Procédé de préparation d'articles ayant une structure cellulaire
La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'articles ayant une structure cellulaire. On entend par article ayant une structure cellulaire un article contenant plusieurs cellules ou un passage contourné présentant le caractère d'une pluralité de cellules. Les cellules sont entièrement fermées, ou n'ont qu'une ou plusieurs petites ouvertures, par exemple sur un bord de l'article.
Le procédé selon l'invention dans lequel on assemble plusieurs noyaux de matière semblable dans une forme, en disposant des fibres autour des noyaux et entre ceux-ci, est caractérisé en ce que l'on introduit ensuite dans la forme, par le fond, une résine liquide fluide durcissable, à l'égard de laquelle les noyaux et la -forme sont imperméables, en quantité suffisante pour pénétrer sensiblement dans tous les interstices entre les fibres, la forme comportant au moins une ouverture à son sommet, et en ce que l'on solidifie la résine de manière à former une matrice de fibres liées par la résine, comportant un intérieur cellulaire. Les fibres utilisées ne sont pas préalablement collées ensemble.
L'ouverture de la forme permet à l'air ou à un autre fluide contenu dans les interstices entre les fibres d'tre déplacé, soit vers l'atmosphère, soit par application d'une succion.
Les noyaux peuvent rester en place dans l'article terminé et contenir eux-mmes une ou plusieurs cellules. Ils peuvent par contre tre retirés de la matrice après la prise de la résine, de sorte qu'une cellule ou passage subsiste à l'endroit où chaque noyau se trouvait.
En plus des noyaux susmentionnés, il peut y avoir un ou plusieurs noyaux formés d'une autre matière.
Une disposition de plusieurs noyaux de matière semblable peut tre produite par enroulement de plusieurs tours adjacents d'une bande de matière destinée à former les noyaux.
La description ci-après, à titre d'exemple et en référence au dessin annexé illustre plusieurs modes d'exécution du procédé selon l'invention. Dans ce dessin,
la fig. 1 représente schématiquement une installation pour le filage ou extrusion de la matière à noyau, son enveloppement dans une matière fibreuse, son entassement en empilages ou paquets, et le chargement des empilages ou paquets de noyaux dans des moules prts pour l'opération d'imprégnation;
la fig. 2 est une coupe transversale d'un des moules remplis quittant l'installation de la fig. 1, et auquel ont été ajoutées des plaques de couvercle et de fond;
la fig. 3 représente une variante de l'opération de recouvrement de la matière à noyau et de formation des paquets;
la fig. 4 est une coupe longitudinale d'un noyau composé d'une bande de matière infusible revtue d'une couche de matière fusible;
la fig. 5 est une coupe transversale du noyau de la fig. 4, prise par la ligne 5-5;
la fig. 6 est une coupe transversale d'un moule chargé, illustrant les opérations de fabrication d'un panneau courbe, dans le cas particulier un dôme hémisphérique de radar;
la fig. 7 est une vue par le côté ouvert d'un dôme de radar hémisphérique terminé, montrant une disposition de la matière à noyau;
la fig. 8 est une vue semblable, montrant une autre disposition de la matière à noyau;
la fig. 9 montre une partie d'un assemblage destiné à la fabrication d'un article cylindrique creux;
la fig. 10 montre, en vue partiellement arrachée pour mettre en évidence la structure interne, un moule et un assemblage de noyaux recouverts, destinés à la fabrication d'un article en forme d'auge ;
la fig. 11 illustre la fabrication d'une ailette de ventilateur ;
la fig. 12 est une vue en plan d'une aile d'aéronef;
la fig. 13 est une coupe prise en direction de l'envergure de l'aile de la fig. 12, prise le long de la ligne 13-13 de la fig. 12;
la fig. 14 est une coupe dans le sens de la profondeur de l'aile de la fig. 12, prise le long de la ligne 14-14 de la fig. 12 ;
la fig. 15 est un agrandissement de la partie de la fig. 13 entourée du rectangle en pointillé 15, et montrant davantage de détails constructifs;
les fig. 16 et 17 sont des agrandissements semblables des parties de la fig. 14 entourées des rectangles en pointillé 16 et 17
la fig. 18 illustre l'adjonction des pièces de bords d'attaque et de fuite à l'aile, et
la fig. 19 représente un type de moule permettant la fabrication de l'aile.
Les fig. 1 à 8 se rapportent à des modes d'exécution du procédé au cours desquels des éléments de noyau sont retirés de la matrice par fusion d'une partie ou de la totalité de la matière du noyau à une température n'atteignant pas une valeur susceptible de détériorer la résine, mais supérieure à la température nécessaire à la prise de la résine. Les articles représentés aux fig. 1 à 8 sont tous en forme de panneaux comprenant des revtements maintenus écartés par des âmes, les cellules se trouvant entre les âmes.
En bref, les opérations illustrées aux fig. 1 à 8 comprennent l'assemblage d'un paquet ou empilage dans lequel des bandes de matière à noyau reposent côte à côte. Les bandes ont au moins une couche externe imperméable au liant résineux utilisé et fusible à une température ne détériorant pas la résine utilisée. On recouvre chaque bande d'une couche de matière fibreuse imprégnable et le paquet présente alors sensiblement les dimensions du panneau voulu.
On enferme le paquet à l'intérieur d'un moule qui s'y adapte étroitement, on fait entrer dans le moule la résine à l'état de liquide fluide, on la laisse imprégner la matière fibreuse se trouvant dans le moule, on laisse la résine prendre, on fait fondre la matière fusible du noyau et s'écouler à travers au moins une ouverture de chaque cellule.
En plus de la matière à noyau en forme de bande, recouverte de fibres, le paquet peut également comprendre une couche séparée pour la formation d'un revtement ou armature sur une, ou sur les deux surfaces principales du paquet.
Chacune de ces couches séparées de formation de revtement ou armature est de préférence composée, au moins en ce qui concerne une partie de sa surface en contact avec la matière à noyau recouverte de fibres, de matière imprégnable. Lorsque cette couche de formation de revtement est de structure
composite, la partie de sa surface opposée à la matière à noyau recouverte de fibres, peut tre en une matière non imprégnable, par exemple en une résine dure, partiellement ou complètement polymérisée, ou en une substance élastique caoutchouteuse qui est de nature à favoriser l'adhérence de la résine de collage, ou qui est liée d'une autre façon à une partie de surface imprégnable faisant face à la matière à noyau recouverte de fibres.
Dans la fabrication de panneaux dont les âmes et les revtements définissent une ou plusieurs cellules recourbées, en forme de passages, il est préférable d'utiliser une matière à noyau en bande, entièrement composée d'une substance fusible qui est facilement déformable plastiquement dans un domaine de température inférieur à son point de fusion. Dans ce mode d'exécution, on déforme plastiquement la matière à noyau recouverte de fibres pour lui donner la forme cellulaire désirée, puis on assemble le paquet.
Une matière à noyau préférée pour le mode d'exécution décrit ci-dessus peut tre obtenue par filage par un orifice de forme appropriée d'une cire du genre se courbant sans se fendre à une température d'environ 200C et fondant en un liquide fluide à une température d'environ 500C.
Dans la fabrication de panneaux comprenant des cellules droites ou presque droites, la matière à noyau peut comprendre une partie interne de substance non fusible, par exemple de métal, recouverte d'une couche de substance fusible, par exemple de cire. La fabrication du panneau comprend un chauffage du paquet imprégné de résine, après la prise de la résine, à une température suffisante pour fondre ou ramollir la partie fusible de la matière à noyau, l'extraction de la partie non fusible de la matière à noyau, puis l'évacuation par fusion de la substance fusible restant éventuellement dans les cellules.
Selon le rapport de sa section transversale à sa longueur, et selon la viscosité résiduelle de la matière à noyau fondue, la cellule nécessite une ouverture à une, ou aux deux extrémités pour l'extraction de la matière à noyau. Lorsque la cellule est ouverte aux deux extrémités, on peut faire entrer de l'air ou autre fluide comprimé par une extrémité pour activer l'évacuation de la matière à noyau, et éliminer les derniè- res traces de matière à noyau au moyen d'un solvant.
L'installation représentée à la fig. 1 comprend un cylindre de filage 1, permettant le filage, à travers une filière de forme et de dimension convenables, d'un mélange de cire qui, tout en étant suffisamment déformable plastiquement à une température d'environ 200C pour en permettre le façonnage de la manière présentement décrite, se liquéfie en un liquide fluide à une température ne détériorant pas la résine utilisée dans le panneau. Pour des résines qui ne sont pas particulièrement résistantes aux tem pératures élevées, par exemple les résines polyesters, il convient que la limite de température soit d'environ 1500C. Par contre, pour des résines résistant mieux à la chaleur, par exemple les résines phénol-formaldéhyde, cette limite peut atteindre 1 800C et dans certains cas 2000C.
Un mélange de cire qui s'est montré satisfaisant pour l'utilisation avec des résines polyesters est vendu par la Whitehead Chemical Co. (Waxes) Limited sous la marque de fabrique Jectowax 438 . Cette cire a un point de fusion d'environ 1350C et peut tre facilement filée aux températures comprises entre 200C et 400C.
La cire est de préférence filée à une température d'environ 200C, mais lorsqu'on désire filer à une température plus élevée, on peut faire passer la matière à noyau filée 2 qui, dans l'exemple représenté à la fig. 1 est de section transversale rectangulaire, à travers un réfrigérant 3 dans lequel circule de l'eau ou autre fluide réfrigérant, entre une entrée 4 et une sortie 5, de manière à réduire la température de la cire à environ 200C. La matière à noyau 2 peut ensuite tre enroulée sur un tambour de magasinage en vue d'un usage ultérieur ou, comme repré- senté à la fig. 1, elle peut immédiatement tre recouverte d'un enveloppement hélicoïdal de matière fibreuse en ruban 6, de structure tissée ou feutrée.
Les moyens de pose de cette enveloppe sont représentés schématiquement par une bobine 7 contenant une réserve de ruban, qui tourne sur une orbite 8 entourant la matière à noyau. Si désiré, plusieurs de ces bobines, ou moyens équivalents de fourniture du ruban, peuvent tre disposées de manière à poser l'épaisseur désirée de ruban sur la matière à noyau sans chevauchement excessif de tours adjacents.
