à 100% (basé sur un minimum de polymère thermoplastique de 90%).Advantageously, said composition consists of said thermoplastic polymer predominantly, from 0 to 5% by weight of impact modifier, from 0 to 5% by weight of additives, the sum of the constituents of the composition being equal to 100% (based on a minimum of thermoplastic polymer of 90%).
Ledit au moins un polymère majoritaire de chaque couche peut être identique ou différent.Said at least one majority polymer of each layer may be identical or different.
Dans un mode de réalisation, un seul polymère majoritaire est présent au moins dans la couche de renfort composite.In one embodiment, only one major polymer is present at least in the composite reinforcement layer.
Dans un mode de réalisation, chaque couche de renfort comprend le même type de polymère.In one embodiment, each reinforcing layer comprises the same type of polymer.
On entend par thermoplastique, ou polymère thermoplastique, un matériau généralement solide à température ambiante, pouvant être semi-cristallin ou amorphe, en particulier semi-cristallin et qui se ramollit lors d’une augmentation de température, en particulier après passage de sa température de transition vitreuse (Tg) et s’écoule à plus haute température lorsqu’il est amorphe, ou pouvant présenter une fusion franche au passage de sa température dite de fusion (Tf) lorsqu’il est semi-cristallin, et qui redevient solide lors d’une diminution de température en dessous de sa température de cristallisation, Tc, (pour un semi-cristallin) et en dessous de sa température de transition vitreuse (pour un amorphe).Thermoplastic, or thermoplastic polymer, means a material that is generally solid at room temperature, which may be semi-crystalline or amorphous, in particular semi-crystalline, and which softens when the temperature increases, in particular after passing its glass transition temperature (Tg) and flows at a higher temperature when it is amorphous, or which may exhibit a clear melting when passing its so-called melting temperature (Tf) when it is semi-crystalline, and which becomes solid again when the temperature decreases below its crystallization temperature, Tc, (for a semi-crystalline) and below its glass transition temperature (for an amorphous).
La Tg, Tc et la Tf sont déterminées par analyse calorimétrique différentielle (DSC) selon la norme 11357-2 :2013 et 11357-3 :2013 respectivement.Tg, Tc and Tf are determined by differential scanning calorimetry (DSC) according to standard 11357-2:2013 and 11357-3:2013 respectively.
Le polymère thermoplastique de la composition est ductile : cela signifie qu’il présente une déformation (visco)plastique lorsqu’il est déformé au-delà de sa déformation élastique, ɛe.The thermoplastic polymer in the composition is ductile: this means that it exhibits (visco)plastic deformation when deformed beyond its elastic deformation, ɛ e .
Le polymère thermoplastique de la composition d’au moins une desdites couches de renfort composite est tel que sa Tg est inférieure ou égale à la température d’utilisation Tu,The thermoplastic polymer of the composition of at least one of said composite reinforcement layers is such that its Tg is less than or equal to the operating temperature Tu,
ou bien que Tg -Tu ≥ 100°C, par exemple Tg -Tu > +100°C, en particulier Tg -Tu ≥ 80°C, notamment Tg -Tu ≥ 50°C.or that Tg -Tu ≥ 100°C, for example Tg -Tu > +100°C, in particular Tg -Tu ≥ 80°C, in particular Tg -Tu ≥ 50°C.
Dans une première variante, le polymère thermoplastique présente une Tg inférieure ou égale à la température d’utilisation Tu, quelle que soit la position de ladite couche de renfort.In a first variant, the thermoplastic polymer has a Tg less than or equal to the operating temperature Tu, regardless of the position of said reinforcing layer.
Dans un mode de réalisation de cette première variante, ladite couche de renfort constituée d’une composition comprenant le polymère thermoplastique présentant une Tg inférieure ou égale à la température d’utilisation Tu est la couche la plus interne en contact avec le gaz comprimé.In one embodiment of this first variant, said reinforcing layer consisting of a composition comprising the thermoplastic polymer having a Tg less than or equal to the operating temperature Tu is the innermost layer in contact with the compressed gas.
Dans un autre mode de réalisation de cette première variante, ladite couche de renfort constituée d’une composition comprenant le polymère thermoplastique présentant une Tg inférieure ou égale à la température d’utilisation Tu est la couche de renfort la plus externe de la structure.In another embodiment of this first variant, said reinforcing layer consisting of a composition comprising the thermoplastic polymer having a Tg less than or equal to the operating temperature Tu is the outermost reinforcing layer of the structure.
Dans une seconde variante, le polymère thermoplastique présente une Tg -Tu ≥ 100°C.In a second variant, the thermoplastic polymer has a Tg -Tu ≥ 100°C.
Dans un mode de réalisation de cette seconde variante, ladite couche de renfort constituée d’une composition comprenant le polymère thermoplastique présentant une Tg -Tu ≥ 100°C est la couche la plus interne en contact avec le gaz comprimé.In one embodiment of this second variant, said reinforcing layer consisting of a composition comprising the thermoplastic polymer having a Tg -Tu ≥ 100°C is the innermost layer in contact with the compressed gas.
Dans un autre mode de réalisation de cette seconde variante, ladite couche de renfort constituée d’une composition comprenant le polymère thermoplastique présentant une Tg -Tu ≥ 100°C est la couche de renfort la plus externe de la structure.In another embodiment of this second variant, said reinforcing layer consisting of a composition comprising the thermoplastic polymer having a Tg -Tu ≥ 100°C is the outermost reinforcing layer of the structure.
Dans une troisième variante, le polymère thermoplastique présente une Tg -Tu ≥ 80°C.In a third variant, the thermoplastic polymer has a Tg -Tu ≥ 80°C.
Dans un mode de réalisation de cette troisième variante, ladite couche de renfort constituée d’une composition comprenant le polymère thermoplastique présentant une Tg -Tu ≥ 80°C est la couche la plus interne en contact avec le gaz comprimé.In one embodiment of this third variant, said reinforcing layer consisting of a composition comprising the thermoplastic polymer having a Tg -Tu ≥ 80°C is the innermost layer in contact with the compressed gas.
Dans un autre mode de réalisation de cette troisième variante, ladite couche de renfort constituée d’une composition comprenant le polymère thermoplastique présentant une Tg -Tu ≥ 80°C est la couche de renfort la plus externe de la structure.In another embodiment of this third variant, said reinforcing layer consisting of a composition comprising the thermoplastic polymer having a Tg -Tu ≥ 80°C is the outermost reinforcing layer of the structure.
Dans une quatrième variante, le polymère thermoplastique présente une Tg -Tu ≥ 50°C.In a fourth variant, the thermoplastic polymer has a Tg -Tu ≥ 50°C.
Dans un mode de réalisation de cette quatrième variante, ladite couche de renfort constituée d’une composition comprenant le polymère thermoplastique présentant une Tg -Tu ≥ 50°C est la couche la plus interne en contact avec le gaz comprimé.In one embodiment of this fourth variant, said reinforcing layer consisting of a composition comprising the thermoplastic polymer having a Tg -Tu ≥ 50°C is the innermost layer in contact with the compressed gas.
Dans un autre mode de réalisation de cette quatrième variante, ladite couche de renfort constituée d’une composition comprenant le polymère thermoplastique présentant une Tg -Tu ≥ 100°C est la couche de renfort la plus externe de la structure.In another embodiment of this fourth variant, said reinforcing layer consisting of a composition comprising the thermoplastic polymer having a Tg -Tu ≥ 100°C is the outermost reinforcing layer of the structure.
Dans un mode de réalisation de ces quatre variantes, toutes les couches de renfort constituée d’une composition comprenant le polymère thermoplastique sont identiques et correspondent donc aussi bien à la couche de renfort la plus interne que la plus externe de la structure.In one embodiment of these four variants, all the reinforcing layers consisting of a composition comprising the thermoplastic polymer are identical and therefore correspond to both the innermost and outermost reinforcing layers of the structure.
La masse moléculaire moyenne en nombre Mn dudit polymère thermoplastique est de préférence dans une plage allant de 10000 à 40000g/mol, de préférence de 12000 à 30000g/mol.The number average molecular weight Mn of said thermoplastic polymer is preferably in a range from 10000 to 40000g/mol, preferably from 12000 to 30000g/mol.
Les Mn sont déterminées en particulier par le calcul à partir du taux des fonctions terminales déterminé par titration potentiométrique en solution.The Mn are determined in particular by calculation from the rate of terminal functions determined by potentiometric titration in solution.
Les masses Mn peuvent également être déterminées par chromatographie d’exclusion stérique ou par RMN.Mn masses can also be determined by size exclusion chromatography or NMR.
Comme exemples de polymères thermoplastiques semi-cristallins convenables dans la présente invention, on peut citer :Examples of semi-crystalline thermoplastic polymers suitable for use in the present invention include:
les polyamides,polyamides,
les polyamides-polyéthers, polyesters,polyamides-polyethers, polyesters,
les polyaryléthercétones (PAEK),polyaryletherketones (PAEK),
les polyétheréther cétones (PEEK),polyetherether ketones (PEEK),
les polyéthercétone cétones (PEKK),polyetherketone ketones (PEKK),
les polyéthercétoneéthercétone cétones (PEKEKK),polyetherketoneetherketone ketones (PEKEKK),
les polyimides en particulier les polyétherimides (PEI) ou les polyamide-imides,polyimides, in particular polyetherimides (PEI) or polyamide-imides,
les polylsulfones (PSU) en particulier les polyarylsulfones tels que les polyphényl sulfones (PPSU),polysulfones (PSU) in particular polyarylsulfones such as polyphenyl sulfones (PPSU),
les polyéthersulfones (PES).polyethersulfones (PES).
Les polymères semi-cristallins sont plus particulièrement préférés.Semi-crystalline polymers are more particularly preferred.
Dans un mode de réalisation, ledit polymère thermoplastique est un polyamide, en particulier semi-cristallin.In one embodiment, said thermoplastic polymer is a polyamide, in particular semi-crystalline.
La nomenclature utilisée pour définir les polyamides est décrite dans la norme ISO 1874-1:2011 "Plastiques - Matériaux polyamides (PA) pour moulage et extrusion - Partie 1 : Désignation", notamment en page 3 (tableaux 1 et 2) et est bien connue de l’homme du métier.The nomenclature used to define polyamides is described in the ISO 1874-1:2011 standard "Plastics - Polyamide (PA) materials for moulding and extrusion - Part 1: Designation", in particular on page 3 (tables 1 and 2) and is well known to those skilled in the art.
Le polyamide peut être un homopolyamide ou un copolyamide ou un mélange de ceux-ci.The polyamide may be a homopolyamide or a copolyamide or a mixture thereof.
Avantageusement, le polyamide, en particulier semi-cristallin, présente un rapport C/N supérieur ou égal à 5, de préférence supérieur ou égal à 8, en particulier supérieur ou égale à 9, et plus particulièrement supérieure ou égale à 10.Advantageously, the polyamide, in particular semi-crystalline, has a C/N ratio greater than or equal to 5, preferably greater than or equal to 8, in particular greater than or equal to 9, and more particularly greater than or equal to 10.
Le rapport C/N signifie le rapport du nombre d’atomes de carbone sur le nombre d’atomes d’azote dans le polyamide.The C/N ratio means the ratio of the number of carbon atoms to the number of nitrogen atoms in the polyamide.
Dans le cas d'un homopolyamide de type PA-XY, le nombre d’atomes de carbone par atome d’azote est la moyenne du motif X et du motif Y.In the case of a PA-XY type homopolyamide, the number of carbon atoms per nitrogen atom is the average of the X unit and the Y unit.
Dans le cas d'un copolyamide, le nombre de carbone par atome d’azote se calcule selon le même principe. Le calcul est réalisé au prorata molaire des différents motifs amides.In the case of a copolyamide, the number of carbons per nitrogen atom is calculated according to the same principle. The calculation is carried out in molar proportion to the different amide units.
Le polyamide, en particulier semi-cristallin, peut être un polyamide aliphatique, cycloaliphatique ou semi-aromatique.The polyamide, in particular semi-crystalline, can be an aliphatic, cycloaliphatic or semi-aromatic polyamide.
Dans une première variante le polyamide, en particulier semi-cristallin est un polyamide aliphatique.In a first variant, the polyamide, in particular semi-crystalline, is an aliphatic polyamide.
