CH710405A1 - Procédé de fabrication de pièces en matière composite. - Google Patents
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- C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
- C08J2333/04—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters
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- C08J2333/10—Homopolymers or copolymers of methacrylic acid esters
- C08J2333/12—Homopolymers or copolymers of methyl methacrylate
Abstract
Un procédé de fabrication de pièces en matière composite thermoplastique renforcé de fibres comprend une étape d’élaboration (100–200) d’un prépreg en positionnant au moins une plaque de thermoplastique dans un gabarit, lesdites plaques de thermoplastique étant pressées avec une ou plusieurs couches de tissus comportant des fibres longues tissées de renforcement, à une pression comprise entre 0,5–3 MPa, dans une presse chauffante ou tout autre moyen adéquat, et à une température comprise entre 300 et 610 Kelvin de manière à noyer les fibres de renforcement dans la matière thermoplastique. La mise en forme (300) du prépreg se fait dans un moule adapté, fabriqué dans une matière résistant à la température de traitement comprise entre 300 et 600 Kelvin, ledit moule étant au moins partiellement recouvert d’une couche antiadhésive dont la surface est configurée selon l’état de surface désiré de la pièce finale (400) à ladite température de traitement sous pression de 0,1 à 1,5 MPa.
Description
[0001] Le but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication pour produire des composants en matière composite répondants aux demandes du marché du luxe.
[0002] Moins lourds que l’acier et très résistants, les matériaux composites ont d’abord été utilisés pour leurs performances, indépendamment de leur coût élevé. Matériaux fortement utilisés dans l’aéronautique, les composites se sont au fil des années déclinés dans des secteurs très variés. L’accent a été mis sur la diminution du temps de production qu’il était très difficile de généraliser tant les procédés de fabrication des composites sont variés car il y en a presque autant que de matériaux.
[0003] D’autres contraintes sont apparues en fonction du domaine d’application et c’est notamment le cas de l’industrie du luxe qui, en plus d’obtenir des pièces très résistantes, requiert une esthétique de très grande qualité.
[0004] De nombreux documents brevets décrivent des procédés utilisant des composites pour des applications très variées.
[0005] EP 2 143 354 B1 décrit un procédé de fabrication d’un talon haut pour une chaussure, le procédé étant caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes consistant à façonner et/ou traiter un mélange de résine thermoplastique et de morceaux de fibres de carbone dans un moule pour obtenir un cœur interne de talon. Une seconde étape consiste à envelopper ledit cœur interne en utilisant au moins une couche de matériau comprenant la fibre de carbone.
[0006] WO 2010 048 101 décrit des systèmes et des procédés de fabrication de préimprégnés qui possèdent une capacité améliorée pour l’élimination des gaz dans des préimprégnés et des couches de préimprégnés avant et/ou pendant au moins une partie du procédé de consolidation et de durcissement pour former des structures composites. Dans certains modes de réalisation, des perforations de configurations choisies peuvent être introduites dans les préimprégnés avant, pendant ou après la formation de couches. Les perforations offrent des voies de sortie pour les gaz emprisonnés dans et entre les préimprégnés et les couches de préimprégnés perforés pendant le procédé de consolidation et de durcissement, réduisant la porosité résiduelle dans le composite résultant. Par exemple, des composites dont les porosités résiduelles constituent moins de 10% en volume, basé sur le volume du composite, peuvent être obtenus de cette façon.
[0007] La production d’un composant en composite ne peut pas être faite comme un composant en métal. Les caractéristiques d’un composant en composite (matrice + fibre) dépendra du design du produit (matière utilisée, nombre de plis, tissage, type et dimension des fibres, etc.) mais aussi du processus de mise en œuvre (temps, température, pression, déformation, contraintes, etc.) Les composites contiennent souvent des défauts inhérents aux processus utilisés (porosités, déplacement de fibres, contraintes résiduelles locales, variation de dimensions, etc.) Ces imperfections locales sont la plupart du temps éliminatoires pour un objet de haute qualité esthétique.
[0008] La présente invention a pour but de produire des composants en matière composite répondants aux demandes du marché du luxe comme par exemple l’horlogerie ou les accessoires. Les composites utilisés pour le marché du luxe doivent être non seulement décoratifs mais leurs performances techniques (rigidité, souplesse, solidité, résistance à l’usure, etc.) doivent permettre l’emploi dans des conditions sévères et dans un environnement défavorable.