La matière du noyau enveloppée peut ensuite
tre enroulée sur un tambour de magasinage en vue
d'une utilisation ultérieure, ou comme représenté à la fig. 1, elle peut tre immédiatement tronçonnée en
segments 9 d'égales longueurs au moyen d'une scie
circulaire 10 qui est avancée périodiquement de
manière à découper la matière à noyau. Tout en
découpant la matière à noyau, la scie se déplace
également axialement à la vitesse d'avance de, la
matière à noyau. Lorsqu'une longueur de matière à
noyau enveloppée est tronçonnée, elle est déplacée
de côté par une plaque 1 1 actionnée au moment
voulu par des cames 12 et 13, formant ainsi un
paquet ou empilage 14 dans lequel les segments de
noyau sont disposés côte à côte.
Le paquet 14 est
assemblé sur un transporteur représenté par des
rouleaux 15 qui, lorsque le paquet est terminé, le
font avancer comme représenté en 1 4a de manière
à le faire passer entre les deux nappes 16 et 17 de
matière tirées de rouleaux 18 et 19 au moyen de
rouleaux d'alimentation 20 et 21. Les nappes 16 et
17, ou l'une d'entre elles, peuvent tre composées de
matière fibreuse tissée ou feutrée qui est imprégnable
par la résine appliquée ultérieurement, auquel cas
elles constituent une armature supplémentaire de la couche de revtement, ou elles peuvent tre composées d'une matière non imprégnable à laquelle la résine adhère, auquel cas elles constituent les couches de formation du revtement proprement dites.
Lorsqu'on désire qu'une surface exposée du revtement soit formée d'une matière à laquelle la résine n'adhère pas suffisamment, cette matière de revtement peut tre préalablement collée à l'aide d'un moyen approprié à une sous-couche de matière imprégnable, cette dernière étant disposée de manière à se trouver en contact avec la matière de couverture des noyaux, de sorte que durant l'opération d'imprégnation, la couche de revtement se lie étroitement à la matière couvrant les noyaux. Bien que deux nappes 16 et 17 seulement soient représentées à la fig. 1, ce nombre peut tre augmenté sur une, ou sur les deux faces du panneau. I1 est également possible de supprimer la ou les nappes sur une ou sur les deux faces, bien que dans ce cas la résistance et la qualité de surface des panneaux soient inférieures.
Les fibres sont de préférence en verre, sous forme de tissu. Pour les revtements externes un satin de huit lames d'environ 300 g/m2 convient, et pour le revtement de pièces du noyau une toile d'environ 100 g/m2 convient. Le tissu peut tre obtenu auprès des fabricants avec un apprt se mariant à la résine.
Le paquet sortant d'entre les rouleaux d'alimentation 20 et 21 glisse directement sur le fond 22 d'un moule 23. Le moule comprend une pièce latérale 24 fixée rigidement au fond 22 et une autre pièce latérale 25, articulée au fond en 26 de manière à pouvoir tre repliée vers le haut lorsque le paquet 14 a pris sa position finale sur le fond 22. Sur leurs bords supérieurs, les pièces latérales 24 et 25 comportent des languettes 27 et 28 pouvant pénétrer dans des rainures 29 et 30 d'un couvercle 31.
Le fond et les pièces latérales des moules, solidaires les uns des autres, sont mis en position en succession derrière les rouleaux d'alimentation 20 et 21 au moyen d'un transporteur représenté par des rouleaux 32, alors que les couvercles 31 sont amenés au moment voulu par un transporteur supérieur représenté par des rails 33 et 34, et sont posés de manière à recevoir les languettes 27 et 28 lorsque la pièce latérale articulée 25 a été tournée vers le haut. Chaque paquet est ainsi étroitement entouré sur quatre côtés par un moule 23.
Les rouleaux transporteurs 15 transportent ensuite le moule fermé jusqu'à un emplacement 23a, où un couteau non représenté est déplacé entre ce moule et le moule suivant, afin de découper les nappes 16 et 17 qui joignent encore les moules ensemble. Bien
que pour la clarté du dessin les moules soient représentés nettement séparés, l'écart est de préférence juste suffisant pour permettre le passage du
couteau entre eux. Le moule rempli est ensuite transporté jusqu'à l'installation d'imprégnation, où il
est posé debout sur une pièce de fermeture 35 de
l'extrémité inférieure (voir fig. 2), alors qu'une pièce
de fermeture 36 d'extrémité supérieure est posée sur
le haut.
Les deux pièces de fermeture comportent un raccord 37 permettant de relier une rainure 38 distributrice ou collectrice à un tuyau 39 d'arrivée de la résine et à un tuyau 40 de sortie d'air et de résine. De préférence, les pièces de fermeture 35 et 36 des extrémités supérieure et inférieure sont serrées solidement sur le moule 23 afin de permettre l'emploi d'une pression convenable pendant l'opération d'imprégnation, et éventuellement aussi au cours du durcissement de la résine lorsqu'on utilise une résine thermodurcissable produisant des matières volatiles qui doivent tre maintenues à l'état liquide jusqu'à la fin du durcissement.
il part inutile de fournir d'autres précisions,
si ce n'est que la résine pénètre par le tuyau d'arrivée 39 jusqu'à ce qu'elle ait déplacé tout l'air contenu dans les interstices de la matière se trouvant dans le moule, et qu'elle sort par le tuyau de sortie 40 et gagne un dispositif de mesure qui, lorsque la résine qui y parvient est exempte de bulles d'air, ou lorsqu'une quantité prédéterminée y est parvenue, interrompt l'arrivée de la résine et provoque le passage du moule au stade suivant de durcissement. Ce stade peut consister simplement en une période de repos dans le cas d'une résine prenant à froid, ou, s'il est nécessaire de chauffer, on peut faire passer le moule à travers une enceinte chauffante, ou le chauffer d'une autre façon, par exemple par des moyens électriques incorporés dans le moule.
Ce chauffage ne doit pas élever la température du paquet jusqu'à un niveau auquel la matière fusible constituant les noyaux fondrait suffisamment pour couler hors de son emplacement.
L'imprégnation et la prise s'effectuent de préférence à température ordinaire, soit entre 18 et 250C.
On chauffe ensuite l'article à environ 800C et ce chauffage sert simultanément à faire fondre et couler la cire et à durcir complémentairement la résine.
Cette dernière a de préférence une viscosité comprise entre 1 et 10 poises à la température d'imprégnation. Si les âmes sont épaisses, mettons plus épaisses qu'un centimètre, la viscosité peut atteindre 20 poises. On peut employer un mélange de résine polyester durcissant à froid en présence d'un catalyseur de peroxyde de méthyléthylecétone et d'un accé lérateur de naphténate de cobalt. On peut également utiliser des résines époxydiques.
Lorsque la phase de durcissement est achevée, on ouvre le inoule et on retire le panneau. Après avoir dressé les extrémités pour enlever le film de résine recouvrant éventuellement les extrémités des noyaux, on chauffe le panneau jusqu'à une température suffisante pour fondre la matière du noyau de manière qu'elle puisse s'écouler, ce qui laisse le panneau pratiquement terminé, avec une série de cellules creuses allongées dans l'épaisseur du panneau.
On montre à la fig. 3 une variante dans laquelle, au lieu d'enrouler hélicoidalement une couverture de matière fibreuse sur la matière du noyau, on dispose un certain nombre de tambours 50 de matière à noyau non recouverte 2, de manière à amener la matière à noyau 2 d'en dessus et d'en dessous dans des ondulations de section carrée produites dans une nappe 51 de matière fibreuse au moyen d'une paire de guides complémentaires dont l'un est représenté en 52. On recouvre ainsi trois côtés de chaque élément de noyau, et il reste à amener les nappes 53 et 54 supérieure et inférieure sur l'assemblage au moyen des rouleaux d'alimentation 55 et 56 pour terminer la couverture des éléments de noyau et former un paquet qui peut tre introduit dans les moules 23 de lamanière décrite en référence à la fig. 1.
Toutefois, le couteau passant entre les moules remplis adjacents coupe non seulement les nappes 53 et 54, mais tron çonne également les éléments de noyau 2. Une autre petite différence par rapport à l'installation de la fig. 1 réside dans le fait que les nappes 53 et 54 sont un peu plus larges que l'assemblage des éléments de noyau, et que les rouleaux d'alimentation 55 et 56 comportent des flasques 57 et 58 destinés à retourner la matière en excès contre le bord externe de l'assemblage et donner ainsi une résistance additionnelle en ce point. On peut encore poser des nappes supplémentaires sur la face supérieure ou sur la face inférieure de l'assemblage, et on peut également utiliser une nappe à plusieurs couches pour les ondulations, en lieu et place de la nappe simple 51.
Au lieu d'amener une bande continue de matière à noyau dans les ondulations, on peut amener des jeux d'éléments de noyau, coupés préalablement à la longueur voulue, par des transporteurs disposés en dessous et en dessus, et les placer simultanément dans les ondulations de la nappe 51. Lorsqu'on procède ainsi, il est parfois plus pratique d'employer des éléments de noyau du genre montré dans les fig. 4 et 5, et comprenant une partie centrale 60 non fusible, par exemple en métal ou en matière plastique, et un revtement externe 61 de cire fusible.
Si la partie centrale est en métal ou autre matière à grande capacité calorifique, on peut facilement appliquer le revtement de cire par une simple opération de trempe. L'emploi d'une matière magnétique pour au moins une partie du noyau fournit un moyen simple pour le maintien, le transport et la pose des éléments de noyau. Si l'on désire former des cellules fermées à une extrémité, la partie centrale 60 peut tre pourvue à une ou aux deux extrémités d'une cavité taraudée 62, dans laquelle un extracteur peut tre vissé, et il est avantageux de ménager une perforation longitudinale 63 par laquelle l'air peut pénétrer dans la cellule lors de l'extraction du noyau, l'extracteur présentant une perforation se raccordant à la perforation 63.
Le revtement de cire 61 scelle les extrémités de la perforation, de sorte que la résine ne peut pas y entrer durant l'imprégnation.
L'installation représentée à la fig. 3 peut tre encore modifiée en supprimant la nappe ondulée 51, et en remplaçant les tambours 50 de matière à noyau non recouverte par des tambours contenant de la matière à noyau sur laquelle a été posé un enroule ment hélicoïdal de matière fibreuse, de la manière illustrée à la fig. 1.