Ledit au moins un polyamide aliphatique, en particulier semi-cristallin peut être obtenu à partir de la polycondensation d’au moins un lactame, ou à partir de la polycondensation d’au moins un aminoacide, ou à partir de la polycondensation d’au moins une diamine X avec au moins un acide dicarboxylique Y.Said at least one aliphatic polyamide, in particular semi-crystalline, can be obtained from the polycondensation of at least one lactam, or from the polycondensation of at least one amino acid, or from the polycondensation of at least one diamine X with at least one dicarboxylic acid Y.
Lorsque ledit au moins un polyamide aliphatique, en particulier semi-cristallin est obtenu à partir de la polycondensation d’au moins un lactame, il peut donc comprendre un seul lactame ou plusieurs lactames.When said at least one aliphatic polyamide, in particular semi-crystalline, is obtained from the polycondensation of at least one lactam, it can therefore comprise a single lactam or several lactams.
Lorsque ledit au moins un polyamide aliphatique, en particulier semi-cristallin est obtenu à partir de la polycondensation d’au moins un lactame, ledit au moins un lactame est choisi parmi un lactame en C6 à C18, préférentiellement en C8 à C12, plus préférentiellement en C10 à C12.When said at least one aliphatic polyamide, in particular semi-crystalline, is obtained from the polycondensation of at least one lactam, said at least one lactam is chosen from a C6 to C18 lactam, preferably a C8 to C12 lactam, more preferably a C10 to C12 lactam.
Avantageusement, ledit au moins un polyamide aliphatique, en particulier semi-cristallin est obtenu à partir de la polycondensation d’un seul lactame et ledit lactame peut être est choisi notamment parmi le caprolactame, le lauryllactame et l’undécanolactame, avantageusement le lauryllactame.Advantageously, said at least one aliphatic polyamide, in particular semi-crystalline, is obtained from the polycondensation of a single lactam and said lactam may be chosen in particular from caprolactam, lauryllactam and undecanolactam, advantageously lauryllactam.
Lorsque ledit au moins un polyamide aliphatique, en particulier semi-cristallin est obtenu à partir de la polycondensation d’au moins un aminoacide, ledit au moins un aminoacide peut être choisi parmi un aminoacide en C6 à C18, préférentiellement en C10 à C18, plus préférentiellement en C10 à C12.When said at least one aliphatic polyamide, in particular semi-crystalline, is obtained from the polycondensation of at least one amino acid, said at least one amino acid may be chosen from a C6 to C18 amino acid, preferably a C10 to C18, more preferably a C10 to C12 amino acid.
Un aminoacide C6 à C12 est notamment l'acide 6-aminohexanoïque, l'acide 9-aminononanoïque, l'acide 10-aminodécanoïque, l'acide 10-aminoundécanoïque, l'acide 12-aminododécanoïque et l'acide 11-aminoundécanoïque ainsi que ses dérivés, notamment l'acide N-heptyl-11-aminoundécanoïque.A C6 to C12 amino acid includes, in particular, 6-aminohexanoic acid, 9-aminononanoic acid, 10-aminodecanoic acid, 10-aminoundecanoic acid, 12-aminododecanoic acid and 11-aminoundecanoic acid as well as its derivatives, in particular N-heptyl-11-aminoundecanoic acid.
Lorsque ledit au moins un polyamide aliphatique, en particulier semi-cristallin est obtenu à partir de la polycondensation d’au moins un aminoacide il peut comprendre un seul aminoacide ou plusieurs aminoacides.When said at least one aliphatic polyamide, in particular semi-crystalline, is obtained from the polycondensation of at least one amino acid, it may comprise a single amino acid or several amino acids.
Avantageusement, ledit polyamide aliphatique, en particulier semi-cristallin est obtenu à partir de la polycondensation d’un seul aminoacide et ledit aminoacide est choisi parmi l'acide 11-aminoundécanoïque et l'acide 12- aminododécanoïque, avantageusement l'acide 11-aminoundécanoïque.Advantageously, said aliphatic polyamide, in particular semi-crystalline, is obtained from the polycondensation of a single amino acid and said amino acid is chosen from 11-aminoundecanoic acid and 12-aminododecanoic acid, advantageously 11-aminoundecanoic acid.
Lorsque ledit au moins un polyamide aliphatique, en particulier semi-cristallin est obtenu à partir de la polycondensation d’au moins une diamine X avec au moins un diacide Y, alors la diamine est en C4-C36, préférentiellement C6-C18, préférentiellement C6-C12, plus préférentiellement C10-C12, avec au moins un diacide Y en C4-C36, préférentiellement C6-C18, préférentiellement C6-C12, plus préférentiellement C8-C12, et ladite au moins une diamine X est une diamine aliphatique et ledit au moins un diacide Y est un diacide aliphatique.When said at least one aliphatic polyamide, in particular semi-crystalline, is obtained from the polycondensation of at least one diamine X with at least one diacid Y, then the diamine is C4-C36, preferably C6-C18, preferably C6-C12, more preferably C10-C12, with at least one diacid Y in C4-C36, preferably C6-C18, preferably C6-C12, more preferably C8-C12, and said at least one diamine X is an aliphatic diamine and said at least one diacid Y is an aliphatic diacid.
La diamine peut être linéaire ou ramifiée. Avantageusement, elle est linéaire.The diamine can be linear or branched. Advantageously, it is linear.
Ladite au moins une diamine X en C4-C36 peut être en particulier choisi parmi la 1,4-butanediamine, la 1,5-pentaméthylènediamine, la 1,6-hexaméthylènediamine la 1,7-heptaméthylèdiamine, la 1,8-octaméthylèdiamine, la 1,9-nonaméthylèdiamine, la 1,10-décaméthylèdiamine, 1,11-undécaméthylèdiamine, la 1,12-dodécaméthylèdiamine, la 1,13-tridécaméthylèdiamine, la 1,14-tétradécaméthylèdiamine, la 1,16-heXdécaméthylèdiamine et la 1,18-octadécaméthylèdiamine, l'octadécènediamine, l'eicosanediamine, la docosanediamine et les diamines obtenues à partir d'acides gras.Said at least one C4-C36 diamine X may in particular be chosen from 1,4-butanediamine, 1,5-pentamethylenediamine, 1,6-hexamethylenediamine, 1,7-heptamethyldiamine, 1,8-octamethyldiamine, 1,9-nonamethyldiamine, 1,10-decamethyldiamine, 1,11-undecamethyldiamine, 1,12-dodecamethyldiamine, 1,13-tridecamethyldiamine, 1,14-tetradecamethyldiamine, 1,16-heXdecamethyldiamine and 1,18-octadecamethyldiamine, octadecenediamine, eicosanediamine, docosanediamine and diamines obtained from fatty acids.
Avantageusement, ladite au moins une diamine X est en C4-C18 et choisi parmi la 1,4-butanediamine, la 1,5-pentanediamine, la 1,6-hexaméthylènediamine la 1,7-heptaméthylèdiamine, la 1,8-octaméthylèdiamine, la 1,9-nonaméthylèdiamine, la 1,10-décaméthylèdiamine, 1,11-undécaméthylèdiamine, la 1,12-dodécaméthylèdiamine, la 1,13-tridécaméthylèdiamine, la 1,14-tétradécaméthylèdiamine, la 1,16-heXdécaméthylèdiamine et la 1,18-octadécaméthylèdiamine.Advantageously, said at least one diamine X is C4-C18 and chosen from 1,4-butanediamine, 1,5-pentanediamine, 1,6-hexamethylenediamine, 1,7-heptamethyldiamine, 1,8-octamethyldiamine, 1,9-nonamethyldiamine, 1,10-decamethyldiamine, 1,11-undecamethyldiamine, 1,12-dodecamethyldiamine, 1,13-tridecamethyldiamine, 1,14-tetradecamethyldiamine, 1,16-heXdecamethyldiamine and 1,18-octadecamethyldiamine.
Avantageusement, ladite au moins une diamine X est en C6 à C12, en particulier choisi parmi la 1,6-hexaméthylènediamine la 1,7-heptaméthylèdiamine, la 1,8-octaméthylèdiamine, la 1,9-nonaméthylèdiamine, la 1,10-décaméthylèdiamine, 1,11-undécaméthylèdiamine, la 1,12-dodécaméthylèdiamine.Advantageously, said at least one diamine X is C6 to C12, in particular chosen from 1,6-hexamethylenediamine, 1,7-heptamethyldiamine, 1,8-octamethyldiamine, 1,9-nonamethyldiamine, 1,10-decamethyldiamine, 1,11-undecamethyldiamine, 1,12-dodecamethyldiamine.
Avantageusement, la diamine X utilisée est en C10 à C12, en particulier choisi parmi la 1,10-décaméthylèdiamine, 1,11-undécaméthylèdiamine, la 1,12-dodécaméthylèdiamine.Advantageously, the diamine X used is C10 to C12, in particular chosen from 1,10-decamethyldiamine, 1,11-undecamethyldiamine, 1,12-dodecamethyldiamine.
Ledit au moins un acide dicarboxylique Y est en C4 à C36 et peut être choisi parmi l’acide succinique, l’acide glutarique, l’acide adipique, l’acide subérique, l’acide azélaïque, l’acide sébacique, l’acide undécanedioïque, l’acide dodécanedioïque, l’acide brassylique, l’acide tétradécanedioïque, l’acide pentadécanedioïque, l’acide heXdécanedioïque, l’acide octadécanedioïque, et les diacides obtenus à partir d'acides gras.Said at least one dicarboxylic acid Y is C4 to C36 and can be chosen from succinic acid, glutaric acid, adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid, brassylic acid, tetradecanedioic acid, pentadecanedioic acid, hexdecanedioic acid, octadecanedioic acid, and diacids obtained from fatty acids.
Le diacide peut être linéaire ou ramifié. Avantageusement, il est linéaire.The diacid can be linear or branched. Advantageously, it is linear.
Avantageusement, ledit au moins un acide dicarboxylique Y est en C6 à C18 et est choisi parmi l’acide adipique, l’acide subérique, l’acide azélaïque, l’acide sébacique, l’acide undécanedioïque, l’acide dodécanedioïque, l’acide brassylique, l’acide tétradécanedioïque, l’acide pentadécanedioïque, l’acide heXdécanedioïque, l’acide octadécanedioïque.Advantageously, said at least one dicarboxylic acid Y is C6 to C18 and is chosen from adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid, brassylic acid, tetradecanedioic acid, pentadecanedioic acid, hexdecanedioic acid, octadecanedioic acid.
Avantageusement, ledit au moins un acide dicarboxylique Y est en C6 à C12 et est choisi parmi l’acide adipique, l’acide subérique, l’acide azélaïque, l’acide sébacique, l’acide undécanedioïque, l’acide dodécanedioïque.Advantageously, said at least one dicarboxylic acid Y is C6 to C12 and is chosen from adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid.
Avantageusement, ledit au moins un acide dicarboxylique Y est en C8 à C12 et est choisi parmi l’acide subérique, l’acide azélaïque, l’acide sébacique, l’acide undécanedioïque, l’acide dodécanedioïque.Advantageously, said at least one dicarboxylic acid Y is C8 to C12 and is chosen from suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid.
Dans un mode de réalisation, le polyamide, en particulier semi-cristallin, imprégnant les fibres continues de la couche de renfort composite est un polyamide aliphatique, en particulier choisi parmi PA410, PA 56, PA59, PA510, PA512, PA513, PA 514, PA6, PA 66, PA 69, PA610, PA612, PA614, PA618, PA1010, PA1012, PApip10, PApip12, PA1014, PA1018, PA1210, PA1212, PA1214, PA1218, PA11, PA12, de préférence PA 6, PA66, PA410, PA510, PA 69, PA610, PA 512, PA612, PA 514, PA614, PA618, PA PA1010, PA1012, PA1014, PA1018, PA1214, PA1218, PA11 et PA12, de manière encore préférée PA 11 ou PA12, et leur mélange.In one embodiment, the polyamide, in particular semi-crystalline, impregnating the continuous fibers of the composite reinforcing layer is an aliphatic polyamide, in particular chosen from PA410, PA 56, PA59, PA510, PA512, PA513, PA 514, PA6, PA 66, PA 69, PA610, PA612, PA614, PA618, PA1010, PA1012, PApip10, PApip12, PA1014, PA1018, PA1210, PA1212, PA1214, PA1218, PA11, PA12, preferably PA 6, PA66, PA410, PA510, PA 69, PA610, PA 512, PA612, PA 514, PA614, PA618, PA PA1010, PA1012, PA1014, PA1018, PA1214, PA1218, PA11 and PA12, more preferably PA 11 or PA12, and their mixture.