[0009] Conformément à l’invention, le procédé de fabrication de pièces en matière composite thermoplastique renforcé de fibres comprend les étapes suivantes:
Fourniture d’au moins une feuille en matière plastique thermoplastique;
Elaboration d’un prépreg en positionnant au moins une feuille de thermoplastique dans un gabarit, lesdites feuilles de thermoplastique étant pressées avec une ou plusieurs couches de tissus comportant des fibres longues tissées de renforcement, à une pression comprise entre 0,5–3 MPa, dans une presse chauffante ou tout autre moyen adéquat, et à une température comprise entre 300 et 610 Kelvin de manière à noyer les fibres de renforcement dans la matière thermoplastique;
Optionnellement, découpage du prépreg à la forme et aux dimensions nécessaires pour la fabrication de la pièce à produire; et
Mise en forme du prépreg dans un moule adapté, fabriqué dans une matière résistant à la température de traitement comprise entre 300 et 600 Kelvin, ledit moule étant au moins partiellement recouvert d’une couche antiadhésive dont la surface est configurée selon l’état de surface désiré de la pièce finale, à ladite température de traitement comprise entre 300 et 600 Kelvin sous pression de 0,1 à 1,5 MPa.
[0010] Dans une forme d’exécution, lesdits tissus comportant des fibres longues tissées sont colorés ou comportent des mises en couleur additives. Dans une variante, ces tissus peuvent être sans coloration.
[0011] Dans une forme d’exécution, les feuilles ou lesdites feuilles sont des plaques de thermoplastiques mises en épaisseur dans un gabarit au moyen d’une presse chauffante ou tout autre moyen adéquat à une température comprise entre 300 et 570 Kelvin et une pression comprise entre 0,2 à 4 MPa. Les plaques de thermoplastique sont notamment en PMMA, PEN, PET, PC, PES, ABS, PP ou PPE.
[0012] Dans une variante, un tissu formé de fils de thermoplastique peut être utilisé pour l’élaboration du prépreg. Le tissu comportant des fibres de renfort est notamment à base de fibre de carbone, fibre de verre, fibre d’aramide, fibre métallique ou fibre naturelle.
[0013] Le prépreg est optionnellement découpé à la forme et aux dimensions nécessaires pour la fabrication de la pièce à produire, dans la mesure où le prépreg n’a pas les bonnes dimensions.
[0014] Le moule pour la mise en forme du prépreg est réalisé dans une matière résistant à la température de traitement comme notamment le laiton, le cuivre, l’acier ou l’aluminium.
[0015] Optionnellement, un témoin anti-contrefaçon permettant d’identifier que le produit fini est issu du procédé est inclus dans la matière lors de l’opération de fabrication du prépreg et / ou lors l’opération de mise en forme finale.
[0016] Dans une forme d’exécution, lors de la mise en forme du prépreg, des éléments pré usinés peuvent être inclus dans le moule de manière à être surmoulés avec le prépreg dans le moule.
[0017] De préférence, lors de la formation du prépreg, la température suit une rampe contrôlée en démarrant à une température ambiante puis après la durée de traitement à la température maximale, revient à température ambiante selon une rampe contrôlée, la température maximale étant atteinte aux alentours des deux tiers du temps de cycle total et maintenue jusqu’à 90% du temps de cycle.
[0018] De préférence, lors de la formation du prépreg, la pression augmente par un ou plusieurs paliers pour atteindre sa valeur maximale aux alentours des deux tiers du temps de cycle total.
[0019] Les caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture d’une description de plusieurs formes d’exécution données uniquement à titre d’exemples, nullement limitatives en se référant aux figures schématiques, dans lesquelles:
<tb>La fig. 1<SEP>représente un diagramme des étapes du procédé de fabrication de pièces en matière composite;
<tb>la fig. 2<SEP>représente les étapes de la chaîne de production du procédé;
<tb>la fig. 3<SEP>représente des courbes de pression et de température en fonction du temps lors de la fabrication de pièces en composite;
<tb>la fig. 4<SEP>représente des courbes illustrant l’influence du temps et de la température sur la porosité; et
<tb>la fig. 5<SEP>représente des courbes illustrant l’influence de la pression et de la température sur la porosité.