La matière à noyau recouverte de cette façon peut également tre utilisée pour la confection de panneaux à cellules contournées à passages, les contours provenant soit d'une courbure simple ou composée des surfaces principales du panneau soit d'une disposition recourbée des éléments de noyau entre des revtements plats. La fig. 6 montre une coupe d'un moule rempli, destiné à la fabrication d'un panneau à courbure composée, à savoir un dôme de radar hémisphérique. Le moule consiste en une partie externe 70 et une partie interne 71.
Pour fabriquer le dôme, on pose dans la partie externe 70 du moule une ou plusieurs couches 72, de formation du revtement, en matière fibreuse et de préférence en tissu ou en tricot de fils de fibres de verre, puis on pose la matière à noyau 73 recouverte de fibres, on recouvre la partie interne 71 du moule avec une ou plusieurs couches 74 de formation du revtement interne, en matière fibreuse, on met en place la partie interne 71 du moule, puis on imprègne la matière fibreuse avec une résine liquide fluide entrant par un tuyau d'entrée 75 dans le fond de la partie externe du moule.
La résine que l'on fait pénétrer est de préférence contenue dans un récipient sous pression qui est tout d'abord relié à une pompe à vide pour extraire l'air éventuellement mélangé à la résine, puis est relié à une source d'air sous pression pour forcer la résine daris le moule par le tuyau 75. Lorsque la matière fibreuse a été complètement imprégnée, de sorte que la résine sourd sur toute la circonférence du joint entre les deux parties du moule, on interrompt l'arrivée de la résine et on durcit la résine dans le moule par chauffage ou par repos, selon les propriétés de la résine utilisée. Une fois la résine suffisamment prise, on retire le dôme du moule, et on perce un trou à travers le revtement interne, à chaque extrémité de chacune des longueurs de matière à noyau.
En élevant la température du dôme jusqu'au point de fusion de la matière à noyau, et en plaçant le dôme dans des positions convenables, on peut amener la matière à noyau à s'écouler et sortir, ce qui laisse vide la structure cellulaire. Grâce à cette méthode de fabrication, les revtements et les âmes définissant la structure cellulaire sont intimement liés ensemble, et l'article obtenu est beaucoup plus résistant et moins susceptible d'tre détérioré par séparation des revtements d'avec les âmes, que ce n'est le cas lorsqu'on imprègne séparément des pièces séparées de matière fibreuse avant de les assembler, en comptant sur un durcissement sous pression pour assurer leur adhérence réciproque.
On peut imprégner les couches externes 72 et 74 de formation du revtement avec un mélange de résine à prise très lente avant de les placer sur le moule. Cette résine colle les couches sur la surface du moule durant l'assemblage. Au cours de l'imprégnation du restant des fibres, une partie ou la totalité de la résine à prise lente peut tre déplacée. On peut faire entrer de la résine dans le moule jusqu'à ce qu'il se soit produit un mélange suffisant avec la résine à prise lente pour assurer une prise uniforme.
La résine sortant du moule peut tre désaérée et remise en circulation.
La matière à noyau peut tre disposée de diverses façons selon les besoins. La fig. 7 montre une disposition comportant un certain nombre d'éléments de noyau 76 en forme de segments, reposant côte à côte. Comme toutes les extrémités des éléments de noyau sont placées au bord du dôme de radar, les trous 77 destinés à l'enlèvement de la matière à noyau se trouvent également sur le bord du panneau.
Lorsque le dôme est en service, ces trous peuvent servir à la circulation d'un fluide chauffant dans les cellules pour prévenir le givrage de la surface externe.
La fig. 8 montre une autre disposition, dans laquelle la structure interne est obtenue par enroulement d'une longueur unique de matière à noyau en hélice. Dans ce cas, un trou 78 doit tre ménagé au centre du dôme, et un autre trou 79 au bord. L'emploi d'air comprimé facilite l'éjection de la matière à noyau fondue. En enroulant l'hélice avec une matière à noyau qui est repliée sur elle-mme au centre du dôme, les deux extrémités du noyau peuvent tre disposées sur le bord du dôme. Dans ces dispositions, la matière à noyau peut, lors de l'assemblage du paquet, avoir sa section transversale déformée, en mme temps qu'elle est recourbée.
On peut de mme confectionner des coquilles complètement cylindriques, qui sont également englobées par l'expression panneau telle qu'utilisée dans le présent exposé, en utilisant un noyau simple ou multiple enroulé en hélice de manière à former des spires jointives, ou si désiré on peut utiliser des éléments de noyau droits disposés parallèlement à l'axe des cylindres.
On peut faire appel à des méthodes très semblables à celles illustrées aux fig. 1 et 2 pour confectionner un article dans lequel les éléments de noyau multicellulaire restent dans l'article terminé.
La matière à noyau peut tre d'origine naturelle, par exemple en liège, en bois de balsa ou en autre bois, ou elle peut tre en un produit manufacturé, par exemple en une mousse solidifiée, qui peut tre fabriquée à partir de résines polyuréthane ou polystyrène ou à partir d'une matière cellulosique. n convient que les éléments de noyau soient suffisamment imperméables pour que la résine ne remplisse pas les cellules, mais la résine peut pénétrer dans la couche externe des éléments de noyau, ce qui peut avoir pour avantage de renforcer la fixation des éléments de noyau dans l'article. Par contre, les éléments de noyau amovibles doivent tre imperméables à leurs surfaces.
De mme, si l'enceinte est un moule d'où l'article est ultérieurement retiré, elle doit avoir une surface imperméable, mais si l'enceinte devient une partie de l'article terminé, la résine peut la pénétrer quelque peu, mais ne doit bien entendu pas fuir.
De préférence, pour fabriquer des éléments de noyau multicellulaire, on choisit une matière à noyau
à structure cellulaire complètement fermée, qui est imperméable à la résine. Le liège est un exemple de matière cellulaire naturelle présentant cette propriété, mais de nombreux bois de construction sont suffisamment résistants à la pénétration par les résines liquides pour convenir à ce but sans traitement de surface préalable, pour autant que la pression utilisée pour injecter la résine ne soit pas trop élevée. En outre, la pression ne doit pas tre élevée au point de provoquer l'effondrement de la matière cellulaire
constituant le noyau. Parmi les matières à noyau manufacturées mentionnées ci-dessus, les mousses de polyuréthane et de polystyrène peuvent tre produites
avec une structure cellulaire fermée appropriée.
Lorsqu'on désire utiliser une matière à noyau qui résiste insuffisamment à 17imprégnation, par exemple le bois de balsa ou les mousses cellulosiques, les éléments de noyau, préformés selon la forme convenant à l'article à fabriquer, doivent tre traités sur leurs surfaces entières avec un composé bouchepores, par exemple une résine durcissable, pour produire une couche superficielle qui est imperméable à la résine d'imprégnation mais qui adhère à celle-ci.
Il est nécessaire à l'obtention d'articles de grande résistance, rigidité et durabilité que les revtements de matière résineuse armés de fibres adhèrent fortement aux éléments de noyau en matière cellulaire solide.
La densité moyenne des articles dépend en grande partie de la densité de la matière cellulaire du noyau, qui peut varier entre environ 1 g/cm3 pour les bois
durs de construction, et environ 0,1 g/cm3 pour les mousses solidifiées. Le choix de la matière du noyau est naturellement déterminé par les propriétés de résistance, poids, isolation thermique ou sonore, requises pour l'article terminé. n est aussi possible de faire varier la matière du noyau dans différentes parties d'un article, e composées de matière fibreuse tissée ou feutrée qui est imprégnable par la résine appliquée ultérieurement, et constitue une armure additionnelle de la couche de revtement, ou une couche de revtement de résistance aux influences climatériques supérieure à celle de la couverture enroulée sur la matière du noyau.
On peut bien entendu appliquer plus d'une nappe sur chaque côté ou sur les deux côtés du paquet, et là, ou les nappes internes peuvent tre formées en une fibre à haute résistance, par exemple de verre, alors que la nappe la plus extérieure est formée d'une matière résistant aux influences climatériques, telle qu'une fibre organique synthétique, ou d'une matière conférant au panneau une coloration de surface, une texture ou des motifs désirés. Il est également possible de supprimer la ou les nappes sur un ou sur les deux côtés du paquet, bien que dans ce cas la résistance et la finition des surfaces des panneaux ne soient pas si bonnes.
On peut utiliser une couche de surface en métal, par exemple en aluminium, auquel cas, si le métal est suffisamment mince, on peut le débiter à partir d'un rouleau, de manière semblable à l'alimentation des nappes 16 et 17 représentées dans le dessin. S'il est trop rigide pour tre manipulé de cette façon, on peut amener des feuilles découpées aux dimensions voulues jusqu'au poste de remplissage du moule, sur les fonds 22 des moules ou sur les fonds et sur les couvercles 31. La face de la couche métallique qui doit se trouver en contact avec la matière fibreuse couvrant la matière du noyau et tre collée à celle-ci, ou sur une couche posée sur le noyau, est traitée de manière appropriée pour favoriser l'accrochage, par exemple par sablage ou par attaque chimique et application d'une couche de résine époxydique.
Les feuilles métalliques peuvent tre pourvues d'un motif de surface par gaufrage ou autre méthode connue.
La fig. 9 illustre la fabrication d'un corps cylindrique creux tel qu'un tuyau, par enroulement d'une matière à noyau 101 qui a été recouverte d'une enveloppe de matière fibreuse imprégnable 102. On enferme ensuite le mandrin portant cet enroulement dans un moule non représenté, s'y adaptant étroitement et on fait entrer de la résine afin d'imprégner l'enveloppe de la matière décrite ci-dessus. Avant d'enrouler sur le mandrin la matière à noyau enveloppée, on peut couvrir la surface du mandrin d'une ou plusieurs couches de matière fibreuse imprégnable, et on peut appliquer encore une ou plusieurs couches de cette matière sur l'enroulement de matière à noyau enveloppée, avant d'enfermer l'assemblage dans le moule externe.
Pour mettre en oeuvre ce mode d'exécution, il est naturellement nécessaire de choisir une matière à noyau qui est suffisamment flexible pour tre enroulée de la manière décrite, ou qui peut tre rendue suffisamment flexible en la portant à une température convenable.