Avantageusement, le polyamide aliphatique, en particulier semi-cristallin est partiellement ou totalement bio ressourcé.Advantageously, the aliphatic polyamide, in particular semi-crystalline, is partially or totally bio-resourced.
Dans une seconde variante, le polyamide, en particulier semi-cristallin est un polyamide semi-aromatique.In a second variant, the polyamide, in particular semi-crystalline, is a semi-aromatic polyamide.
Par polyamide semi-aromatique, on entend ici un polyamide dérivé de monomères comprenant au moins un monomère à groupement aromatique et au moins un monomère aliphatique ou cycloaliphatique.By semi-aromatic polyamide is meant here a polyamide derived from monomers comprising at least one monomer with an aromatic group and at least one aliphatic or cycloaliphatic monomer.
Des exemples de monomères appropriés contenant des groupes aromatiques sont l'acide téréphtalique (T) et ses dérivés, l'acide isophtalique (I) et ses dérivés, l'acide naphtalène dicarboxylique (N) et ses dérivés, les diamines aromatiques en C6 à C20, les arylamines telles que la p-xylylènediamine (PXD) et la m-xylylènediamine (MXD).Examples of suitable monomers containing aromatic groups are terephthalic acid (T) and its derivatives, isophthalic acid (I) and its derivatives, naphthalene dicarboxylic acid (N) and its derivatives, C6 to C20 aromatic diamines, arylamines such as p-xylylenediamine (PXD) and m-xylylenediamine (MXD).
Avantageusement, les monomères appropriés contenant des groupes aromatiques sont l'acide téréphtalique (T), l'acide isophtalique (I), la p-xylylènediamine (PXD) et la m-xylylènediamine (MXD), la BAC.Advantageously, suitable monomers containing aromatic groups are terephthalic acid (T), isophthalic acid (I), p-xylylenediamine (PXD) and m-xylylenediamine (MXD), BAC.
Les polyamides semi-aromatiques peuvent être de type XY avec X diamine alkylaromatique (ou arylamine) et Y acide dicarboxylique choisi parmi les acides dicarboxyliques aliphatiques, linéaires ou ramifiés, ou X diamine aliphatique, linéaires ou ramifiés, et Y choisi parmi les acides dicarboxyliques aromatiques.Semi-aromatic polyamides can be of type XY with X alkylaromatic diamine (or arylamine) and Y dicarboxylic acid chosen from aliphatic, linear or branched dicarboxylic acids, or X aliphatic, linear or branched diamine, and Y chosen from aromatic dicarboxylic acids.
Le polyamide semi-aromatique, éventuellement modifié par des unités urées, peut aussi être notamment un polyamide semi-aromatique de formule X/YAr, tel que décrits dans EP1505099, notamment un polyamide semi-aromatique de formule A/XT dans laquelle A est choisi parmi un motif obtenu à partir d'un aminoacide, un motif obtenu à partir d’un lactame et un motif répondant à la formule (diamine en Ca).(diacide en Cb), avec a représentant le nombre d’atomes de carbone de la diamine et b représentant le nombre d’atome de carbone du diacide, a et b étant chacun compris entre 4 et 36, avantageusement entre 9 et 18, le motif (diamine en Ca) étant choisi parmi les diamines aliphatiques, linéaires ou ramifiés, les diamines cycloaliphatiques et les diamines alkylaromatiques et le motif (diacide en Cb) étant choisi parmi les diacides aliphatiques, linéaires ou ramifiés, les diacides cycloaliphatiques et les diacides aromatiques;The semi-aromatic polyamide, optionally modified by urea units, may also be in particular a semi-aromatic polyamide of formula X/YAr, as described in EP1505099, in particular a semi-aromatic polyamide of formula A/XT in which A is chosen from a unit obtained from an amino acid, a unit obtained from a lactam and a unit corresponding to the formula (Ca diamine).(Cb diacid), with a representing the number of carbon atoms of the diamine and b representing the number of carbon atoms of the diacid, a and b each being between 4 and 36, advantageously between 9 and 18, the unit (Ca diamine) being chosen from linear or branched aliphatic diamines, cycloaliphatic diamines and alkylaromatic diamines and the unit (Cb diacid) being chosen from linear or branched aliphatic diacids, cycloaliphatic diamines and alkylaromatic diamines. cycloaliphatic and aromatic diacids;
X.T désigne un motif obtenu à partir de la polycondensation d'une diamine en Cx et de l’acide téréphtalique, avec x représentant le nombre d’atomes de carbone de la diamine en Cx, x étant compris entre 6 et 36, avantageusement entre 9 et 18,notamment un polyamide de formule A/6T, A/9T, A/10T ou A/11T, A étant tel que défini ci-dessus, en particulier un polyamide PA 6/6T, un PA 66/6T, un PA 6I/6T, un PA MPMDT/6T, un PA MXDT/6T, un PA PA11/10T, un PA 11/6T/10T, un PA MXDT/10T, un PA MPMDT/10T, un PA BACT/10T, un PA BACT/6T, PA BACT/10T/6T, un PA 11/BACT/10T, PA 11/BACT/6T un PA 11/MPMDT/10T et un PA 11/MXDT/10T, et les copolymères blocs, notamment polyamide/polyéther (PEBA).X.T denotes a unit obtained from the polycondensation of a Cx diamine and terephthalic acid, with x representing the number of carbon atoms of the Cx diamine, x being between 6 and 36, advantageously between 9 and 18, in particular a polyamide of formula A/6T, A/9T, A/10T or A/11T, A being as defined above, in particular a polyamide PA 6/6T, a PA 66/6T, a PA 6I/6T, a PA MPMDT/6T, a PA MXDT/6T, a PA PA11/10T, a PA 11/6T/10T, a PA MXDT/10T, a PA MPMDT/10T, a PA BACT/10T, a PA BACT/6T, PA BACT/10T/6T, a PA 11/BACT/10T, PA 11/BACT/6T a PA 11/MPMDT/10T and a PA 11/MXDT/10T, and block copolymers, notably polyamide/polyether (PEBA).
T correspond à l’acide téréphtalique, MXD correspond à la m-xylylène diamine, MPMD correspond à la méthylpentaméthylène diamine et BAC correspond au bis(aminométhyl)cyclohexane.T stands for terephthalic acid, MXD stands for m-xylylenediamine, MPMD stands for methylpentamethylenediamine, and BAC stands for bis(aminomethyl)cyclohexane.
Dans un mode de réalisation de cette seconde variante, le polyamide, en particulier semi-cristallin, imprégnant les fibres continues de la couche de renfort composite est un polyamide semi-aromatique, en particulier choisi parmi PA MPMDT/6T, PA 11/10T, PA 11/BACT, PA 5T/10T, PA 11/6T/10T, PA MXDT/4T, PA MXDT/6T, PA MXDT/10T, PA MPMDT/4T, PA MPMDT/6T, PA MPMDT/10T, PA BACT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/4T, PA BACT/10T/6T, PA 11/BACT/4T, PA 11/BACT/6T, PA 11/BACT/10T, PA 11/MXDT/4T, PA 11/MXDT/6T, PA 11/MXDT/10T, PA 11/MPMDT/4T, PA 11/MPMDT/6T, PA 11/MPMDT/10T, PA 11/MXDT/10T, PA11/5T/10T, et leur mélange.In one embodiment of this second variant, the polyamide, in particular semi-crystalline, impregnating the continuous fibers of the composite reinforcement layer is a semi-aromatic polyamide, in particular chosen from PA MPMDT/6T, PA 11/10T, PA 11/BACT, PA 5T/10T, PA 11/6T/10T, PA MXDT/4T, PA MXDT/6T, PA MXDT/10T, PA MPMDT/4T, PA MPMDT/6T, PA MPMDT/10T, PA BACT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/4T, PA BACT/10T/6T, PA 11/BACT/4T, PA 11/BACT/6T, PA 11/BACT/10T, PA 11/MXDT/4T, PA 11/MXDT/6T, PA 11/MXDT/10T, PA 11/MPMDT/4T, PA 11/MPMDT/6T, PA 11/MPMDT/10T, PA 11/MXDT/10T, PA11/5T/10T, and their mixture.
Avantageusement, le polyamide semi-aromatique, en particulier semi-cristallin est partiellement ou totalement bio ressourcé.Advantageously, the semi-aromatic polyamide, in particular semi-crystalline, is partially or totally bio-resourced.
S’agissant du matériau fibreux avant et après son imprégnationRegarding the fibrous material before and after its impregnation
Dans toute la description, le terme ruban ou bande ou bandes de matériau fibreux imprégné d’un polymère thermoplastique ou tape peut être utilisé et désigne la même chose.Throughout the description, the term ribbon or strip or strips of fibrous material impregnated with a thermoplastic polymer or tape may be used and means the same thing.
Concernant les fibres de constitution dudit matériau fibreux, ce sont notamment des fibres d’origine minérale, organique ou végétale sous forme de mèches.Concerning the fibers constituting said fibrous material, these are in particular fibers of mineral, organic or plant origin in the form of strands.
Dans un mode de réalisation, le nombre de fibres par mèche est pour des fibres de carbone supérieur ou égal à 24K (soit 24000 fibres par mèche), en particulier compris de 24 à 30K.In one embodiment, the number of fibers per strand is for carbon fibers greater than or equal to 24K (i.e. 24,000 fibers per strand), in particular from 24 to 30K.
Dans un autre mode de réalisation, le nombre de fibres par mèche est pour des fibres de carbone supérieur à 30K, en particulier est supérieur ou égal à 50K.In another embodiment, the number of fibers per strand is for carbon fibers greater than 30K, in particular is greater than or equal to 50K.
Avantageusement, le grammage pour la fibre de verre est supérieur ou égal à 1200 Tex, notamment inférieur ou égal à 4800 tex, en particulier compris de 1200 à 2400 tex.Advantageously, the weight for the glass fiber is greater than or equal to 1200 Tex, in particular less than or equal to 4800 tex, in particular between 1200 and 2400 tex.
Parmi les fibres d’origine minérale, on peut citer les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres de basalte ou à base de basalte, les fibres de silice, ou les fibres de carbure de silicium par exemple. Parmi les fibres d’origine organique, on peut citer les fibres à base de polymère thermoplastique ou thermodurcissable, telles que des fibres de polyamides semi-aromatiques, des fibres d’aramide ou des fibres en polyoléfines par exemple. De préférence, elles sont à base de polymère thermoplastique amorphe et présentent une température de transition vitreuse Tg supérieure à la Tg du polymère ou mélange de polymère thermoplastique de constitution de la matrice d’imprégnation lorsque ce dernier est amorphe, ou supérieure à la Tf du polymère ou mélange de polymère thermoplastique de constitution de la matrice d’imprégnation lorsque ce dernier est semi-cristallin. Avantageusement, elles sont à base de polymère thermoplastique semi-cristallin et présentent une température de fusion Tf supérieure à la Tg du polymère ou mélange de polymère thermoplastique de constitution de la matrice d’imprégnation lorsque ce dernier est amorphe, ou supérieure à la Tf du polymère ou mélange de polymère thermoplastique de constitution de la matrice d’imprégnation lorsque ce dernier est semi-cristallin. Ainsi, il n’y a aucun risque de fusion pour les fibres organiques de constitution du matériau fibreux lors de l’imprégnation par la matrice thermoplastique du composite final. Parmi les fibres d’origine végétale, on peut citer les fibres naturelles à base de lin, de chanvre, de lignine, de bambou, de soie notamment d’araignée, de sisal, et d’autres fibres cellulosiques, en particulier de viscose. Ces fibres d’origine végétale peuvent être utilisées pures, traitées ou bien enduites d’une couche d’enduction, en vue de faciliter l’adhérence et l’imprégnation de la matrice de polymère thermoplastique.Among the fibers of mineral origin, mention may be made of carbon fibers, glass fibers, basalt or basalt-based fibers, silica fibers, or silicon carbide fibers for example. Among the fibers of organic origin, mention may be made of fibers based on thermoplastic or thermosetting polymer, such as semi-aromatic polyamide fibers, aramid fibers or polyolefin fibers for example. Preferably, they are based on amorphous thermoplastic polymer and have a glass transition temperature Tg greater than the Tg of the polymer or mixture of thermoplastic polymers constituting the impregnation matrix when the latter is amorphous, or greater than the Tf of the polymer or mixture of thermoplastic polymers constituting the impregnation matrix when the latter is semi-crystalline. Advantageously, they are based on semi-crystalline thermoplastic polymer and have a melting temperature Tf higher than the Tg of the polymer or mixture of thermoplastic polymers constituting the impregnation matrix when the latter is amorphous, or higher than the Tf of the polymer or mixture of thermoplastic polymers constituting the impregnation matrix when the latter is semi-crystalline. Thus, there is no risk of melting for the organic fibers constituting the fibrous material during impregnation by the thermoplastic matrix of the final composite. Among the fibers of plant origin, mention may be made of natural fibers based on flax, hemp, lignin, bamboo, silk, in particular spider silk, sisal, and other cellulosic fibers, in particular viscose. These fibers of plant origin can be used pure, treated or coated with a coating layer, in order to facilitate the adhesion and impregnation of the thermoplastic polymer matrix.