[0020] Dans l’exemple illustré à la fig. 1 , le procédé de fabrication de pièces en matière composite thermoplastique renforcé de fibres comprend les étapes suivantes:
Fourniture d’une ou plusieurs plaques en matière plastique thermoplastique (étape 100);
Elaboration d’un prépreg en positionnant au moins une plaque de thermoplastique dans un gabarit, lesdites plaques de thermoplastique étant pressées avec une ou plusieurs couches de tissus comportant des fibres longues tissées de renforcement, à une pression comprise entre 0,5–3 MPa, dans une presse chauffante ou tout autre moyen adéquat, et à une température comprise entre 300 et 610 Kelvin de manière à noyer les fibres de renforcement dans la matière thermoplastique (étape 200);
Optionnellement, découpage du prépreg à la forme et aux dimensions nécessaires pour la fabrication de la pièce à produire; et
Mise en forme du prépreg dans un moule adapté, fabriqué dans une matière résistant à la température de traitement comprise entre 300 et 600 Kelvin, ledit moule étant au moins partiellement recouvert d’une couche antiadhésive dont la surface est configurée selon l’état de surface désiré de la pièce finale, à ladite température de traitement comprise entre 300 et 600 Kelvin sous pression de 0,1 à 1,5 MPa (étape 300).
[0021] Les plaques de thermoplastique, comme par exemple le PMMA ou le PET, sont mises en épaisseur dans un gabarit au moyen d’une presse chauffante ou tout autre moyen adéquat. La température et la pression sont adaptées à la matière, par exemple température de 480 °K pour du PMMA à une pression utile de 0,5 à 1,5 MPa. Ces paramètres permettent d’avoir un état de la matière dans le domaine visqueux et obtenir une feuille de l’épaisseur exacte désirée. Ces paramètres sont ajustés pour façonner une feuille ayant les caractéristiques optiques voulues pour la pièce finale. Par exemple, le chauffage se fait avec une rampe de 1 à 5 degrés par minute suivant la matière avec une mise sous pression à partir de 250–300 °K. Le refroidissement est accéléré jusqu’au retour à une température inférieure à 300 °K tout en maintenant la pression. Le cycle est très approchant de celui illustré à la fig. 3 .
[0022] Les plaques peuvent être soit fabriquées selon le procédé précédemment décrit soit être fournies par un autre moyen.
[0023] Les plaques ainsi obtenues sont reprises dans un nouveau gabarit et pressées dans une presse chauffante ou tout autre moyen adéquat avec une ou plusieurs couches de tissus comportant les fibres longues tissées selon le dessin désiré. Ces tissus peuvent être avec ou sans coloration, ou comporter des mises en couleur additives.
[0024] Dans une autre exécution, en lieu et place de plaques, il est aussi utilisé un tissu formé de fils de thermoplastique. Ce tissu peut se présenter sous la même forme que le tissu de fibres utilisé par la suite, sous un tissage différent, ou être directement mélangé avec le tissu de fibres de renforcement (comélé). Lors de l’utilisation de ces alternatives, la température du processus, ainsi que la pression, doivent être adaptés à la matière et à la forme utilisée pour assurer une bonne liaison et une bonne imprégnation du prépreg. Le tissu de base définit les caractéristiques du prépreg obtenu (multicouche renfort-matrice, intégration renfort-matrice en monocouche, etc.)
[0025] La figure 2 représente les étapes de la chaîne de production du procédé.
[0026] Le procédé selon la présente invention permet d’élaborer un prépreg monocouche ou multicouches et les paramètres liant les conditions de mise en œuvre et les caractéristiques recherchées en fonction des matières utilisées pour obtenir les pièces finales. Cette opération se déroule, par exemple pour du PMMA, à une température comprise entre 320 et 610 Kelvin. Cette élévation de température permet de travailler ainsi dans une zone où la matière est plus fluide. La pression est d’environ 1 MPa et est adaptée à la composition exacte du prépreg. La matière thermoplastique fluant entre les fibres permet d’obtenir une plaque de prépreg comportant des fibres longues. Ces fibres peuvent être de diverses natures comme par exemple en carbone, verre, aramide, lin, chanvre, etc. et sont parfaitement noyées dans une matrice de thermoplastique. L’effet optique peut être modulé et le résultat peut varier de mat à brillant en fonction du choix de la matière de base du thermoplastique. La température et la pression, lors de la fabrication du prépreg, sont déterminées d’une part par le type de tissus comportant les fibres longues, en fonction du type de tissage, de l’épaisseur, et de l’effet désiré et d’autre part par les caractéristiques chimiques, mécaniques ou thermiques du thermoplastique. Comme illustré à la figure 3 , le cycle démarre à température ambiante, monte à la température désirée selon une rampe contrôlée et adaptée selon les matières mises en œuvre, puis, après la durée de traitement à la température maximale, revient à température ambiante selon une rampe contrôlée.