La fig. 10 illustre la fabrication d'un article plus grand en forme d'auge. L'article est fait dans une paire de moules complémentaires dont seul le moule femelle 150 est représenté au dessin. Ce moule peut tre fixe et consister principalement en béton, alors que le moule mâle peut tre en un matériau différent, par exemple en métal ou en résine armée de fibres, et amené en position ou retiré par levage au moyen d'un treuil convenable. L'article est montré au cours de l'assemblage de ses parties constituantes, celles-ci comprenant une couche externe de matière fibreuse imprégnable 151 sur laquelle sont posés un certain nombre de blocs de matière cellulaire de noyau 152, chacun étant enveloppé d'une matière fibreuse imprégnable, de façon que toute la surface exposée soit couverte. Les blocs sont ensuite couverts d'une couche interne de matière fibreuse imprégnable 153.
Les couches externe et interne sont de préférence composées d'au moins une épaisseur d'étoffe tissée ou feutrée en fibres acryliques, et -d'une ou plusieurs épaisseurs d'étoffe tissée ou feutrée en fibres de verre, les fibres acryliques se trouvant sur la surface exposée de l'article terminé. Les blocs 152 sont de préférence -composés de mousse de polyuréthane à cellules fermées, moulée dans la forme désirée, et sont enveloppés de plusieurs épaisseurs d'étoffe de fibres de verre tissée ou feutrée. L'enveloppe peut tre posée dans deux directions autour des blocs de manière à couvrir les quatre côtés ainsi que les deux faces principales.
Les blocs sont assemblés côte à côte, mais peuvent tre séparés par l'insertion d'épaisseurs supplémentaires de tissu ou feutre de fibres de verre, de manière à renforcer le réseau entrecroisé d'entretoises de raidissement, en forme de cadre, produit par l'imprégnation de la matière couvrant les bords contigus des blocs. Lorsqu'on désire répartir une charge locale dans l'article, on peut renforcer les entretoises en forme de cadre par insertion d'éléments de feuille métallique entre les blocs, et on peut insérer d'autres éléments de feuille métallique entre les blocs et les couches externe et/ou interne de matière fibreuse imprégnable 151 et 153. Quelques-uns de ces blocs peuvent avoir une matière à noyau différente, convenant spécialement aux conditions locales.
Par exemple, un bloc avec un noyau de bois permettrait la fixation de montages sur la surface de l'article au moyen de clous ou de vis à bois, ou on peut utiliser des blocs 164 en une matière tenace, par exemple en bois, dans des emplacements dans lesquels on désire découper ultérieurement des ouvertures 165 dans la paroi-de l'article. Lorsque tous les blocs 152 et 164 ont été placés en position et recouverts de la couche interne de matière imprégnable 153, on abaisse le moule mâle en place en interposant entre les faces en regard un joint d'étanchéité convenable. On fait en sorte que l'assemblage des moules comprime le remplissage seulement dans la faible mesure nécessaire à ce que les couches 151 et 153 et les blocs 152 épousent exactement la forme des moules.
Après avoir fermé le moule, on fait entrer la résine par un certain nombre d'ouvertures ménagées dans le fond du moule, et on laisse l'air s'échapper par un certain nombre d'ouvertures pratiquées dans le sommet du moule. Lorsque la résine sort par une ouverture de sortie quelconque, on ferme cette ouverture. Une fois que toutes les ouvertures de sortie ont été fermées de cette façon, l'article est entièrement imprégné et est prt pour le durcissement. Ce durcissement peut tre réalisé ou accéléré par circulation d'un agent de chauffage tel que de la vapeur ou de l'eau chaude dans des tuyaux (non représentés) noyés dans le moule. Lorsque le durcissement est terminé, le moule peut tre refroidi en faisant circuler de l'eau froide dans les tuyaux. Finalement, on ouvre le moule et on retire l'article moulé.
Bien que dans la description ci-dessus, les couches 151 et 153 et les blocs 152 soient assemblés dans le moule femelle 150, il est dans certains cas plus commode de les assembler sur le moule mâle, ou de poser certaines parties sur le moule femelle et d'autres parties sur le moule mâle, de sorte que ces parties ne se trouvent assemblées que lors de la fermeture du moule.
A titre d'exemple faisant ressortir la souplesse et la faculté d'adaptation du procédé selon l'invention, la fig. 1 1 illustre son application à une pièce de machine, par opposition aux pièces de construction illustrées aux fig. 9 et 10. La pièce de machine en question est une ailette pour un grand ventilateur à flux axial et comprend une pièce travaillante 160 en section de profil d'aile et une racine 161 de forme prismatique. Un élément de noyau de l'ailette peut tre moulé en une mousse, si l'ailette doit tre légère, ou peut tre en bois, si une ailette plus résistante est désirée. On enveloppe ensuite l'élément de noyau avec un certain nombre d'épaisseurs de matière fibreuse imprégnable, par exemple sous forme de ruban, des épaisseurs successives se croisant l'une l'autre comme indiqué par la couche sous-jacente 162 et la couche externe 163.
On enferme ensuite dans un moule la pièce de noyau enveloppée, on l'imprègne de résine et on la durcit de la manière décrite.
En remplacement des éléments de noyau multicellulaires, on peut utiliser des éléments de noyau qui sont tous sous forme d'un caisson creux définissant une cellule unique.
Les fig. 12 à 19 illustrent l'emploi dans un seul article d'éléments de noyau de plusieurs types, certains pouvant tre enlevés et d'autres pas. En général, lorsqu'une cellule à former dans l'article doit avoir la dimension du noyau, on confectionne le noyau en un matériau rigide non dispersable, si les configurations de l'article et du noyau sont telles que le noyau puisse tre retiré par une ouverture de la surface de l'article, ou on le confectionne en tout ou en partie en un matériau qui peut tre dispersé pour tre retiré par une petite ouverture, par fusion, par dissolution ou par désintégration.
D'autre part, un noyau formé d'un matériau cellulaire rigide, doué des propriétés convenant aux qualites requises pour l'article, peut rester dans ce dernier.
La possibilité d'emploi de l'une ou l'autre de ces
formes de noyau, seule ou en combinaison, dans un
seul article, confère une grande souplesse au procédé.
Le revtement de l'article terminé peut consister
uniquement en une feuille de matière imperméable,
collée par la résine à la matrice de matière fibreuse
imprégnée. Comme exemples de matières imperméa
bles, on peut mentionner les feuilles métalliques et les
feuilles de résine armée durcie, la résine et son arma
ture étant identiques ou différentes de la résine et de
l'armature utilisées dans le restant de l'article. D'autre
part, le revtement peut consister en une ou plusieurs feuilles de matière hautement perméable, par exemple une natte de fibres de verre, imprégnée de résine
de manière que la surface exposée du revtement soit
en résine. Le revtement peut encore consister en une ou plusieurs feuilles de matière légèrement perméable, par exemple de bois, imprégnée de résine mais présentant une surface exposée peu altérée par la résine.
Le revtement peut également consister en plusieurs feuilles de différentes matières, collées ensemble par la résine.
Lorsque la feuille de formation du revtement est imperméable au liant résineux sous forme liquide, et est de rigidité et de formes telles qu'elle rend superflu l'emploi d'un moule séparé pour supporter le paquet, on peut se dispenser de l'emploi d'un tel moule.
L'aile d'aéronef illustrée aux fig. 12, 13 et 14 est t du type à faible rapport épaisseur/profondeur et à bord d'attaque aigu, convenant pour le vol faux vitesses supersoniques. Le bord de fuite peut également tre aigu, comme représenté, bien que cela ne soit pas essentiel. L'aile, vue en plan, est rectangulaire, et comprend quatre cellules 210, 211, 212 et 213 dont la largeur se rétrécit entre la racine et une nervure 214 s'étendant sur toute la profondeur, entièrement en travers du profil d'aile, dans une position voisine du bout où le profil d'aile commence à diminuer d'épaisseur pour se terminer en un bord arrondi 215. Les parois verticales 216 à 220 des cellules constituent des longerons, dont le longeron moyen 218 se prolonge jusqu'à l'extrémité 215.
Dès le point de jonction des longerons externes 216 et 220 avec la nervure 214, des longerons 221 et 222 s'étendent en diagonale jusqu'aux coins des bouts d'aile de sorte que la région des bouts d'aile est divisée en quatre cellules 223 à 226. Les espaces compris entre les longerons extérieurs 216 et 220 et les bords de fuite et d'attaque 227 et 228 respectivement, sont divisés par des nervures 229 et 229a de manière à constituer dix-huit cellules numérotées 230 à 247, respectivement. Parmi les diverses cellules, les cellules de bouts d'aile 223 à 226 sont remplies d'une matière cellulaire de faible densité et les autres cellules sont de deux espèces, les cellules 210 à 213 étant ouvertes à la racine de l'aile et étant de forme telle qu'un noyau puisse en tre retiré, et les cellules 230 à 247 étant fermées.
Le revtement 248 de l'aile est formé d'un acier au chrome résistant à la chaleur, les ner vures 214, 221, 222, 229 et 229a en étoffe tissée en fibres de verre, collées avec une résine époxydique solidifiée, et les longerons 216 à 220 en une matière semblable collée à la résine, interfoliée avec des plaques de renfort en acier 249 à 253. Ces plaques peuvent tre pourvues de perforations.
Pour fabriquer l'aile, on procède comme suit:. on prépare tout d'abord un moule présentant une cavité de forme et de dimension correspondant à celle de l'aile. Comme représenté à la fig. 19, le moule peut tre en deux parties 254 et 255, construites toutes deux principalement en béton comprenant un ciment hydraulique et un agrégat minéral, et contenant des tuyaux noyés 256 par lesquels on peut faire passer de la vapeur ou de l'eau pour agir sur la température du moule. Comme on le verra, le moule est disposé de manière que l'un des bords de l'aile soit à un niveau inférieur et l'autre au niveau supérieur.
La partie supérieure 255 du moule peut tre élevée et abaissée à l'aide d'un treuil de levage convenable (non représenté) et repose sur une surface 257 de la partie inférieure, qui est rainurée pour recevoir un joint élastique 258 assurant une fermeture hermétique. Les deux parties peuvent tre serrées l'une sur l'autre si le poids de la partie supérieure ne suffit pas pour s'opposer à la pression développée dans le moule. Le moule est également muni d'un ou plusieurs passages d'entrée de résine 259, conduisant à une rainure distributrice 260 le long du bord inférieur de la cavité du moule, et d'un ou plusieurs passages de sortie d'air et de résine 261 se raccordant à une rainure collectrice 262 ménagée le long du bord supérieur de la cavité du moule.