Il peut également correspondre à des fibres avec des fils de maintien.It can also match fibers with holding wires.
Ces fibres de constitution peuvent être utilisées seules ou en mélanges. Ainsi, des fibres organiques peuvent être mélangées aux fibres minérales pour être imprégnée de polymère thermoplastique et former le matériau fibreux imprégné.These constituent fibers can be used alone or in mixtures. Thus, organic fibers can be mixed with mineral fibers to be impregnated with thermoplastic polymer and form the impregnated fibrous material.
Les mèches de fibres organiques peuvent avoir plusieurs grammages. Elles peuvent en outre présenter plusieurs géométries.Organic fiber wicks can have several weights. They can also have several geometries.
Les fibres se présente sous forme de fibres continues, qui composent les tissus 2D, les non-tissés (NCF), les tresses ou mèches de fibres unidirectionnelles (UD) ou non tissées. Les fibres de constitution du matériau fibreux peuvent en outre se présenter sous forme d’un mélange de ces fibres de renfort de différentes géométries.The fibers are in the form of continuous fibers, which make up 2D fabrics, nonwovens (NCF), braids or rovings of unidirectional fibers (UD) or nonwovens. The fibers constituting the fibrous material can also be in the form of a mixture of these reinforcing fibers of different geometries.
De préférence le matériau fibreux est choisi parmi les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres de basalte et les fibres à base de basalte.Preferably the fibrous material is selected from glass fibers, carbon fibers, basalt fibers and basalt-based fibers.
Avantageusement, il est utilisé sous forme d’une mèche ou de plusieurs mèches.Advantageously, it is used in the form of a wick or several wicks.
Dans le but d’améliorer les liens physico-chimiques entre polymère et fibres, les fabricants de fibres utilisent des ensimages dont la composition et le taux peuvent varier. Or, étant généralement de nature organique (type résine thermodurcissable ou thermoplastique) et très souvent formulés pour l’imprégnation des fibres par des polymères à bas point de fusion ou thermodurcissables à bas point de Tg, les ensimages sont souvent dégradés par les procédés d’imprégnation, notamment pendant les étapes de pré-imprégnation (voie fondue, passage en solution solvantée etc…) et/ou pendant les étapes de fusion de la matrice thermoplastique, notamment lorsqu’elle présente un haut point de fusion (pour un semi-cristallin ou une haute Tg (pour un amorphe ou un thermodurcissable). En outre, la compatibilité chimique entre le polymère de la matrice et l’ensimage n’est pas toujours optimale ; la force d’accroche résultante pouvant être modifiée en positif comme en négatif en comparaison de celle observée avec une fibre non ensimée.In order to improve the physicochemical links between polymer and fibers, fiber manufacturers use sizes whose composition and rate can vary. However, being generally of an organic nature (thermosetting or thermoplastic resin type) and very often formulated for the impregnation of fibers with low melting point polymers or thermosetting polymers with low Tg point, the sizes are often degraded by the impregnation processes, in particular during the pre-impregnation stages (melted route, passage in solvent solution, etc.) and/or during the melting stages of the thermoplastic matrix, in particular when it has a high melting point (for a semi-crystalline or a high Tg (for an amorphous or thermosetting material). In addition, the chemical compatibility between the matrix polymer and the size is not always optimal; the resulting adhesion force can be modified in a positive or negative way compared to that observed with an unsized fiber.
Néanmoins, l’ensimage dans certains cas est indispensable ou incontournable. Une fibre non ensimée est difficilement manipulable. En effet, l’ensimage joue non seulement le rôle de promoteur d’adhésion de la matrice sur la fibre ; mais il sert aussi de protecteur et de liant des fibrilles de carbone ou de verre par exemple afin de la manipuler sans les rompre.However, sizing is essential or unavoidable in some cases. An unsized fiber is difficult to handle. In fact, sizing not only plays the role of promoting adhesion of the matrix to the fiber; but it also serves as a protector and binder for carbon or glass fibrils, for example, in order to handle them without breaking them.
Dans les matériaux imprégnés aussi appelés « prêts à l’emploi », le polymère ou mélange de polymères thermoplastiques d’imprégnation est réparti uniformément et de manière homogène autour des fibres. Dans ce type de matériau, le polymère thermoplastique d’imprégnation doit être réparti de manière la plus homogène possible au sein des fibres afin d’obtenir un minimum de porosités, c’est à dire un minimum de vides entre les fibres. En effet, la présence de porosités dans ce type de matériaux peut agir comme des points de concentrations de contraintes, lors d’une mise sous contrainte mécanique de traction par exemple, et qui forment alors des points d’initiation de rupture du matériau fibreux imprégné et le fragilisent mécaniquement. Une répartition homogène du polymère ou mélange de polymères améliore donc la tenue mécanique et l’homogénéité du matériau composite formé à partir de ces matériaux fibreux imprégnés.In impregnated materials also called "ready-to-use", the impregnating polymer or mixture of thermoplastic polymers is distributed uniformly and homogeneously around the fibers. In this type of material, the impregnating thermoplastic polymer must be distributed as homogeneously as possible within the fibers in order to obtain a minimum of porosities, i.e. a minimum of voids between the fibers. Indeed, the presence of porosities in this type of material can act as stress concentration points, during mechanical tensile stress for example, and which then form rupture initiation points of the impregnated fibrous material and mechanically weaken it. A homogeneous distribution of the polymer or mixture of polymers therefore improves the mechanical strength and homogeneity of the composite material formed from these impregnated fibrous materials.
Dans un premier mode de réalisation, le taux de fibres dans ledit matériau fibreux imprégné est compris de 30 à 65% en volume, en particulier de 45 à 65 % en volume, de préférence de 50 à 60% en volume, notamment de 52 à 60% en volume, en particulier de 53 à 57% en volume.In a first embodiment, the fiber content in said impregnated fibrous material is from 30 to 65% by volume, in particular from 45 to 65% by volume, preferably from 50 to 60% by volume, in particular from 52 to 60% by volume, in particular from 53 to 57% by volume.
La mesure du taux de fibres est déterminée selon ISO 1172 :1999 ou par analyse thermogravimétrique (ATG) telle que déterminé par exemple dans le document B. Benzler, Applikationslabor, Mettler Toledo, Giesen, UserCom 1/2001.The measurement of the fibre content is determined according to ISO 1172:1999 or by thermogravimetric analysis (TGA) as determined for example in B. Benzler, Applikationslabor, Mettler Toledo, Giesen, UserCom 1/2001.
La mesure du taux de fibres de carbone peut être déterminée selon ISO 14127:2008.The measurement of carbon fiber content can be determined according to ISO 14127:2008.
Dans un second mode de réalisation, le taux de fibres dans ledit matériau fibreux imprégné est compris de 30 à 50% en volume, en particulier de 30 à 40% en volume.In a second embodiment, the fiber content in said impregnated fibrous material is from 30 to 50% by volume, in particular from 30 to 40% by volume.
La mesure du taux d’imprégnation peut être réalisée par analyse d'image (utilisation de microscope ou d'appareil photo ou de caméra numérique, notamment), d'une coupe transversale du ruban, en divisant la surface du ruban imprégnée par le polymère par la surface totale du produit (surface imprégnée plus surface des porosités). Afin d'obtenir une image de bonne qualité il est préférable d'enrober le ruban découpé dans son sens transversal dans une résine de polissage standard et de polir avec un protocole standard permettant l'observation de l'échantillon au microscope grossissement fois 6 au minimum.The measurement of the impregnation rate can be carried out by image analysis (using a microscope or a camera or digital camera, in particular), of a cross-section of the ribbon, by dividing the surface of the ribbon impregnated by the polymer by the total surface of the product (impregnated surface plus surface of the porosity). In order to obtain a good quality image, it is preferable to coat the ribbon cut in its transverse direction in a standard polishing resin and to polish with a standard protocol allowing the observation of the sample under a microscope at a magnification of at least 6 times.
Avantageusement, le taux de porosité dudit matériau fibreux imprégné est inférieur à 5%, en particulier inférieur à 2%.Advantageously, the porosity rate of said impregnated fibrous material is less than 5%, in particular less than 2%.
Il faut noter qu’un taux de porosité nul est difficilement accessible et que par conséquent, avantageusement le taux de porosité est supérieur à 0% mais inférieur aux taux cités ci-dessus.It should be noted that a zero porosity rate is difficult to achieve and that consequently, advantageously the porosity rate is greater than 0% but lower than the rates cited above.
Le taux de porosité correspond au taux de porosité fermée et peut être déterminé soit par microscopie électronique, soit comme étant l’écart relatif entre la densité théorique et la densité expérimentale dudit matériau fibreux imprégné tel que décrit ci-dessus.The porosity rate corresponds to the closed porosity rate and can be determined either by electron microscopy or as the relative deviation between the theoretical density and the experimental density of said impregnated fibrous material as described above.
Dans tous les cas le taux de porosité est un taux moyen sur un volume de matériaux fibreux significatif, c’est-à-dire sur un volume supérieur ou égal à celui d‘une bobine de 500m de tape de largeur moyenne égale à 12.7mm (1/2 pouce) et de 140µm d’épaisseur.In all cases the porosity rate is an average rate over a significant volume of fibrous materials, i.e. over a volume greater than or equal to that of a 500m reel of tape with an average width of 12.7mm (1/2 inch) and 140µm thick.
S’agissant de la structure monocouche ou multicoucheRegarding the single-layer or multi-layer structure
La structure peut être monocouche ou multicouche.The structure can be single-layer or multi-layer.
Selon un mode de réalisation, la structure est monocouche et comprend au moins une couche de renfort composite telle que définie ci-dessus.According to one embodiment, the structure is single-layer and comprises at least one composite reinforcement layer as defined above.
Dans une première variante, ladite structure est monocouche et est constituée d’une seule couche de renfort composite telle que définie ci-dessus, à l’exclusion de toute autre couche composite ou non.In a first variant, said structure is single-layer and consists of a single layer of composite reinforcement as defined above, to the exclusion of any other composite or non-composite layer.
Ladite couche de renfort peut être constituée d’une ou plusieurs strates.Said reinforcing layer may consist of one or more layers.
Dans un mode de réalisation de cette première variante, ladite structure monocouche est caractérisée en ce que le taux de fibre en volume de ladite couche de renfort composite est compris de 50 à 60% en volume, notamment de 53 à 57% en volume.In one embodiment of this first variant, said single-layer structure is characterized in that the fiber content by volume of said composite reinforcement layer is from 50 to 60% by volume, in particular from 53 to 57% by volume.
Avantageusement, la température d’utilisation dans ce mode de réalisation de cette première variante est supérieure à la température ambiante.Advantageously, the operating temperature in this embodiment of this first variant is higher than ambient temperature.
Dans un autre mode de réalisation de cette première variante, ladite structure monocouche est caractérisée en ce que le taux de fibre en volume de ladite couche de renfort composite est compris de 30 à 50% en volume, en particulier de 30 à 40% en volume.In another embodiment of this first variant, said single-layer structure is characterized in that the fiber content by volume of said composite reinforcement layer is from 30 to 50% by volume, in particular from 30 to 40% by volume.
Avantageusement, la température d’utilisation dans ce mode de réalisation de cette première variante est inférieure à -252,8°C à pression atmosphérique.Advantageously, the operating temperature in this embodiment of this first variant is less than -252.8°C at atmospheric pressure.