[0027] Lors de cette opération de fabrication du prépreg, un témoin anti-contrefaçon peut être inclus dans la matière. Ce témoin permet de vérifier que le produit fini est bien issu de ce processus et n’est pas une imitation de celui-ci faite dans d’autres matières.
[0028] Optionnellement, le prépreg est ensuite découpé à la dimension nécessaire pour la fabrication de la pièce à produire. La découpe peut se faire par des moyens mécaniques, comme par exemple un outil de découpe, une opération de fraisage ou d’étampage. La découpe peut être faite par des moyens sans outil comme un laser, ou un jet d’eau à haute pression.
[0029] La mise en forme du prépreg se fait dans un moule adapté, fabriqué dans une matière résistant à la température de traitement, comme par exemple l’aluminium, ce moule étant au moins partiellement recouvert d’une couche antiadhésive et les surfaces étant traitées en fonction de l’état de surface désiré sur la pièce finale.
[0030] Optionnellement, des éléments pré usinés peuvent être intégrés dans le moule de manière à être surmoulés.
[0031] Un design de structure peut être intégré dans le moule par modification de l’état de surface sur les pièces du moule en contact avec le composite.
[0032] La température lors de ce traitement est d’environ 460 à 560 °K, suivant le prépreg employé, à une pression variant de 0,1 à 1,5 MPa. La pression est ajustée lors du cycle de chauffe en fonction de la forme exacte de la pièce et des tolérances souhaitées pour obtenir la qualité de surface désirée en final. Pour cette étape de mise en forme, la pression dans le moule est constante ou peut varier suivant les matières composant le prépreg. Le cycle exact de la température et de la pression en fonction du temps est contrôlé lors du process et est spécifique à chaque mélange ou type de matière.
[0033] La mise en forme est faite par déformation et durcissement d’un prépreg par procédé thermique, de type thermoformage.
[0034] Le cycle de refroidissement est également contrôlé précisément en fonction de la qualité désirée en sortie de traitement.
[0035] Lors de cette opération de mise en forme finale, un témoin anti-contrefaçon, supplémentaire ou complémentaire au précédent, peut être inclus dans la matière. Ce témoin peut aussi remplacer celui mis en œuvre dans le prépreg. Ce témoin permet de vérifier que le produit fini est bien issu de ce processus et n’est pas une imitation de celui-ci faite dans d’autres matières.
[0036] Par le contrôle des paramètres de mise en œuvre, la qualité optique (brillance, transparence, opacité,...) de l’objet peut être modifiée.
[0037] Le processus mis en œuvre selon la présente invention permet de produire des pièces répondant à de hauts critères esthétiques (planéité, état de surface, finesse, structure, design, etc.) et répondant au cahier des charges défini pour le produit final.
[0038] La mise en couleur du produit peut être faite par laquage ou vernissage du tissus de fibres, par laquage ou vernissage du prépreg ou en utilisant un thermoplastique coloré dans la masse. La coloration est faite dans la plaque lors du premier façonnage, en traitement intermédiaire lors de la fabrication du prépreg ou en traitement intermédiaire lors de la mise en forme finale.
[0039] Les paramètres de la mise en couleur sont ajustés selon la matière de base, la matière et la forme des fibres, l’effet désiré ou le design.
[0040] Le processus selon la présente invention permet de produire des pièces de très haute qualité requise notamment dans le secteur du luxe.
[0041] Ces pièces de très haute qualité en matière composite peuvent être utilisées par exemple dans l’horlogerie, ou pour des d’instruments d’écriture, des briquets, des accessoires comme des porte-clefs, des clefs usb, des boucles de maroquinerie, ou des boutons de manchettes.