On confectionne alors un élément de noyau pour chacune des cellules de l'aile. Les éléments de noyau
des cellules d'extrémité 223 à 226 sont de préférence
en une mousse solidifiée faite par exemple de résine
de polyuréthane ou de polystyrène avec une structure cellulaire complètement fermée, de manière à
tre imperméable à la résine époxydique liquide utilisée. Cependant, des matières cellulaires naturelles
ou synthétiques à structure cellulaire ouverte, par
exemple du bois de balsa ou de la mousse cellulosi
que solidifiée, peuvent tre utilisées, pour autant
que la surface entière de l'élément de noyau soit
traitée avec un composé bouche-pores, par exemple
une résine durcissable, pour produire une couche
superficielle qui est imperméable à la résine époxy
dique liquide, mais qui adhère à celle-ci.
Les éléments de noyau des cellules fermées 230
à 247 sont faites en une matière, par exemple une
cire ou un alliage à bas point de fusion, fondant à
une température convenablement supérieure à celle
du durcissement de la résine.
Les éléments de noyau des cellules ouvertes 210
à 213 peuvent aussi tre faits de la mme matière
fusible, mais comme il est possible de les retirer du
moulage durci, elles peuvent tre faites en une
matière non dispersable, pouvant tre ainsi utilisée plusieurs fois. Il est particulièrement avantageux de les faire en un métal qui n'est pas fusible aux températures en question et de les recouvrir d'une mince couche d'une matière fusible, de manière à pouvoir les retirer facilement lorsque la température a été portée jusqu'au point de fusion de la couche.
On couvre ensuite chacun des éléments de noyau de plusieurs épaisseurs d'étoffe tissée ou tricotée à partir d'un fil de fibres de verre. Les éléments de noyau extractables des cellules 210 à 213 sont recouvertes partout sauf aux extrémités par lesquelles ils seront ultérieurement retirés de leurs cellules. Cette couverture peut tre par exemple posée sous forme d'un enroulement approximativement hélicoïdal de matière analogue à un ruban, et est désignée par la référence 263 à la fig. 16. Les éléments de noyau de matière cellulaire pour les cellules de bout 223 à 226 et les éléments du noyau de matière fusible pour les cellules 230 à 247 sont couvertes partout de plusieurs épaisseurs d'étoffe de fibre de verre. En raison de la forme irrégulière de ces éléments de noyau, on applique commodément ces couvertures, représentées en 264 et 265, respectivement, aux fig.
15, 16 et 17, sous forme de bas tricotés qui s'étendent facilement en s'adaptant exactement à la forme des éléments de noyau. On peut cependant appliquer les couvertures en enveloppant les éléments de noyau dans un tissu découpé à la forme voulue, les joints d'une couche étant recouverts par la matière continue d'une couche adjacente, et les joints étant de préférence effilochés sur leurs bords pour que des fibres se recouvrent. On effectue tout ce travail sur l'étoffe à l'état sec et en l'absence de résine liante.
Un avantage important de la méthode réside dans le fait qu'elle ne demande aucune opération manuelle sur la matière imprégnée de résine. Les couvertures peuvent tre temporairement fixées en place par des bandes adhésives, des bandes élastiques, etc.
On assemble ensuite le revtement métallique 248, les plaques de renfort métalliques 249 à 253, toutes à l'état chimiquement propre, et les éléments de noyau recouverts, dans les positions relatives voulues pour follner un paquet ou empilage. On interpose de préférence des couches supérieures et inférieures 266 et 267 d'étoffe de fibre de verre entre les éléments de noyau et le revtement métallique et on remplit de matière en fibre de verre les petits espaces éventuels, comme par exemple 268 et 269
aux bouts et aux bords d'attaque et de fuite de l'aile. La matière en fibres de verre vient donc en contact du revtement 248 et de chaque élément de noyau, séparant les éléments de noyau l'un de l'autre et formant une armure fibreuse pour une matrice continue unissant les éléments de noyau et le revtement.
On peut procéder à l'assemblage du paquet dans la partie de moule 254 ou ailleurs, auquel cas on transfère le paquet terminé dans la partie de moule 254 et on l'enferme en plaçant la partie supérieure 255 du moule en position. On chauffe alors le moule en faisant passer de l'eau chaude ou de la vapeur par les tuyaux 256 et on sèche l'empilage en soufflant de l'air séché à travers ce dernier à l'aide des tuyaux 259 et 261. Après un laps de temps convenable on interrompt l'arrivée d'air et on fait entrer un mélange de résine époxydique liquide durcissable par le tuyau d'entrée 259, sous une pression ne dépassant pas celle qui provoquerait l'effondrement de la matière de noyau cellulaire.
Le mélange de résine deviez plus fluide en entrant dans le moule chaud et s'élève à travers la matière de fibres de verre dans l'empilage, en déplaçant tout l'air de ses interstices, jusqu'à ce qu'elle ait complètement imprégné la matière et commence à sortir par le tuyau de sortie 261. On interrompt alors le flux de mélange de résine et on élève la température du moule jusqu'à une valeur convenant à la solidification du mélange de résine, après quoi la formation de la matrice est achevée.
On retire ensuite le moulage du moule et on perce deux trous 270 (fig. 17) traversant le revtement, dans chacun des éléments de noyau fusibles, pour permettre à la matière du noyau de s'écouler lorsque la température du moulage est portée jusqu'au point de fusion de la matière du noyau. Si des éléments de noyau solides recouverts de matière fusible ont été utilisés pour les cellules 210 à 213, ces éléments de noyau peuvent tre retirés en mme temps. Par contre, si ces éléments de noyau sont entièrement en matière infusible, il peut tre désirable de refroidir le moulage avant d'extraire ces pièces.
Dans certains cas, des éléments de noyau extractables peuvent tre composés de deux ou plusieurs parties pour faciliter leur extraction, et ils sont naturellement enduits d'un agent anticollant avant d'tre incorporés dans l'empilage, afin que la résine n'adhère pas fortement sur ces derniers.
Comme représenté à la fig. 18, le bord d'attaque de l'aile peut tre complété par une bande métallique 271 présentant une languette 272 pénétrant dans une rainure usinée dans le remplissage lié par la résine, compris entre les parties supérieure et inférieure du revtement 248. La bande peut tre fixée en place au moyen d'un adhésif à la résine époxydique ou par d'autres moyens tels que des rivets.
Une bande analogue peut tre posée sur le bord de fuite.
La méthode décrite est applicable à la fabrication de nombreux autres articles, par exemple des panneaux plats ou courbes, des portes et structures en forme de coquilles, par exemple fuselages d'avions et carrosseries ou superstructures d'autres véhicules, embarcations ou navires.
Bien que dans l'article décrit ci-dessus, le revtement soit en acier, d'autres métaux peuvent tre utilisés, par exemple des alliages d'aluminium ou de titane. Les résines époxydiques ont été mentionnées dans l'exemple décrit comme étant le type couramment disponible convenant le mieux à cette forme, mais il est entendu que d'autres résines pouvant tre préparées sous une forme liquide suffisamment fluide peuvent tre utilisées dans des articles pour lesquels leurs propriétés conviennent.
Method of preparing articles having a cellular structure
The present invention relates to a process for preparing articles having a cellular structure. By article having a cellular structure is meant an article containing several cells or a bypassed passage exhibiting the character of a plurality of cells. The cells are completely closed, or have only one or more small openings, for example on an edge of the article.
The method according to the invention in which several cores of similar material are assembled in one form, by arranging fibers around the cores and between them, is characterized in that one then introduces into the form, from the bottom, a curable fluid liquid resin, with respect to which the cores and the -form are impermeable, in an amount sufficient to penetrate substantially into all the interstices between the fibers, the form having at least one opening at its top, and in that the resin is solidified so as to form a matrix of fibers bound by the resin, having a cellular interior. The fibers used are not glued together beforehand.
The opening of the form allows the air or another fluid contained in the interstices between the fibers to be moved, either towards the atmosphere or by application of suction.
The nuclei can remain in place in the finished article and themselves contain one or more cells. On the other hand, they can be removed from the matrix after the resin has set, so that a cell or passage remains at the place where each nucleus was located.
In addition to the aforementioned cores, there may be one or more cores formed from other material.
An arrangement of several cores of similar material can be produced by winding several adjacent turns of a strip of material intended to form the cores.
The description below, by way of example and with reference to the appended drawing, illustrates several embodiments of the method according to the invention. In this drawing,
fig. 1 schematically represents an installation for the spinning or extrusion of the core material, its enveloping in a fibrous material, its piling up in stacks or bundles, and the loading of the stacks or bundles of cores into molds ready for the impregnation operation ;
fig. 2 is a cross section of one of the filled molds leaving the installation of FIG. 1, and to which have been added cover and bottom plates;
fig. 3 shows a variant of the operation of covering the core material and forming the bundles;
fig. 4 is a longitudinal section of a core composed of a strip of infusible material coated with a layer of fusible material;
fig. 5 is a cross section of the core of FIG. 4, taken by line 5-5;
fig. 6 is a cross section of a loaded mold, illustrating the manufacturing operations of a curved panel, in the particular case a hemispherical radar dome;
fig. 7 is an open side view of a completed hemispherical radar dome, showing an arrangement of the core material;
fig. 8 is a similar view, showing another arrangement of the core material;
fig. 9 shows part of an assembly for manufacturing a hollow cylindrical article;
fig. 10 shows, in partially broken away view to show the internal structure, a mold and an assembly of covered cores, intended for the manufacture of a trough-shaped article;
fig. 11 illustrates the manufacture of a fan fin;
fig. 12 is a plan view of an aircraft wing;
fig. 13 is a section taken in the direction of the span of the wing of FIG. 12, taken along line 13-13 of fig. 12;
fig. 14 is a cross-section along the depth of the wing of FIG. 12, taken along line 14-14 of FIG. 12;
fig. 15 is an enlargement of the part of FIG. 13 surrounded by the dotted rectangle 15, and showing more constructive details;
figs. 16 and 17 are similar enlargements of the parts of FIG. 14 surrounded by dotted rectangles 16 and 17
fig. 18 illustrates the addition of the leading and trailing edge pieces to the wing, and
fig. 19 shows a type of mold for the manufacture of the wing.
Figs. 1 to 8 relate to embodiments of the process in which core elements are removed from the die by melting some or all of the core material at a temperature below a value capable of to deteriorate the resin, but higher than the temperature necessary for the resin to set. The articles shown in Figs. 1 to 8 are all in the form of panels comprising coatings held apart by cores, the cells being between the cores.