Avantageusement, dans cette variante et ces modes de réalisation, le polymère thermoplastique de la composition imprégnant le matériau fibreux est un polyamide aliphatique, en particulier semi-cristallin, en particulier choisi parmi PA410, PA 56, PA59, PA510, PA512, PA513, PA 514, PA6, PA 66, PA 69, PA610, PA612, PA614, PA618, PA1010, PA1012, PApip10, PApip12, PA1014, PA1018, PA1210, PA1212, PA1214, PA1218, PA11, PA12, de préférence PA 6, PA66, PA410, PA510, PA 69, PA610, PA 512, PA612, PA 514, PA614, PA618, PA PA1010, PA1012, PA1014, PA1018, PA1214, PA1218, PA11 et PA12, de manière encore préférée PA 11 ou PA12, et leur mélange.Advantageously, in this variant and these embodiments, the thermoplastic polymer of the composition impregnating the fibrous material is an aliphatic polyamide, in particular semi-crystalline, in particular chosen from PA410, PA 56, PA59, PA510, PA512, PA513, PA 514, PA6, PA 66, PA 69, PA610, PA612, PA614, PA618, PA1010, PA1012, PApip10, PApip12, PA1014, PA1018, PA1210, PA1212, PA1214, PA1218, PA11, PA12, preferably PA 6, PA66, PA410, PA510, PA 69, PA610, PA 512, PA612, PA 514, PA614, PA618, PA PA1010, PA1012, PA1014, PA1018, PA1214, PA1218, PA11 and PA12, more preferably PA 11 or PA12, and their mixture.
Avantageusement, le matériau fibreux présent dans la couche de renfort composite dans la structure monocouche telle que définie ci-dessus est choisi parmi les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres de basalte ou à base de basalte.Advantageously, the fibrous material present in the composite reinforcement layer in the single-layer structure as defined above is chosen from glass fibers, carbon fibers, basalt or basalt-based fibers.
Dans un mode de réalisation, ladite structure monocouche ci-dessus définie, comporte un ou plusieurs inserts moulés par injection, en polymère thermoplastique semi-cristallin, de préférence aliphatique.In one embodiment, said single-layer structure defined above comprises one or more injection-molded inserts made of semi-crystalline thermoplastic polymer, preferably aliphatic.
Dans une seconde variante, ladite structure est multicouche et comprend au moins les deux couches successives suivantes, de l’intérieur vers l’extérieur:In a second variant, said structure is multi-layered and comprises at least the following two successive layers, from the inside to the outside:
- au moins une couche de renfort composite telle que définie ci-dessus, ladite couche de renfort composite étant en contact avec le gaz comprimé,- at least one composite reinforcement layer as defined above, said composite reinforcement layer being in contact with the compressed gas,
- au moins une couche externe de renfort composite constituée d’un matériau fibreux sous forme de fibres continues imprégnées par une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique, de préférence semi-cristallin,- at least one external layer of composite reinforcement consisting of a fibrous material in the form of continuous fibers impregnated with a composition mainly comprising at least one thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline,
ladite couche de renfort composite et ladite couche externe de renfort composite étant différentes,said composite reinforcement layer and said external composite reinforcement layer being different,
ladite couche de renfort composite la plus externe étant soudée à la couche externe de renfort composite la plus interne.said outermost composite reinforcement layer being welded to the innermost composite reinforcement outer layer.
Le matériau fibreux imprégné composant ladite couche externe de renfort composite présentant, après consolidation, une déformation à la rupture transverse identique ou différent à celle du matériau fibreux imprégné composant ladite couche de renfort composite après consolidation.The impregnated fibrous material making up said external composite reinforcement layer having, after consolidation, a transverse deformation at break identical to or different from that of the impregnated fibrous material making up said composite reinforcement layer after consolidation.
Le polymère thermoplastique de ladite couche externe de renfort composite est tel que défini pour la couche de renfort composite (et donc interne).The thermoplastic polymer of said external composite reinforcement layer is as defined for the composite reinforcement layer (and therefore internal).
Il est bien évident que le polymère thermoplastique de ladite couche de renfort composite et le polymère thermoplastique de ladite couche externe de renfort composite sont différents. Par « différents » il faut comprendre que soit les deux polymères sont de nature différente, par exemple un polymère qui est un PEI et l’autre choisi parmi les polyaryléthercétones (PAEK), les polyétheréther cétones (PEEK) et les polyéthercétone cétones (PEKK), en particulier les polyétheréther cétones (PEEK), soit les deux polymères sont de même nature, par exemple les deux polymères en polyamide mais l’un aliphatique et l’autre semi-aromatique, mais ces deux polymères sont compatibles cad partiellement ou totalement miscibles ou pouvant réagir entre eux, ou encore les deux polymères sont deux polyamides aliphatiques différents ou deux polyamides semi-aromatiques différents ou encore soit le matériau fibreux est différent de par sa nature et/ou de par le nombre de fibres dans le matériau fibreux.It is obvious that the thermoplastic polymer of said composite reinforcement layer and the thermoplastic polymer of said external composite reinforcement layer are different. By "different" it is meant that either the two polymers are of different nature, for example one polymer which is a PEI and the other chosen from polyaryletherketones (PAEK), polyetheretherketones (PEEK) and polyetherketoneketones (PEKK), in particular polyetheretherketones (PEEK), or the two polymers are of the same nature, for example the two polymers are polyamide but one is aliphatic and the other is semi-aromatic, but these two polymers are compatible i.e. partially or totally miscible or able to react with each other, or the two polymers are two different aliphatic polyamides or two different semi-aromatic polyamides or the fibrous material is different by its nature and/or by the number of fibers in the fibrous material.
Ladite composition imprégnant le matériau fibreux de ladite couche externe de renfort composite peut également comprendre des modifiants choc et/ou des additifs.Said composition impregnating the fibrous material of said external composite reinforcement layer may also comprise impact modifiers and/or additives.
Les additifs peuvent être choisis parmi un antioxydant, un stabilisant à la chaleur, un absorbeur d’UV, un stabilisant à la lumière, un lubrifiant, une charge inorganique, un agent ignifugeant, un agent nucléant, un plastifiant et un colorant.The additives may be selected from an antioxidant, a heat stabilizer, a UV absorber, a light stabilizer, a lubricant, an inorganic filler, a flame retardant, a nucleating agent, a plasticizer and a colorant.
Avantageusement, ladite composition imprégnant le matériau fibreux de ladite couche externe de renfort composite est constituée dudit polymère thermoplastique majoritairement, de 0 à 5% en poids de modifiant choc, de 0 à 5% en poids d’additifs, la somme des constituants de la composition étant égale à 100% (basé sur un minimum de polymère thermoplastique de 90%).Advantageously, said composition impregnating the fibrous material of said external composite reinforcement layer consists of said thermoplastic polymer predominantly, from 0 to 5% by weight of impact modifier, from 0 to 5% by weight of additives, the sum of the constituents of the composition being equal to 100% (based on a minimum of thermoplastic polymer of 90%).
Lesdites compositions imprégnant le matériau fibreux de ladite couche de renfort composite et le matériau fibreux de ladite couche externe de renfort composite sont différentes.Said compositions impregnating the fibrous material of said composite reinforcing layer and the fibrous material of said external composite reinforcing layer are different.
Dans un mode de réalisation, le polymère thermoplastique imprégnant les fibres continues de la couche de renfort composite de ladite structure multicouche ci-dessus définie est un polyamide aliphatique, en particulier choisi parmi PA410, PA 56, PA59, PA510, PA512, PA513, PA 514, PA6, PA 66, PA 69, PA610, PA612, PA614, PA618, PA1010, PA1012, PApip10, PApip12, PA1014, PA1018, PA1210, PA1212, PA1214, PA1218, PA11, PA12, de préférence PA 6, PA66, PA410, PA510, PA 69, PA610, PA 512, PA612, PA 514, PA614, PA618, PA PA1010, PA1012, PA1014, PA1018, PA1214, PA1218, PA11 et PA12, de manière encore préférée PA 11 ou PA12, et leur mélange.In one embodiment, the thermoplastic polymer impregnating the continuous fibers of the composite reinforcing layer of said multilayer structure defined above is an aliphatic polyamide, in particular chosen from PA410, PA 56, PA59, PA510, PA512, PA513, PA 514, PA6, PA 66, PA 69, PA610, PA612, PA614, PA618, PA1010, PA1012, PApip10, PApip12, PA1014, PA1018, PA1210, PA1212, PA1214, PA1218, PA11, PA12, preferably PA 6, PA66, PA410, PA510, PA 69, PA610, PA 512, PA612, PA 514, PA614, PA618, PA PA1010, PA1012, PA1014, PA1018, PA1214, PA1218, PA11 and PA12, more preferably PA 11 or PA12, and their mixture.
Dans une première variante de ce mode de réalisation, le polymère thermoplastique imprégnant les fibres continues de la couche externe de renfort composite est un polyamide aliphatique, en particulier choisi parmi PA410, PA 56, PA59, PA510, PA512, PA513, PA 514, PA6, PA 66, PA 69, PA610, PA612, PA614, PA618, PA1010, PA1012, PApip10, PApip12, PA1014, PA1018, PA1210, PA1212, PA1214, PA1218, PA11, PA12, de préférence PA 6, PA66, PA410, PA510, PA 69, PA610, PA 512, PA612, PA 514, PA614, PA618, PA PA1010, PA1012, PA1014, PA1018, PA1214, PA1218, PA11 et PA12, de manière encore préférée PA 11 ou PA12, et leur mélange, et différent du polymère thermoplastique imprégnant les fibres continues de la couche de renfort composite.In a first variant of this embodiment, the thermoplastic polymer impregnating the continuous fibers of the external composite reinforcement layer is an aliphatic polyamide, in particular chosen from PA410, PA 56, PA59, PA510, PA512, PA513, PA 514, PA6, PA 66, PA 69, PA610, PA612, PA614, PA618, PA1010, PA1012, PApip10, PApip12, PA1014, PA1018, PA1210, PA1212, PA1214, PA1218, PA11, PA12, preferably PA 6, PA66, PA410, PA510, PA 69, PA610, PA 512, PA612, PA 514, PA614, PA618, PA PA1010, PA1012, PA1014, PA1018, PA1214, PA1218, PA11 and PA12, more preferably PA 11 or PA12, and their mixture, and different from the thermoplastic polymer impregnating the continuous fibers of the composite reinforcement layer.
Dans une seconde variante de ce mode de réalisation, le polymère thermoplastique imprégnant les fibres continues de la couche externe de renfort composite est un polyamide semi-aromatique, en particulier choisi parmi PA MPMDT/6T, PA 11/10T, PA 11/BACT, PA 5T/10T, PA 11/6T/10T, PA MXDT/4T, PA MXDT/6T, PA MXDT/10T, PA MPMDT/4T, PA MPMDT/6T, PA MPMDT/10T, PA BACT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/4T, PA BACT/10T/6T, PA 11/BACT/4T, PA 11/BACT/6T, PA 11/BACT/10T, PA 11/MXDT/4T, PA 11/MXDT/6T, PA 11/MXDT/10T, PA 11/MPMDT/4T, PA 11/MPMDT/6T, PA 11/MPMDT/10T, PA 11/MXDT/10T, PA11/5T/10T, et leur mélange.In a second variant of this embodiment, the thermoplastic polymer impregnating the continuous fibers of the external composite reinforcement layer is a semi-aromatic polyamide, in particular chosen from PA MPMDT/6T, PA 11/10T, PA 11/BACT, PA 5T/10T, PA 11/6T/10T, PA MXDT/4T, PA MXDT/6T, PA MXDT/10T, PA MPMDT/4T, PA MPMDT/6T, PA MPMDT/10T, PA BACT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/4T, PA BACT/10T/6T, PA 11/BACT/4T, PA 11/BACT/6T, PA 11/BACT/10T, PA 11/MXDT/4T, PA 11/MXDT/6T, PA 11/MXDT/10T, PA 11/MPMDT/4T, PA 11/MPMDT/6T, PA 11/MPMDT/10T, PA 11/MXDT/10T, PA11/5T/10T, and their mixture.
