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.