In short, the operations illustrated in fig. 1-8 include assembling a bundle or stack in which strips of core material lie side by side. The tapes have at least one outer layer impermeable to the resinous binder used and fusible at a temperature which will not deteriorate the resin used. Each strip is covered with a layer of impregnable fibrous material and the package then has substantially the dimensions of the desired panel.
We enclose the package inside a mold which fits tightly to it, we introduce the resin in the state of a fluid liquid into the mold, we let it impregnate the fibrous material in the mold, we let When the resin sets, the fusible material of the core is melted and flowed through at least one opening of each cell.
In addition to the web-like, fiber-covered core material, the bundle may also include a separate layer for forming a coating or reinforcement on one or both major surfaces of the bundle.
Each of these separate coating or reinforcing layers is preferably composed, at least with respect to a portion of its surface in contact with the fiber-covered core material, of impregnable material. When this coating forming layer is structurally
composite, the part of its surface opposite to the core material covered with fibers, may be of a non-impregnable material, for example of a hard resin, partially or completely polymerized, or of a rubbery elastic substance which is such as to promote Adhesion of the sizing resin, or which is otherwise bonded to an impregnable surface portion facing the fiber-covered core material.
In the manufacture of panels whose cores and facings define one or more curved, passage-shaped cells, it is preferable to use a strip-core material, entirely composed of a fusible substance which is easily plastically deformable in a material. temperature range below its melting point. In this embodiment, the core material covered with fibers is plastically deformed to give it the desired cellular shape, then the package is assembled.
A preferred core material for the embodiment described above can be obtained by spinning through an orifice of suitable shape of a wax of the type which bends without splitting at a temperature of about 200 ° C. and melts into a fluid liquid. at a temperature of about 500C.
In the manufacture of panels comprising straight or nearly straight cells, the core material may comprise an internal portion of non-fusible substance, eg metal, covered with a layer of fusible substance, eg wax. The fabrication of the panel includes heating the resin-impregnated package, after the resin has set, to a temperature sufficient to melt or soften the fusible portion of the core material, removing the non-fusible portion of the core material , then the evacuation by fusion of the fusible substance possibly remaining in the cells.
Depending on the ratio of its cross section to its length, and depending on the residual viscosity of the molten core material, the cell requires an opening at one or both ends for the extraction of the core material. When the cell is open at both ends, air or other compressed fluid can be introduced through one end to activate the evacuation of the core material, and the last traces of core material can be removed by means of. a solvent.
The installation shown in fig. 1 comprises a spinning cylinder 1, allowing the spinning, through a die of suitable shape and size, of a wax mixture which, while being sufficiently plastically deformable at a temperature of about 200C to allow the shaping of it. as described herein, liquefies into a fluid liquid at a temperature which does not deteriorate the resin used in the panel. For resins which are not particularly resistant to high temperatures, for example polyester resins, the temperature limit should be around 1500C. On the other hand, for resins with better heat resistance, for example phenol-formaldehyde resins, this limit can reach 1800C and in some cases 2000C.
A wax blend which has been found to be satisfactory for use with polyester resins is sold by Whitehead Chemical Co. (Waxes) Limited under the trademark Jectowax 438. This wax has a melting point of approximately 1350C and can easily be spun at temperatures between 200C and 400C.
The wax is preferably spun at a temperature of about 200C, but when it is desired to spin at a higher temperature, the spun core material 2 can be passed which, in the example shown in FIG. 1 is of rectangular cross section, through a condenser 3 in which circulates water or other refrigerant, between an inlet 4 and an outlet 5, so as to reduce the temperature of the wax to about 200C. The core material 2 can then be wound up on a storage drum with a view to subsequent use or, as shown in FIG. 1, it can immediately be covered with a helical wrapping of fibrous material in tape 6, of woven or felt structure.
The means for laying this envelope are shown schematically by a reel 7 containing a reserve of tape, which rotates in an orbit 8 surrounding the core material. If desired, several of these reels, or equivalent means for supplying the tape, can be arranged so as to lay the desired thickness of tape on the core material without excessive overlap of adjacent turns.
The wrapped core material can then
be wound on a warehouse drum in sight
for subsequent use, or as shown in FIG. 1, it can be immediately cut into
9 segments of equal length by means of a saw
circular 10 which is periodically advanced by
so as to cut the core material. All in
cutting the core material, the saw moves
also axially at the feed rate of, the
core material. When a length of material at
wrapped core is cut, it is moved
side by a plate 1 1 actuated at the time
desired by cams 12 and 13, thus forming a
package or stack 14 in which the segments of
kernel are arranged side by side.
Package 14 is
assembled on a carrier represented by
15 rollers which, when the package is finished, the
advance as shown in 1 4a so
to pass it between the two layers 16 and 17 of
material drawn from rollers 18 and 19 by means of
feed rollers 20 and 21. The webs 16 and
17, or one of them, can be composed of
woven or felted fibrous material which is impregnable
by the resin applied subsequently, in which case
they constitute an additional reinforcement of the coating layer, or they can be composed of a non-impregnable material to which the resin adheres, in which case they constitute the formation layers of the coating proper.
When it is desired that an exposed surface of the coating be formed of a material to which the resin does not adhere sufficiently, this coating material can be glued beforehand using an appropriate means to an under-layer of impregnable material, the latter being arranged in such a way as to be in contact with the material covering the cores, so that during the impregnation operation the coating layer binds tightly to the material covering the cores. Although only two sheets 16 and 17 are shown in FIG. 1, this number can be increased on one, or on both sides of the panel. It is also possible to remove the ply (s) on one or both sides, although in this case the strength and the surface quality of the panels are inferior.
The fibers are preferably glass, in the form of a fabric. For the external coverings an eight plank satin of about 300 g / m2 is suitable, and for the coating of core parts a canvas of about 100 g / m2 is suitable. The fabric can be obtained from the manufacturers with a primer which marries the resin.
The package emerging from between the feed rollers 20 and 21 slides directly on the bottom 22 of a mold 23. The mold comprises a side part 24 rigidly fixed to the bottom 22 and another side part 25, articulated at the bottom at 26. so as to be able to be folded upwards when the package 14 has taken its final position on the bottom 22. On their upper edges, the side pieces 24 and 25 comprise tongues 27 and 28 which can penetrate into grooves 29 and 30 of a cover 31.
The bottom and the side parts of the molds, integral with each other, are placed in position in succession behind the feed rollers 20 and 21 by means of a conveyor represented by rollers 32, while the covers 31 are brought to the time desired by an upper conveyor represented by rails 33 and 34, and are positioned so as to receive the tongues 27 and 28 when the articulated side piece 25 has been turned upwards. Each package is thus closely surrounded on four sides by a mold 23.
The conveyor rollers 15 then transport the closed mold to a location 23a, where a knife, not shown, is moved between this mold and the next mold, in order to cut the webs 16 and 17 which still join the molds together. Well
that for the clarity of the drawing the molds are shown clearly separated, the gap is preferably just sufficient to allow the passage of the
knife between them. The filled mold is then transported to the impregnation plant, where it
is placed upright on a closing piece 35 of
the lower end (see fig. 2), while a part
top end closure 36 is placed on
the top.
The two closure pieces include a connector 37 making it possible to connect a distributing or collecting groove 38 to a resin inlet pipe 39 and to an air and resin outlet pipe 40. Preferably, the closure pieces 35 and 36 of the upper and lower ends are firmly clamped on the mold 23 in order to allow the use of a suitable pressure during the impregnation operation, and possibly also during the curing of the mold. resin when a thermosetting resin is used which produces volatile materials which must be maintained in the liquid state until the end of hardening.
it is unnecessary to provide further details,
except that the resin enters through the inlet pipe 39 until it has displaced all the air contained in the interstices of the material in the mold, and exits through the pipe output 40 and gains a measuring device which, when the resin which reaches it is free of air bubbles, or when a predetermined quantity has reached it, interrupts the arrival of the resin and causes the passage of the mold to the stage following curing. This stage may consist simply of a period of rest in the case of a cold setting resin, or, if it is necessary to heat, the mold may be passed through a heating chamber, or it may be heated from another. way, for example by electrical means incorporated in the mold.
This heating should not raise the temperature of the pack to a level at which the fusible material constituting the cores would melt sufficiently to flow out of its location.
The impregnation and setting are preferably carried out at ordinary temperature, ie between 18 and 250C.
The article is then heated to about 800C and this heating serves simultaneously to melt and pour the wax and to additionally harden the resin.
The latter preferably has a viscosity of between 1 and 10 poises at the impregnation temperature. If the cores are thick, let's say thicker than a centimeter, the viscosity can reach 20 poises. A mixture of cold-hardening polyester resin can be employed in the presence of a methyl ethyl ketone peroxide catalyst and a cobalt naphthenate accelerator. Epoxy resins can also be used.
When the hardening phase is completed, the inoule is opened and the panel removed. After erecting the ends to remove the resin film possibly covering the ends of the cores, the panel is heated to a temperature sufficient to melt the material of the core so that it can flow, leaving the panel virtually completed, with a series of elongated hollow cells in the thickness of the panel.
It is shown in fig. 3 a variant in which, instead of helically winding a blanket of fibrous material on the core material, a number of drums 50 of uncovered core material 2 are arranged, so as to bring the core material 2 of above and below in corrugations of square section produced in a web 51 of fibrous material by means of a pair of complementary guides, one of which is shown at 52. Three sides of each core element are thus covered, and it remains to bring the upper and lower layers 53 and 54 onto the assembly by means of the feed rollers 55 and 56 in order to complete the covering of the core elements and to form a package which can be introduced into the molds 23 in the manner described. with reference to fig. 1.
However, the knife passing between the adjacent filled molds not only cuts the webs 53 and 54, but also cuts the core elements 2. Another small difference compared to the installation of fig. 1 lies in the fact that the webs 53 and 54 are a little wider than the assembly of the core elements, and that the supply rollers 55 and 56 have flanges 57 and 58 intended to return the excess material against the outer edge of the assembly and thus provide additional strength at this point. It is also possible to lay additional layers on the upper face or on the lower face of the assembly, and it is also possible to use a layer with several layers for the corrugations, instead of the single layer 51.
Instead of feeding a continuous strip of core material into the corrugations, sets of core elements, pre-cut to the desired length, can be fed through conveyors arranged below and above, and simultaneously placed in the cores. corrugations of the web 51. When this is done, it is sometimes more practical to employ core elements of the kind shown in FIGS. 4 and 5, and comprising a non-fusible central part 60, for example made of metal or plastic, and an outer coating 61 of fusible wax.