Dans un autre mode de réalisation, le polymère thermoplastique imprégnant les fibres continues de la couche de renfort composite de ladite structure multicouche ci-dessus définie est un polyamide semi-aromatique, en particulier choisi parmi PA MPMDT/6T, PA 11/10T, PA 11/BACT, PA 5T/10T, PA 11/6T/10T, PA MXDT/4T, PA MXDT/6T, PA MXDT/10T, PA MPMDT/4T, PA MPMDT/6T, PA MPMDT/10T, PA BACT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/4T, PA BACT/10T/6T, PA 11/BACT/4T, PA 11/BACT/6T, PA 11/BACT/10T, PA 11/MXDT/4T, PA 11/MXDT/6T, PA 11/MXDT/10T, PA 11/MPMDT/4T, PA 11/MPMDT/6T, PA 11/MPMDT/10T, PA 11/MXDT/10T, PA11/5T/10T, et leur mélange.In another embodiment, the thermoplastic polymer impregnating the continuous fibers of the composite reinforcing layer of said multilayer structure defined above is a semi-aromatic polyamide, in particular chosen from PA MPMDT/6T, PA 11/10T, PA 11/BACT, PA 5T/10T, PA 11/6T/10T, PA MXDT/4T, PA MXDT/6T, PA MXDT/10T, PA MPMDT/4T, PA MPMDT/6T, PA MPMDT/10T, PA BACT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/4T, PA BACT/10T/6T, PA 11/BACT/4T, PA 11/BACT/6T, PA 11/BACT/10T, PA 11/MXDT/4T, PA 11/MXDT/6T, PA 11/MXDT/10T, PA 11/MPMDT/4T, PA 11/MPMDT/6T, PA 11/MPMDT/10T, PA 11/MXDT/10T, PA11/5T/10T, and their mixture.
Dans une première variante de cet autre mode de réalisation, le polymère thermoplastique imprégnant les fibres continues de la couche externe de renfort composite est un polyamide aliphatique, en particulier choisi parmi PA410, PA 56, PA59, PA510, PA512, PA513, PA 514, PA6, PA 66, PA 69, PA610, PA612, PA614, PA618, PA1010, PA1012, PApip10, PApip12, PA1014, PA1018, PA1210, PA1212, PA1214, PA1218, PA11, PA12, de préférence PA 6, PA66, PA410, PA510, PA 69, PA610, PA 512, PA612, PA 514, PA614, PA618, PA PA1010, PA1012, PA1014, PA1018, PA1214, PA1218, PA11 et PA12, de manière encore préférée PA 11 ou PA12, et leur mélange, et différent du polymère thermoplastique imprégnant les fibres continues de la couche de renfort composite.In a first variant of this other embodiment, the thermoplastic polymer impregnating the continuous fibers of the external composite reinforcement layer is an aliphatic polyamide, in particular chosen from PA410, PA 56, PA59, PA510, PA512, PA513, PA 514, PA6, PA 66, PA 69, PA610, PA612, PA614, PA618, PA1010, PA1012, PApip10, PApip12, PA1014, PA1018, PA1210, PA1212, PA1214, PA1218, PA11, PA12, preferably PA 6, PA66, PA410, PA510, PA 69, PA610, PA 512, PA612, PA 514, PA614, PA618, PA PA1010, PA1012, PA1014, PA1018, PA1214, PA1218, PA11 and PA12, more preferably PA 11 or PA12, and their mixture, and different from the thermoplastic polymer impregnating the continuous fibers of the composite reinforcement layer.
Dans une seconde variante de cet autre mode de réalisation, le polymère thermoplastique imprégnant les fibres continues de la couche externe de renfort composite est un polyamide semi-aromatique, en particulier choisi parmi PA MPMDT/6T, PA 11/10T, PA 11/BACT, PA 5T/10T, PA 11/6T/10T, PA MXDT/4T, PA MXDT/6T, PA MXDT/10T, PA MPMDT/4T, PA MPMDT/6T, PA MPMDT/10T, PA BACT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/4T, PA BACT/10T/6T, PA 11/BACT/4T, PA 11/BACT/6T, PA 11/BACT/10T, PA 11/MXDT/4T, PA 11/MXDT/6T, PA 11/MXDT/10T, PA 11/MPMDT/4T, PA 11/MPMDT/6T, PA 11/MPMDT/10T, PA 11/MXDT/10T, PA11/5T/10T, et leur mélange.In a second variant of this other embodiment, the thermoplastic polymer impregnating the continuous fibers of the external composite reinforcement layer is a semi-aromatic polyamide, in particular chosen from PA MPMDT/6T, PA 11/10T, PA 11/BACT, PA 5T/10T, PA 11/6T/10T, PA MXDT/4T, PA MXDT/6T, PA MXDT/10T, PA MPMDT/4T, PA MPMDT/6T, PA MPMDT/10T, PA BACT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/4T, PA BACT/10T/6T, PA 11/BACT/4T, PA 11/BACT/6T, PA 11/BACT/10T, PA 11/MXDT/4T, PA 11/MXDT/6T, PA 11/MXDT/10T, PA 11/MPMDT/4T, PA 11/MPMDT/6T, PA 11/MPMDT/10T, PA 11/MXDT/10T, PA11/5T/10T, and their mixture.
Dans encore un autre mode de réalisation, dans la structure multicouche ci-dessus définie, la couche de renfort composite a une épaisseur comprise entre 1 et 30%, plus particulièrement une épaisseur comprise entre 1 et 10%, encore plus de préférée comprise entre 1 et 5% par rapport à la totalité de l’épaisseur des couches de la structure. In yet another embodiment, in the multilayer structure defined above, the composite reinforcing layer has a thickness of between 1 and 30%, more particularly a thickness of between 1 and 10%, even more preferably of between 1 and 5% relative to the total thickness of the layers of the structure .
Dans encore un autre mode de réalisation, dans la structure multicouche ci-dessus définie, le taux de fibres en volume de la couche de renfort composite est compris de 30 à 50%, notamment de 30 à 40%.In yet another embodiment, in the multilayer structure defined above, the volume fiber content of the composite reinforcement layer is from 30 to 50%, in particular from 30 to 40%.
Dans encore un autre mode de réalisation, dans la structure multicouche ci-dessus définie, le taux de fibres en volume de la couche externe de renfort composite est compris de 50 à 60%, notamment de 53 à 60% en volume, en particulier de 53 à 57% en volume.In yet another embodiment, in the multilayer structure defined above, the volume fiber content of the external composite reinforcement layer is from 50 to 60%, in particular from 53 to 60% by volume, in particular from 53 to 57% by volume.
Dans encore un autre mode de réalisation, dans la structure multicouche ci-dessus définie, le taux de fibres en volume de la couche de renfort composite est compris de 30 à 50%, notamment de 30 à 40% et le taux de fibres en volume de la couche externe de renfort composite est compris de 50 à 60%, notamment de 53 à 60% en volume, en particulier de 53 à 57% en volume.In yet another embodiment, in the multilayer structure defined above, the volume fiber content of the composite reinforcement layer is from 30 to 50%, in particular from 30 to 40%, and the volume fiber content of the external composite reinforcement layer is from 50 to 60%, in particular from 53 to 60% by volume, in particular from 53 to 57% by volume.
Avantageusement, le matériau fibreux présent dans la couche de renfort composite et dans la couche de renfort composite externe dans la structure multicouche telle que définie ci-dessus est choisi parmi les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres de basalte ou à base de basalte.Advantageously, the fibrous material present in the composite reinforcement layer and in the external composite reinforcement layer in the multilayer structure as defined above is chosen from glass fibers, carbon fibers, basalt or basalt-based fibers.
Dans un mode de réalisation, ladite structure multicouche ci-dessus définie, comporte un ou plusieurs inserts moulés par injection, en polymère thermoplastique semi-cristallin, de préférence aliphatique.In one embodiment, said multilayer structure defined above comprises one or more injection-molded inserts made of semi-crystalline thermoplastic polymer, preferably aliphatic.
Dans un mode de réalisation, ladite structure multicouche est constituée de deux couches.In one embodiment, said multilayer structure consists of two layers.
Dans un autre mode de réalisation, ladite structure multicouche comprend de plus au moins une autre couche constituée d’une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique, de préférence semi-cristallin, et située au-dessus de la dernière couche externe de renfort composite.In another embodiment, said multilayer structure further comprises at least one other layer consisting of a composition mainly comprising at least one thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline, and located above the last external layer of composite reinforcement.
Avantageusement, ledit polymère thermoplastique est un polyamide, en particulier semi-cristallin.Advantageously, said thermoplastic polymer is a polyamide, in particular semi-crystalline.
En particulier, ledit polyamide est choisi parmi un polyamide aliphatique et un polyamide semi-aromatique.In particular, said polyamide is chosen from an aliphatic polyamide and a semi-aromatic polyamide.
Avantageusement, les fibres de la couche de renfort composite sont de plus haute résistance que les fibres de la couche externe de renfort composite.Advantageously, the fibers of the composite reinforcement layer are of higher strength than the fibers of the outer composite reinforcement layer.
Dans un mode de réalisation, les fibres de la couche externe de renfort composite sont des fibres supérieures à 30K.In one embodiment, the fibers of the outer composite reinforcement layer are fibers greater than 30K.
Dans un autre mode de réalisation, les fibres de la couche de renfort composite sont des fibres inférieures ou égales à 30K.In another embodiment, the fibers of the composite reinforcing layer are fibers less than or equal to 30K.
Dans encore un autre mode de réalisation, les fibres de la couche externe de renfort composite sont des fibres supérieures à 30K et les fibres de la couche de renfort composite sont des fibres inférieures ou égales à 30K.In yet another embodiment, the fibers of the outer composite reinforcement layer are fibers greater than 30K and the fibers of the composite reinforcement layer are fibers less than or equal to 30K.
Dans un mode de réalisation, ladite structure multicouche est constituée de trois couches.In one embodiment, said multilayer structure consists of three layers.
Dans encore un autre mode de réalisation, ladite structure multicouche comprend au moins quatre couches :In yet another embodiment, said multilayer structure comprises at least four layers:
au moins une couche de renfort composite constituant l’enveloppe de ladite structure telle que définie ci-dessus,at least one composite reinforcement layer constituting the envelope of said structure as defined above,
au moins une couche externe de renfort composite constituée d’un matériau fibreux sous forme de fibres continues imprégné par une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique, de préférence semi-cristallin,at least one external layer of composite reinforcement consisting of a fibrous material in the form of continuous fibers impregnated with a composition mainly comprising at least one thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline,
ladite couche de renfort composite et ladite couche externe de renfort composite étant différentes,said composite reinforcement layer and said external composite reinforcement layer being different,
ladite couche de renfort composite la plus externe étant soudée à la couche externe de renfort composite la plus interne,said outermost composite reinforcement layer being welded to the innermost composite reinforcement outer layer,
au moins une deuxième couche externe de renfort composite constituée d’un matériau fibreux sous forme de fibres continues imprégné par une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique, de préférence semi-cristallin,at least one second external layer of composite reinforcement consisting of a fibrous material in the form of continuous fibers impregnated with a composition mainly comprising at least one thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline,
ladite couche de renfort composite et ladite couche externe de renfort composite étant différentes,said composite reinforcement layer and said external composite reinforcement layer being different,
ladite deuxième couche externe de renfort composite étant soudée à la première couche externe de renfort composite,said second external layer of composite reinforcement being welded to the first external layer of composite reinforcement,
au moins une quatrième couche constituée d’une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique, de préférence semi-cristallin, et située au-dessus de la dernière couche externe de la deuxième couche de renfort composite.at least a fourth layer consisting of a composition mainly comprising at least one thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline, and located above the last external layer of the second composite reinforcement layer.
Dans un mode de réalisation, les fibres de la couche de renfort composite sont des fibres inférieures ou égales à 30K.In one embodiment, the fibers of the composite reinforcing layer are fibers less than or equal to 30K.
Dans un autre mode de réalisation, les fibres de la première couche externe de renfort composite sont des fibres inférieures ou égales à 30K.In another embodiment, the fibers of the first outer layer of composite reinforcement are fibers less than or equal to 30K.
Dans encore un autre mode de réalisation, les fibres de la deuxième couche externe de renfort composite sont des fibres supérieures à 30K.In yet another embodiment, the fibers of the second outer layer of composite reinforcement are fibers greater than 30K.
Dans encore un autre mode de réalisation, les fibres de la couche de renfort composite sont des fibres inférieures ou égales à 30K et les fibres de la première couche de renfort composite sont des fibres inférieures ou égales à 30K.In yet another embodiment, the fibers of the composite reinforcing layer are fibers less than or equal to 30K and the fibers of the first composite reinforcing layer are fibers less than or equal to 30K.