[0042] Ces pièces en matière composite d’une haute qualité optique et esthétique peuvent avoir un aspect décoratif comme par exemple un tissé plain, un tissé sergé, un tissé satin ou un autre tissage, voire être tressées, ou avoir une déposition libre.
[0043] Toutes les formes de pièces peuvent être réalisées par le procédé décrit selon la présente invention comme des pièces planes, volumiques, convexes, concaves, rondes, cubiques, gauches.
Claims (12)
1. Procédé de fabrication de pièces en matière composite thermoplastique renforcé de fibres, le procédé comprenant les étapes suivantes:
– Fourniture d’au moins une feuille en matière plastique thermoplastique;
– Elaboration d’un prépreg en positionnant au moins une feuille de thermoplastique dans un gabarit, lesdites feuilles de thermoplastique étant pressées avec une ou plusieurs couches de tissus comportant des fibres longues tissées de renforcement, à une pression comprise entre 0,5–3 MPa, et à une température comprise entre 300 et 610 Kelvin de manière à noyer les fibres de renforcement dans la matière thermoplastique;
– Optionnellement, découpage du prépreg à la forme et aux dimensions nécessaires pour la fabrication de la pièce à produire; et
– Mise en forme du prépreg dans un moule adapté, fabriqué dans une matière résistant à la température de traitement comprise entre 300 et 600 Kelvin, ledit moule étant au moins partiellement recouvert d’une couche antiadhésive dont la surface est configurée selon l’état de surface désiré de la pièce finale, à ladite température de traitement comprise entre 300 et 600 Kelvin sous pression de 0,1 à 1,5 MPa.
2. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon la revendication 1, dans lequel lesdits tissus comportant des fibres longues tissées sont colorés.
3. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel les feuilles ou lesdites feuilles de thermoplastique sont des plaques thermoplastiques mises en épaisseur dans un gabarit à une température comprise entre 300 et 570 Kelvin et une pression comprise entre 0,2 à 4 MPa.
4. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la feuille ou ladite feuille de thermoplastique est formée d’un tissu formé de fils de thermoplastique ou d’un tissu formé de fils thermoplastiques comélangés avec des fils de renforcement.
5. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le prépreg est découpé à la forme et aux dimensions nécessaires pour la fabrication de la pièce à produire.
6. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le moule pour la mise en forme du prépreg est réalisé dans une matière résistant à la température de traitement comme notamment le laiton, le cuivre, l’acier ou l’aluminium.
7. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un témoin anti-contrefaçon permettant d’identifier que le produit fini est issu du procédé est inclus dans la matière lors de l’opération de fabrication du prépreg et / ou lors de l’opération de mise en forme finale.
8. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lors de la mise en forme du prépreg des éléments pré-usinés sont inclus dans le moule de manière à être surmoulés avec le prépreg dans le moule.
9. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lors de la formation du prépreg, la température suit une rampe contrôlée en démarrant à une température ambiante puis après la durée de traitement à la température maximale, revient à température ambiante selon une rampe contrôlée, la température maximale étant atteinte aux alentours des deux tiers du temps de cycle total et maintenue jusqu’à 90% du temps de cycle.
10. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lors de la formation du prépreg, la pression augmente par un ou plusieurs paliers pour atteindre sa valeur maximale aux alentours des deux tiers du temps de cycle total.
11. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon l’une des revendications précédentes dans lequel la porosité résiduelle est réduite à moins de 5% par ajustement des paramètres temps et température, pression et température, ou temps pression et température.
12. Procédé de fabrication de pièces en matière composite selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les plaques de thermoplastique sont notamment en PMMA, PEN, PET, PC, PES, ABS, PP ou PPE et le tissu comportant des fibres de renfort est à base de fibre de carbone, fibre de verre, fibre d’aramide, fibre métallique ou fibre naturelle.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CH01811/14A CH710405A1 (fr) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Procédé de fabrication de pièces en matière composite. |
Applications Claiming Priority (1)
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| CH01811/14A CH710405A1 (fr) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Procédé de fabrication de pièces en matière composite. |
Publications (1)
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| CH710405A1 true CH710405A1 (fr) | 2016-05-31 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CH01811/14A CH710405A1 (fr) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Procédé de fabrication de pièces en matière composite. |
Country Status (1)
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| CH (1) | CH710405A1 (fr) |
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