If the central part is made of metal or other material with high heat capacity, the wax coating can easily be applied by a simple quenching operation. The use of magnetic material for at least a portion of the core provides a simple means of holding, transporting and installing the core elements. If it is desired to form cells closed at one end, the central part 60 can be provided at one or both ends with a threaded cavity 62, into which an extractor can be screwed, and it is advantageous to provide a longitudinal perforation. 63 by which air can enter the cell during the extraction of the nucleus, the extractor having a perforation connecting to the perforation 63.
The wax coating 61 seals the ends of the perforation so that resin cannot enter it during impregnation.
The installation shown in fig. 3 can be further modified by removing the corrugated sheet 51, and by replacing the drums 50 of material with an uncovered core by drums containing material with a core on which a helical winding of fibrous material has been placed, as illustrated. in fig. 1.
The core material covered in this way can also be used for making panels with bypassed cells with passages, the contours coming either from a simple curvature or composed of the main surfaces of the panel or from a curved arrangement of the core elements between flat coatings. Fig. 6 shows a section of a filled mold, intended for the manufacture of a panel with compound curvature, namely a hemispherical radar dome. The mold consists of an outer part 70 and an inner part 71.
To manufacture the dome, one or more layers 72, for forming the coating, of fibrous material and preferably of fabric or knitted glass fiber yarns are placed in the outer part 70 of the mold, then the core material is laid. 73 covered with fibers, the internal part 71 of the mold is covered with one or more layers 74 for forming the internal coating, in fibrous material, the internal part 71 of the mold is placed, then the fibrous material is impregnated with a liquid resin fluid entering through an inlet pipe 75 in the bottom of the outer part of the mold.
The resin which is made to penetrate is preferably contained in a pressure vessel which is first of all connected to a vacuum pump to extract the air possibly mixed with the resin, then is connected to a source of air under pressure to force the resin into the mold through the pipe 75. When the fibrous material has been completely impregnated, so that the resin emerges over the entire circumference of the joint between the two parts of the mold, the arrival of the resin is interrupted and the resin is cured in the mold by heating or by standing, depending on the properties of the resin used. Once the resin has sufficiently set, the dome is removed from the mold, and a hole is drilled through the inner liner, at each end of each of the lengths of core material.
By raising the temperature of the dome to the melting point of the core material, and placing the dome in suitable positions, the core material can be caused to flow in and out, leaving the cell structure empty. Thanks to this method of manufacture, the coatings and the cores defining the cell structure are intimately bonded together, and the resulting article is much more resistant and less susceptible to deterioration by separation of the coatings from the cores, than it is This is the case when separate pieces of fibrous material are separately impregnated prior to assembly, relying on pressure curing to ensure their mutual adhesion.
The outer coating-forming layers 72 and 74 can be impregnated with a very slow-setting resin mixture before placing them on the mold. This resin bonds the layers to the surface of the mold during assembly. During the impregnation of the remainder of the fibers, some or all of the slow-setting resin can be displaced. Resin can be fed into the mold until sufficient mixing has occurred with the slow setting resin to ensure uniform set.
The resin leaving the mold can be deaerated and put back into circulation.
The core material can be arranged in various ways depending on requirements. Fig. 7 shows an arrangement having a number of core elements 76 in the form of segments, lying side by side. As all the ends of the core elements are placed at the edge of the radar dome, the holes 77 for removing the core material are also located on the edge of the panel.
When the dome is in use, these holes can be used for the circulation of a heating fluid in the cells to prevent icing of the outer surface.
Fig. 8 shows another arrangement, in which the internal structure is obtained by winding a single length of helical core material. In this case, a hole 78 must be made in the center of the dome, and another hole 79 at the edge. The use of compressed air facilitates the ejection of the molten core material. By winding the helix with a core material which is folded over on itself in the center of the dome, the two ends of the core can be placed on the edge of the dome. In these arrangements, the core material may, during assembly of the package, have its cross section deformed, at the same time as it is bent.
It is also possible to make completely cylindrical shells, which are also encompassed by the expression panel as used in the present description, by using a single or multiple core wound in a helix so as to form contiguous turns, or if desired one can use straight core elements arranged parallel to the axis of the cylinders.
It is possible to use methods very similar to those illustrated in FIGS. 1 and 2 to make an article in which the multicellular core elements remain in the finished article.
The core material can be of natural origin, for example cork, balsa wood or other wood, or it can be a manufactured product, for example a solidified foam, which can be made from polyurethane resins. or polystyrene or from a cellulosic material. The core elements should be impermeable enough that the resin does not fill the cells, but the resin can penetrate into the outer layer of the core elements, which may have the advantage of strengthening the attachment of the core elements in the cell. 'article. On the other hand, the removable core elements must be impermeable to their surfaces.
Likewise, if the enclosure is a mold from which the article is subsequently removed, it must have an impermeable surface, but if the enclosure becomes part of the finished article, the resin may penetrate it somewhat, but must of course not flee.
Preferably, in order to manufacture multicellular core elements, a core material is chosen.
with a completely closed cell structure, which is impermeable to resin. Cork is an example of a natural cellular material exhibiting this property, but many construction timbers are sufficiently resistant to penetration by liquid resins to be suitable for this purpose without prior surface treatment, as long as the pressure used to inject the resin. not too high. In addition, the pressure must not be so high as to cause the collapse of the cellular material.
constituting the nucleus. Among the manufactured core materials mentioned above, polyurethane and polystyrene foams can be produced.
with a suitable closed cell structure.
When it is desired to use a core material which is insufficiently resistant to impregnation, for example balsa wood or cellulose foams, the core elements, preformed according to the shape suitable for the article to be manufactured, must be treated on their entire surfaces. with a porous filler, for example, a curable resin, to produce a surface layer which is impregnating to the impregnating resin but which adheres thereto.
It is necessary to obtain articles of high strength, rigidity and durability that the fiber reinforced resinous material coatings strongly adhere to the solid cellular material core members.
The average density of the articles largely depends on the density of the cellular material of the core, which can vary between about 1 g / cm3 for woods
hard to build, and about 0.1 g / cm3 for solidified foams. The choice of core material is naturally determined by the strength, weight, thermal or sound insulation properties required for the finished article. It is also possible to vary the material of the core in different parts of an article, e composed of woven or felted fibrous material which is impregnable by the resin applied subsequently, and constitutes an additional weave of the coating layer, or a layer of coating of resistance to climatic influences greater than that of the covering rolled up on the material of the core.
It is of course possible to apply more than one ply on each side or on both sides of the package, and there, where the internal plies can be formed from a high resistance fiber, for example of glass, while the outermost ply is formed of a material resistant to climatic influences, such as a synthetic organic fiber, or of a material giving the panel a desired surface coloring, texture or patterns. It is also possible to remove the web (s) on one or both sides of the bundle, although in this case the strength and finish of the panel surfaces is not that good.
A surface layer of metal, for example aluminum can be used, in which case, if the metal is thin enough, it can be fed from a roll, similarly to the feed of webs 16 and 17 shown in the drawing. If it is too rigid to be handled in this way, sheets cut to the desired dimensions can be brought to the mold filling station, on the bases 22 of the molds or on the bases and on the lids 31. The face of the mold the metal layer which must be in contact with the fibrous material covering the material of the core and be bonded to the latter, or to a layer placed on the core, is treated in an appropriate manner to promote adhesion, for example by sandblasting or by chemical attack and application of a layer of epoxy resin.
The metal sheets can be provided with a surface pattern by embossing or another known method.
Fig. 9 illustrates the manufacture of a hollow cylindrical body such as a pipe, by winding a core material 101 which has been covered with an envelope of impregnable fibrous material 102. The mandrel carrying this winding is then enclosed in a mold. not shown, conforming to it closely and resin is introduced in order to impregnate the casing with the material described above. Prior to winding the wrapped core material onto the mandrel, the surface of the mandrel can be covered with one or more layers of impregnable fibrous material, and one or more layers of this material can be further applied to the material winding. wrapped core, before enclosing the assembly in the outer mold.
To implement this embodiment, it is naturally necessary to choose a core material which is sufficiently flexible to be wound up in the manner described, or which can be made sufficiently flexible by bringing it to a suitable temperature.
Fig. 10 illustrates the manufacture of a larger trough-shaped article. The article is made in a pair of complementary molds of which only the female mold 150 is shown in the drawing. This mold may be fixed and consist mainly of concrete, while the male mold may be of a different material, for example of metal or of resin reinforced with fibers, and brought into position or removed by lifting by means of a suitable winch. The article is shown in the course of assembly of its component parts, these comprising an outer layer of impregnable fibrous material 151 on which are laid a number of blocks of cellular core material 152, each encased in a impregnable fibrous material, so that the entire exposed surface is covered. The blocks are then covered with an inner layer of impregnable fibrous material 153.
The outer and inner layers are preferably composed of at least one ply of woven or felted fabric of acrylic fibers, and one or more plies of woven or felted fabric of glass fibers, the acrylic fibers being on the exposed surface of the finished article. Blocks 152 are preferably composed of closed cell polyurethane foam, molded into the desired shape, and are wrapped in several plies of woven or felted glass fiber fabric. The envelope can be placed in two directions around the blocks so as to cover the four sides as well as the two main faces.
The blocks are assembled side by side, but can be separated by inserting additional layers of fabric or felt of glass fibers, so as to reinforce the crisscross network of stiffening struts, in the form of a frame, produced by the impregnation of the material covering the contiguous edges of the blocks. When it is desired to distribute a local load in the article, the frame-shaped spacers can be reinforced by inserting metal foil elements between the blocks, and other metal foil elements can be inserted between the blocks and the blocks. outer and / or inner layers of impregnable fibrous material 151 and 153. Some of these blocks may have a different core material, especially suitable for local conditions.
For example, a block with a wood core would allow fixtures to be attached to the surface of the article by means of nails or wood screws, or blocks 164 of a tough material, for example wood, could be used in locations in which it is desired to subsequently cut openings 165 in the wall of the article. When all the blocks 152 and 164 have been placed in position and covered with the internal layer of impregnable material 153, the male mold is lowered into place by interposing between the facing faces a suitable seal. The mold assembly is made to compress the filling only to the small extent necessary for the layers 151 and 153 and the blocks 152 to exactly match the shape of the molds.