Dans encore un autre mode de réalisation, les fibres de la couche de renfort composite sont des fibres inférieures ou égales à 30K et les fibres de la deuxième couche externe de renfort composite sont des fibres supérieures à 30K.In yet another embodiment, the fibers of the composite reinforcement layer are fibers less than or equal to 30K and the fibers of the second outer composite reinforcement layer are fibers greater than 30K.
Dans encore un autre mode de réalisation, les fibres de la couche de renfort composite sont des fibres inférieures ou égales à 30K, les fibres de la première couche de renfort composite sont des fibres inférieures ou égales à 30K et les fibres de la deuxième couche externe de renfort composite sont des fibres supérieures à 30K.In yet another embodiment, the fibers of the composite reinforcement layer are fibers less than or equal to 30K, the fibers of the first composite reinforcement layer are fibers less than or equal to 30K, and the fibers of the second outer composite reinforcement layer are fibers greater than 30K.
Dans un mode de réalisation, ladite structure multicouche est constituée de quatre couches.In one embodiment, said multilayer structure consists of four layers.
Avantageusement, ledit polymère thermoplastique de la première couche est un polyamide, en particulier semi-cristallin.Advantageously, said thermoplastic polymer of the first layer is a polyamide, in particular semi-crystalline.
En particulier, ledit polyamide de la première couche est choisi parmi un polyamide aliphatique et un polyamide semi-aromatique, notamment un polyamide aliphatique.In particular, said polyamide of the first layer is chosen from an aliphatic polyamide and a semi-aromatic polyamide, in particular an aliphatic polyamide.
Avantageusement, ledit polymère thermoplastique de la deuxième couche est un polyamide, en particulier semi-cristallin.Advantageously, said thermoplastic polymer of the second layer is a polyamide, in particular semi-crystalline.
En particulier, ledit polyamide de la deuxième est choisi parmi un polyamide aliphatique et un polyamide semi-aromatique, notamment un polyamide semi-aromatique.In particular, said polyamide of the second is chosen from an aliphatic polyamide and a semi-aromatic polyamide, in particular a semi-aromatic polyamide.
Avantageusement, ledit polymère thermoplastique de la troisième couche est un polyamide, en particulier semi-cristallin.Advantageously, said thermoplastic polymer of the third layer is a polyamide, in particular semi-crystalline.
En particulier, ledit polyamide de la troisième est choisi parmi un polyamide aliphatique et un polyamide semi-aromatique, notamment un polyamide semi-aromatique.In particular, said polyamide of the third is chosen from an aliphatic polyamide and a semi-aromatic polyamide, in particular a semi-aromatic polyamide.
Avantageusement, ledit polymère thermoplastique de la quatrième couche est un polyamide, en particulier semi-cristallin.Advantageously, said thermoplastic polymer of the fourth layer is a polyamide, in particular semi-crystalline.
En particulier, ledit polyamide est choisi parmi un polyamide aliphatique et un polyamide semi-aromatique.In particular, said polyamide is chosen from an aliphatic polyamide and a semi-aromatic polyamide.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne un procédé de fabrication de la structure monocouche ou multicouche telle que définie ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de sélection d’une couche de renfort composite constituant l’enveloppe de ladite structure, ladite couche de renfort composite étant constituée d’un matériau fibreux sous forme de fibres continues imprégné par une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique ductile, de préférence semi-cristallin, le matériau fibreux imprégné présentant, après consolidation, une déformation à la rupture transverse supérieure à la déformation à la rupture desdites fibres, en particulier supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisationAccording to another aspect, the present invention relates to a method for manufacturing the single-layer or multi-layer structure as defined above, characterized in that it comprises at least one step of selecting a composite reinforcement layer constituting the envelope of said structure, said composite reinforcement layer being made of a fibrous material in the form of continuous fibers impregnated with a composition mainly comprising at least one ductile thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline, the impregnated fibrous material having, after consolidation, a transverse strain at break greater than the strain at break of said fibers, in particular greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the temperature of use and at the strain rate representative of the use
L’étape de sélection de ladite couche de renfort composite peut comprendre les étapes suivantes :The step of selecting said composite reinforcement layer may comprise the following steps:
- Sélection d’un polymère thermoplastique (ou résine polymère thermoplastique) ductile,- Selection of a ductile thermoplastic polymer (or thermoplastic polymer resin),
- Imprégnation d’un matériaux fibreux par ladite résine ductile par l’une des méthodes bien connues de l’homme du métier, pour conduire à des rubans ou bandes ou tapes unidirectionnelles (UD),- Impregnation of a fibrous material with said ductile resin by one of the methods well known to those skilled in the art, to produce unidirectional (UD) ribbons or bands or tapes,
- Préparation de la couche de renfort composite à partir des rubans ou bandes ou tapes ci-dessus,- Preparation of the composite reinforcement layer from the above ribbons or bands or tapes,
- Evaluation de la déformation à la rupture transverse de ladite couche de renfort composite obtenue,- Evaluation of the deformation at transverse rupture of said composite reinforcement layer obtained,
- Evaluation de la déformation à la rupture transverse du matériau fibreux (ou fibres) avant imprégnation,- Evaluation of the deformation at transverse rupture of the fibrous material (or fibers) before impregnation,
- Sélection de ladite couche de renfort composite présentant une déformation transverse supérieure à la déformation à la rupture desdites fibres, en particulier supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2% à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation.- Selection of said composite reinforcement layer having a transverse deformation greater than the deformation at break of said fibers, in particular greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2% at the temperature of use and at the deformation rate representative of the use.
La sélection d’une résine polymère ductile peut se faire par détermination du seuil de plasticité qui peut être effectuée par traction sur des éprouvettes ISO 527-1BA.The selection of a ductile polymer resin can be done by determining the plasticity threshold which can be carried out by traction on ISO 527-1BA test pieces.
La résine polymère considérée comme adaptée à la réalisation d’un composite ductile c’est-à-dire présentant une déformation transverse supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2% à la température ou à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation dudit composite est sélectionnée si son seuil de plasticité est inférieur à 70, en particulier inférieur à 60, notamment inférieur à 50 à la température ou à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation dudit composite.The polymer resin considered suitable for producing a ductile composite, i.e. having a transverse deformation greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2% at the temperature or at the deformation rate representative of the use of said composite, is selected if its plasticity threshold is less than 70, in particular less than 60, in particular less than 50 at the temperature or at the deformation rate representative of the use of said composite.
La préparation de la couche de renfort composite peut se faire notamment par enroulement filamentaire, à partir de tapes unidirectionnelles (UD) déposés par couches successives sur un mandrin qui peut être chauffant, avec un ou plusieurs angles d’orientation par rapport à l’axe du mandrin.The preparation of the composite reinforcement layer can be done in particular by filament winding, from unidirectional (UD) tapes deposited in successive layers on a mandrel which can be heated, with one or more orientation angles relative to the axis of the mandrel.
L’évaluation de la déformation à la rupture transverse de ladite couche de renfort composite obtenue est effectuée comme décrit ci-dessus.The evaluation of the transverse fracture deformation of said composite reinforcement layer obtained is carried out as described above.
L’évaluation de la déformation à la rupture transverse du matériau fibreux (ou fibres) avant imprégnation est effectuée comme décrit ci-dessus.The evaluation of the transverse fracture strain of the fibrous material (or fibers) before impregnation is carried out as described above.
Ladite couche de renfort composite présentant une déformation à la rupture transverse supérieure à la déformation à la rupture desdites fibres, en particulier supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation est alors sélectionnée.Said composite reinforcement layer having a transverse strain at break greater than the strain at break of said fibers, in particular greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the temperature of use and at the strain rate representative of the use is then selected.
Dans un mode de réalisation, ledit procédé comprend, après ladite étape de sélection, une étape d’enroulement filamentaire dudit matériaux fibreux imprégné.In one embodiment, said method comprises, after said selection step, a step of filament winding said impregnated fibrous material.
Dans un autre mode de réalisation, ledit procédé comprend, après l’étape d’enroulement filamentaire, une étape de soudure de la couche externe de renfort composite, telle que définie ci-dessus, sur ladite couche de renfort composite.In another embodiment, said method comprises, after the filament winding step, a step of welding the external composite reinforcement layer, as defined above, onto said composite reinforcement layer.
La couche externe de renfort est enroulée sur la couche la plus externe de la couche de renfort composite et est soudée à cette dernière par chauffage au moyen d’un système de chauffage tel que décrit dans la demande internationale WO22167757.The outer reinforcing layer is wrapped over the outermost layer of the composite reinforcing layer and is welded thereto by heating using a heating system as described in international application WO22167757.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne l’utilisation d’au moins une couche de renfort composite constituée d’un matériau fibreux sous forme de fibres continues imprégné par une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique, de préférence semi-cristallin, présentant une température de transition vitreuse (Tg) mesurée selon la norme ISO 11357 -3 : 2013, la dite Tg étant inférieure ou égale à la température d’utilisation Tu, ou Tg -Tu ≥ 100°C, par exemple Tg -Tu > +100°C, en particulier Tg -Tu ≥ 80°C, notamment Tg -Tu ≥ 50°C,According to another aspect, the present invention relates to the use of at least one composite reinforcement layer consisting of a fibrous material in the form of continuous fibers impregnated with a composition mainly comprising at least one thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline, having a glass transition temperature (Tg) measured according to the ISO 11357-3: 2013 standard, said Tg being less than or equal to the operating temperature Tu, or Tg -Tu ≥ 100°C, for example Tg -Tu > +100°C, in particular Tg -Tu ≥ 80°C, in particular Tg -Tu ≥ 50°C,
ladite couche de renfort composite présentant, après consolidation, une déformation à la rupture transverse supérieure à la déformation à la rupture desdites fibres, en particulier supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2% à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation, telle que définie ci-dessus,said composite reinforcement layer having, after consolidation, a transverse strain at break greater than the strain at break of said fibers, in particular greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2% at the temperature of use and at the strain rate representative of the use, as defined above,
pour constituer l’enveloppe d’une structure monocouche ou multicouche pour le transport, le stockage ou la distribution de gaz comprimé, de préférence sous haute pression, en particulier d’hydrogène.to constitute the envelope of a single-layer or multi-layer structure for the transport, storage or distribution of compressed gas, preferably under high pressure, in particular hydrogen.
Selon encore un autre aspect, la présente invention concerne l’utilisation de la structure monocouche ou multicouche, telle que définie ci-dessus, pour le transport, le stockage ou la distribution de gaz comprimé, de préférence sous haute pression, en particulier l’hydrogène.According to yet another aspect, the present invention relates to the use of the single-layer or multi-layer structure, as defined above, for the transport, storage or distribution of compressed gas, preferably under high pressure, in particular hydrogen.
La
Dans tous les exemples, la mesure du taux de fibres de carbone en volume est déterminée par analyse d'image (utilisation de microscope ou d'appareil photo ou de caméra numérique, notamment), d'une coupe transversale du ruban, en divisant la surface du ruban imprégnée par le polymère par la surface totale du produit (surface imprégnée plus surface des porosités). Afin d'obtenir une image de bonne qualité il est préférable d'enrober le ruban découpé dans son sens transversal dans une résine de polissage standard et de polir avec un protocole standard permettant l'observation de l'échantillon au microscope grossissement fois 6 au minimum.In all examples, the measurement of the carbon fiber rate by volume is determined by image analysis (using a microscope or a camera or digital camera, in particular), of a cross section of the ribbon, by dividing the surface of the ribbon impregnated by the polymer by the total surface of the product (impregnated surface plus surface of the porosity). In order to obtain a good quality image, it is preferable to coat the ribbon cut in its transverse direction in a standard polishing resin and to polish with a standard protocol allowing the observation of the sample under a microscope at a magnification of at least 6 times.
Plusieurs compositions de résine (PA 11/BACT/10T et PA11) ont été synthétisées par polycondensation puis injectées selon les techniques bien connues de l’homme du métier pour faire des éprouvettes de traction ISO 527-1BA.Several resin compositions (PA 11/BACT/10T and PA11) were synthesized by polycondensation and then injected using techniques well known to those skilled in the art to make ISO 527-1BA tensile test specimens.
La sélection d’une résine polymère ductile a été effectuée par détermination du seuil de plasticité qui a été déterminé par traction sur ces éprouvettes. La résine polymère permettant d’obtenir un composite ductile et a été sélectionnée lorsque son seuil de plasticité est inférieur à 70 à la température et la vitesse de déformation représentatives de l’utilisation.The selection of a ductile polymer resin was carried out by determining the plasticity threshold which was determined by traction on these test pieces. The polymer resin allowing to obtain a ductile composite and was selected when its plasticity threshold is less than 70 at the temperature and the deformation rate representative of the use.