After closing the mold, the resin is introduced through a number of openings in the bottom of the mold, and air is allowed to escape through a number of openings in the top of the mold. When the resin leaves through any outlet opening, this opening is closed. Once all exit openings have been closed in this fashion, the article is fully impregnated and is ready for curing. This hardening can be carried out or accelerated by circulating a heating agent such as steam or hot water in pipes (not shown) embedded in the mold. When the hardening is complete, the mold can be cooled by circulating cold water in the pipes. Finally, the mold is opened and the molded article is removed.
Although in the description above, the layers 151 and 153 and the blocks 152 are assembled in the female mold 150, it is in some cases more convenient to assemble them on the male mold, or to lay certain parts on the female mold. and other parts on the male mold, so that these parts are not assembled until the mold is closed.
By way of example showing the flexibility and adaptability of the method according to the invention, FIG. January 1 illustrates its application to a machine part, as opposed to the construction parts illustrated in FIGS. 9 and 10. The machine part in question is a fin for a large axial flow fan and comprises a working part 160 in wing profile section and a root 161 of prismatic shape. A core element of the fin can be molded into a foam, if the fin is to be light, or can be made of wood, if a more resistant fin is desired. The core element is then wrapped with a number of plies of impregnable fibrous material, for example in tape form, successive plies crossing each other as indicated by the underlying layer 162 and the layer. external 163.
The wrapped core piece is then sealed in a mold, resin impregnated and cured in the manner described.
As a replacement for the multicellular core elements, one can use core elements which are all in the form of a hollow box defining a single cell.
Figs. 12 to 19 illustrate the use in a single article of core elements of several types, some of which can be removed and others not. In general, when a cell to be formed in the article must have the dimension of the nucleus, the nucleus is made of a rigid non-dispersible material, if the configurations of the article and of the nucleus are such that the nucleus can be removed by an opening in the surface of the article, or it is made in whole or in part from a material which can be dispersed in order to be removed through a small opening, by fusion, by dissolution or by disintegration.
On the other hand, a core formed of a rigid cellular material, endowed with the properties suitable for the qualities required for the article, can remain in the latter.
The possibility of employing either of these
core shapes, singly or in combination, in a
single article, gives great flexibility to the process.
The coating of the finished article may consist of
only in a sheet of impermeable material,
bonded by the resin to the matrix of fibrous material
impregnated. As examples of waterproof materials
we can mention metal foils and
sheets of hardened army resin, the resin and its arma
ture being the same or different from the resin and
the reinforcement used in the remainder of the article. Else
on the other hand, the coating may consist of one or more sheets of highly permeable material, for example a mat of glass fibers, impregnated with resin
so that the exposed surface of the coating is
in resin. The coating may also consist of one or more sheets of slightly permeable material, for example wood, impregnated with resin but having an exposed surface which is little altered by the resin.
The coating can also consist of several sheets of different materials, bonded together by the resin.
When the coating forming sheet is impermeable to the resinous binder in liquid form, and is of such rigidity and shape as to render unnecessary the use of a separate mold to support the package, the use can be dispensed with. of such a mold.
The aircraft wing illustrated in FIGS. 12, 13 and 14 are of the low thickness / depth ratio and sharp leading edge type suitable for false supersonic flight. The trailing edge can also be acute, as shown, although this is not essential. The wing, plan view, is rectangular, and comprises four cells 210, 211, 212 and 213 whose width tapers between the root and a rib 214 extending to the full depth, entirely across the wing profile , in a position close to the end where the wing profile begins to decrease in thickness to end in a rounded edge 215. The vertical walls 216 to 220 of the cells constitute spars, of which the middle spar 218 extends to the end 215.
From the junction point of the outer spars 216 and 220 with the rib 214, spars 221 and 222 extend diagonally to the corners of the wing tips so that the wing tip region is divided into four cells 223 to 226. The spaces between the outer side members 216 and 220 and the trailing and leading edges 227 and 228 respectively, are divided by ribs 229 and 229a so as to constitute eighteen cells numbered 230 to 247, respectively. . Among the various cells, the wing tip cells 223-226 are filled with low density cellular material and the other cells are of two species, cells 210-213 being open at the wing root and being of shape such that a nucleus can be removed therefrom, and the cells 230 to 247 being closed.
Wing cover 248 is made of heat resistant chrome steel, ribs 214, 221, 222, 229 and 229a of woven glass fiber fabric, bonded with solidified epoxy resin, and spars 216 to 220 in a similar material bonded to the resin, interleaved with reinforcing steel plates 249 to 253. These plates can be provided with perforations.
To make the wing, we proceed as follows :. a mold is first prepared having a cavity of shape and size corresponding to that of the wing. As shown in fig. 19, the mold can be in two parts 254 and 255, both constructed mainly of concrete comprising a hydraulic cement and a mineral aggregate, and containing embedded pipes 256 through which steam or water can be passed to act on the temperature of the mold. As will be seen, the mold is arranged so that one of the edges of the wing is at a lower level and the other at the upper level.
The upper part 255 of the mold can be raised and lowered using a suitable hoisting winch (not shown) and rests on a surface 257 of the lower part, which is grooved to receive an elastic seal 258 ensuring a hermetic closure. . The two parts can be clamped one on the other if the weight of the upper part is not sufficient to oppose the pressure developed in the mold. The mold is also provided with one or more resin inlet passages 259, leading to a distributor groove 260 along the lower edge of the mold cavity, and one or more air and resin outlet passages. 261 connecting to a collector groove 262 formed along the upper edge of the mold cavity.
A core element is then made for each of the wing cells. Core elements
end cells 223 to 226 are preferably
in a solidified foam made for example of resin
of polyurethane or polystyrene with a completely closed cell structure, so as to
be impermeable to the liquid epoxy resin used. However, natural cellular materials
or synthetic with an open cell structure, for example
example of balsa wood or cellulosi foam
solidified, can be used, provided
that the entire surface of the core element is
treated with a filler, for example
a hardenable resin, to produce a layer
superficial which is impermeable to epoxy resin
dique liquid, but which adheres to it.
The nucleus elements of closed cells 230
to 247 are made of a material, for example a
wax or low-melting alloy, melting at
a temperature suitably higher than that
curing of the resin.
The nucleus elements of open cells 210
to 213 can also be made of the same material
fuse, but since they can be removed from the
molding, they can be made in one
non-dispersible material, which can thus be used several times. It is particularly advantageous to make them of a metal which is not fusible at the temperatures in question and to cover them with a thin layer of a fusible material, so that they can be easily removed when the temperature has been raised to. at the melting point of the layer.
Each of the core elements is then covered with several plies of fabric woven or knitted from a fiberglass yarn. The extractable core elements of cells 210-213 are coated everywhere except at the ends where they will subsequently be removed from their cells. This covering may for example be placed in the form of an approximately helical winding of material similar to a ribbon, and is designated by the reference 263 in FIG. 16. The core elements of cellular material for end cells 223 to 226 and the core elements of fusible material for cells 230 to 247 are covered throughout with several layers of fiberglass fabric. Due to the irregular shape of these core members, these covers, shown at 264 and 265, respectively, are applied in Figs.
15, 16 and 17, in the form of knitted stockings which stretch easily by conforming exactly to the shape of the core elements. The covers can, however, be applied by wrapping the core elements in a fabric cut to the desired shape, the joints of one layer being covered by the continuous material of an adjacent layer, and the joints preferably being frayed at their edges to that fibers overlap. All this work is carried out on the fabric in the dry state and in the absence of binder resin.
An important advantage of the method lies in the fact that it does not require any manual operation on the material impregnated with resin. The covers can be temporarily fixed in place by adhesive tapes, elastic bands, etc.
The metal liner 248, the metal backing plates 249 to 253, all chemically clean, and the coated core elements are then assembled in the relative positions desired to follower a bundle or stack. Preferably, upper and lower layers 266 and 267 of fiberglass fabric are interposed between the core elements and the metallic coating and any small spaces, such as 268 and 269, are filled with fiberglass material.
at the tips and leading and trailing edges of the wing. The glass fiber material therefore comes into contact with the coating 248 and each core element, separating the core elements from each other and forming a fibrous weave for a continuous matrix uniting the core elements and the coating.
The package can be assembled in mold portion 254 or elsewhere, in which case the completed package is transferred to mold portion 254 and enclosed by placing upper mold portion 255 in position. The mold is then heated by passing hot water or steam through pipes 256 and the stack is dried by blowing dried air through the latter using pipes 259 and 261. After a A suitable period of time is interrupted the air supply and a mixture of curable liquid epoxy resin is introduced through the inlet pipe 259, under a pressure not exceeding that which would cause the collapse of the cell core material.
The resin mixture becomes more fluid as it enters the hot mold and rises through the fiberglass material in the stack, displacing all the air from its interstices, until it has completely permeated. material and begins to exit through outlet pipe 261. The flow of resin mixture is then stopped and the temperature of the mold is raised to a value suitable for solidification of the resin mixture, after which the formation of the die. is completed.
The molding is then removed from the mold and two holes 270 (Fig. 17) are drilled through the liner, in each of the fusible core elements, to allow the core material to flow when the temperature of the molding is raised to. at the melting point of the core material. If solid core elements covered with fusible material have been used for cells 210 to 213, these core elements can be removed at the same time. On the other hand, if these core elements are entirely of infusible material, it may be desirable to cool the molding before extracting these parts.
In certain cases, extractable core elements can be composed of two or more parts to facilitate their extraction, and they are naturally coated with an anti-sticking agent before being incorporated into the stack, so that the resin does not adhere. heavily on these.
As shown in fig. 18, the leading edge of the wing can be completed by a metal strip 271 having a tongue 272 penetrating into a groove machined in the filling bound by the resin, between the upper and lower parts of the coating 248. The strip can be fixed in place by means of an epoxy resin adhesive or by other means such as rivets.
A similar strip can be placed on the trailing edge.
The described method is applicable to the manufacture of many other articles, for example flat or curved panels, doors and shell-shaped structures, for example aircraft fuselages and bodies or superstructures of other vehicles, boats or ships.
Although in the article described above, the coating is made of steel, other metals can be used, for example aluminum or titanium alloys. The epoxy resins were mentioned in the example described as being the type currently available which is best suited to this form, but it is understood that other resins which can be prepared in a sufficiently fluid liquid form can be used in articles for which their properties are suitable.