Compositions sélectionnées :Selected compositions:
PA 11/BACT/10T (Tg 140°C mesurée en DSC selon la norme ISO 11357 -3 : 2013) présentant un seuil de plasticité inférieur à 70.PA 11/BACT/10T (Tg 140°C measured in DSC according to ISO 11357 -3: 2013) with a plasticity threshold of less than 70.
PA11 (Tg 50°C mesurée en DSC selon la norme ISO 11357 -3 : 2013) présentant un seuil de plasticité inférieur à 70.PA11 (Tg 50°C measured in DSC according to ISO 11357 -3: 2013) with a plasticity threshold of less than 70.
Des couches de renfort composite ont ensuite été préparées, après sélection de la matrice ductile, à partir d’un matériau fibreux préalablement imprégné par la résine thermoplastique (tape) selon WO2018/234436 (selon l’exemple 2 modifié: bande de matériau fibreux (ou tape) avec une fibre de carbone Hyosung H2550 imprégnée par du PA 11/BACT/10T (Arkema) ou du PA11 (Arkema)).Composite reinforcement layers were then prepared, after selection of the ductile matrix, from a fibrous material previously impregnated with the thermoplastic resin (tape) according to WO2018/234436 (according to modified example 2: strip of fibrous material (or tape) with a Hyosung H2550 carbon fiber impregnated with PA 11/BACT/10T (Arkema) or PA11 (Arkema)).
BAC correspond au bis(aminométhyl)cyclohexane et T correspond à l’acide téréphtalique.BAC stands for bis(aminomethyl)cyclohexane and T stands for terephthalic acid.
Les couches de renfort composite ont été préparées par dépose de la tape ci-dessus préparée par enroulement filamentaire au moyen d’un robot comportant un chauffage Infra Rouge de puissance 1500W à la vitesse de 12m/min sur un mandrin.The composite reinforcement layers were prepared by depositing the above tape prepared by filament winding using a robot with 1500W infrared heating at a speed of 12m/min on a mandrel.
L’évaluation de la déformation à la rupture transverse desdites couches de renfort composite obtenues est effectuée sur coupon : une plaque de 2mm d’épaisseur, de 300x 300mm, composée d’un empilement de 16 couches unidirectionnelles (UD) de matériau fibreux imprégné est obtenue par dépose laser à plat suivie d’une consolidation autoclave. Dans la plaque obtenue, des éprouvettes de traction transverse ont été usinées (T90°), l’axe des fibres étant perpendiculaire à l’axe de l’éprouvette puis testées à une vitesse de déformation de 10-3s-1et une température de -252,8°C, -60°C, +23°C et +85°C.The evaluation of the transverse deformation at break of the said composite reinforcement layers obtained is carried out on a coupon: a 2 mm thick plate, 300 x 300 mm, composed of a stack of 16 unidirectional (UD) layers of impregnated fibrous material is obtained by flat laser deposition followed by autoclave consolidation. In the plate obtained, transverse tensile test specimens were machined (T90 °), the axis of the fibers being perpendicular to the axis of the test specimen and then tested at a deformation rate of 10 -3 s -1 and a temperature of -252.8 ° C, -60 ° C, +23 ° C and +85 ° C.
Ladite couche de renfort composite présentant une déformation à la rupture transverse supérieure à la déformation à la rupture desdites fibres, en particulier supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation est alors sélectionnée.Said composite reinforcement layer having a transverse strain at break greater than the strain at break of said fibers, in particular greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the temperature of use and at the strain rate representative of the use is then selected.
Le composite PA 11 pour un taux de fibres de 55% en volume a été sélectionné pour les températures de +23°C et +85°C.The PA 11 composite with a fiber content of 55% by volume was selected for temperatures of +23°C and +85°C.
Le composite PA 11 pour un taux de fibres de 45% en volume a été sélectionné pour la température de - 60°C.The PA 11 composite with a fiber content of 45% by volume was selected for the temperature of - 60°C.
Le composite PA 11 pour un taux de fibres de 35% en volume a été sélectionné pour les températures de -252,8°C et - 60°C.The PA 11 composite with a fiber content of 35% by volume was selected for temperatures of -252.8°C and -60°C.
Le composite 11/BACT/10T pour un taux de fibres de 40% en volume a été sélectionné pour la température de +85°C.The 11/BACT/10T composite with a fiber content of 40% by volume was selected for the temperature of +85°C.
Les réservoirs suivants ont ensuite été préparés par enroulement filamentaire sur un mandrin:The following tanks were then prepared by filament winding on a mandrel:
Exemple 1: Réservoir monolithique composite, obtenu par empilement d’un seul type de couche de composite à matrice PA11 ductile et un taux de fibres de carbone de 55% en volume.Example 1: Composite monolithic tank, obtained by stacking a single type of composite layer with a ductile PA11 matrix and a carbon fiber content of 55% by volume.
Le réservoir est utilisé à température ambiante (RT) et T > RT.The tank is used at room temperature (RT) and T > RT.
Il est testé sous pression croissante aucune fuite n’est détectée avant l’atteinte de la pression d’éclatement.It is tested under increasing pressure and no leaks are detected before reaching the burst pressure.
Exemple 2: Réservoir monolithique composite, avec une seule couche de composite à matrice PA11 ductile et un taux de fibres de carbone de 45% en volume le réservoir étant utilisé à -60°C et T> -60°C.Example 2: Composite monolithic tank, with a single layer of ductile PA11 matrix composite and a carbon fiber content of 45% by volume, the tank being used at -60°C and T> -60°C.
Exemple 3Example 3
Réservoir monolithique composite constitué de deux couches, une couche de renfort composite (11/BACT/10T) à bas taux de fibres (40% en volume) pour éviter les microfissures, et une couche externe de renfort composite (11/BACT/10T) à haut taux de fibres pour atteindre les propriétés mécaniques (55% en volume).Composite monolithic tank consisting of two layers, a composite reinforcement layer (11/BACT/10T) with a low fiber content (40% by volume) to avoid microcracks, and an external composite reinforcement layer (11/BACT/10T) with a high fiber content to achieve mechanical properties (55% by volume).
Le réservoir est utilisé à +85°C et T> +85°C.The tank is used at +85°C and T> +85°C.
Exemple 4 :Example 4:
Réservoir monolithique composite constitué de deux couches, une couche de renfort composite (PA11) à bas taux de fibres (35% en volume) pour éviter les microfissures, et une couche externe de renfort composite (PA11) à haut taux de fibres pour atteindre les propriétés mécaniques (55% en volume).Composite monolithic tank consisting of two layers, a composite reinforcement layer (PA11) with a low fiber content (35% by volume) to avoid microcracks, and an external composite reinforcement layer (PA11) with a high fiber content to achieve mechanical properties (55% by volume).
Le réservoir est utilisé de – 252,8°C à T> - 252,8°CThe tank is used from – 252.8°C to T> - 252.8°C
Exemple 5 :Example 5:
Réservoir monolithique composite constitué de deux couches, une couche de renfort composite (PA11) à bas taux de fibres (45% en volume) pour éviter les microfissures, et une couche externe de renfort composite (PA11/BACT/10T) à haut taux de fibres pour atteindre les propriétés mécaniques (55% en volume).Composite monolithic tank consisting of two layers, a composite reinforcement layer (PA11) with a low fiber content (45% by volume) to avoid microcracks, and an external composite reinforcement layer (PA11/BACT/10T) with a high fiber content to achieve mechanical properties (55% by volume).
Le réservoir est utilisé de - 60°C à T> - 60°C.The tank is used from - 60°C to T> - 60°C.
Déterminations de la présence de microfissures pour les réservoirs des exemples 1 à 5.Determinations of the presence of microcracks for the tanks of examples 1 to 5.
La présence de microfissures a été déterminée par détection d’une fuite avant l’atteinte de la pression d’utilisation ou pendant le maintien de la pression d’utilisation selon le protocole suivant :The presence of microcracks was determined by detecting a leak before reaching the operating pressure or while maintaining the operating pressure according to the following protocol:
Détection de fuite éventuelle au moyen d’un test de pression sous eau lors de la mise en pression du réservoir à la pression d’utilisation et/ou pendant le maintien de la pression à la pression d’utilisation.Detection of possible leaks by means of a pressure test under water when pressurizing the tank to the operating pressure and/or while maintaining the pressure at the operating pressure.
Tous les réservoirs préparés présentent une absence de fuite et donc de microfissures.All prepared tanks show no leaks and therefore no microcracks.
Claims (19)
au moins une couche de renfort composite constituant l’enveloppe de ladite structure constituée d’un matériau fibreux sous forme de fibres continues imprégné par une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique ductile, de préférence semi-cristallin, présentant une température de transition vitreuse (Tg) mesurée selon la norme ISO 11357 -3 : 2013, la dite Tg étant inférieure ou égale à la température d’utilisation Tu, ou Tg -Tu ≥ +100°C,
le matériaux fibreux imprégné composant ladite couche de renfort composite présentant, après consolidation, une déformation à la rupture transverse supérieure à la déformation à la rupture desdites fibres, en particulier supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2%, à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation,
ladite structure étant dépourvue d’une couche d’étanchéité interne.Single-layer or multi-layer structure, for the transport, storage or distribution of compressed gas, preferably under high pressure, in particular hydrogen, comprising:
at least one composite reinforcement layer constituting the envelope of said structure consisting of a fibrous material in the form of continuous fibers impregnated with a composition mainly comprising at least one ductile thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline, having a glass transition temperature (Tg) measured according to standard ISO 11357-3: 2013, said Tg being less than or equal to the operating temperature Tu, or Tg -Tu ≥ +100°C,
the impregnated fibrous material making up said composite reinforcement layer having, after consolidation, a transverse strain at break greater than the strain at break of said fibers, in particular greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2%, at the temperature of use and at the strain rate representative of the use,
said structure being devoid of an internal sealing layer.
- au moins une couche de renfort composite telle que définie dans la revendication 1, ladite couche de renfort composite étant en contact avec le gaz comprimé,
- au moins une couche externe de renfort composite constituée d’un matériau fibreux sous forme de fibres continues imprégnées par une composition comprenant majoritairement au moins un polymère thermoplastique, de préférence semi-cristallin,
ladite couche de renfort composite et ladite couche externe de renfort composite étant différentes,
ladite couche de renfort composite la plus externe étant soudée à la couche externe de renfort composite la plus interne.Single-layer or multi-layer structure according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is multi-layer and comprises at least the following two successive layers, from the inside to the outside:
- at least one composite reinforcing layer as defined in claim 1, said composite reinforcing layer being in contact with the compressed gas,
- at least one external layer of composite reinforcement consisting of a fibrous material in the form of continuous fibers impregnated with a composition mainly comprising at least one thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline,
said composite reinforcement layer and said external composite reinforcement layer being different,
said outermost composite reinforcement layer being welded to the innermost composite reinforcement outer layer.
ladite couche de renfort composite présentant, après consolidation, une déformation à la rupture transverse supérieure à la déformation à la rupture desdites fibres, en particulier supérieure à 1,6%, notamment à 1,8%, en particulier à 2%, plus particulièrement à 2,2% à la température d’utilisation et à la vitesse de déformation représentative de l’utilisation, telle que définie ci-dessus,
pour constituer l’enveloppe d’une structure monocouche ou multicouche pour le transport, le stockage ou la distribution de gaz comprimé, de préférence sous haute pression, en particulier l’hydrogène.Use of at least one composite reinforcement layer consisting of a fibrous material in the form of continuous fibers impregnated with a composition mainly comprising at least one thermoplastic polymer, preferably semi-crystalline, having a glass transition temperature (Tg) measured according to standard ISO 11357-3: 2013, said Tg being less than or equal to the operating temperature Tu, or Tg -Tu ≥ 100°C,
said composite reinforcement layer having, after consolidation, a transverse strain at break greater than the strain at break of said fibers, in particular greater than 1.6%, in particular 1.8%, in particular 2%, more particularly 2.2% at the temperature of use and at the strain rate representative of the use, as defined above,
to constitute the envelope of a single-layer or multi-layer structure for the transport, storage or distribution of compressed gas, preferably under high pressure, in particular hydrogen.
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