EP2262635A2 - Procédé de fabrication d'un produit composite multi axial plan et produit obtenu par ce procédé - Google Patents

Procédé de fabrication d'un produit composite multi axial plan et produit obtenu par ce procédé

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Publication number
EP2262635A2
EP2262635A2 EP09723074A EP09723074A EP2262635A2 EP 2262635 A2 EP2262635 A2 EP 2262635A2 EP 09723074 A EP09723074 A EP 09723074A EP 09723074 A EP09723074 A EP 09723074A EP 2262635 A2 EP2262635 A2 EP 2262635A2
Authority
EP
European Patent Office
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layer
layers
mattress
longitudinal direction
angle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09723074A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gilles Duqueine
Jérôme Aubry
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Airbus SAS
Original Assignee
Airbus SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus SAS filed Critical Airbus SAS
Publication of EP2262635A2 publication Critical patent/EP2262635A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/20—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
    • B29C70/202—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres arranged in parallel planes or structures of fibres crossing at substantial angles, e.g. cross-moulding compound [XMC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
    • Y10T156/1052—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with cutting, punching, tearing or severing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/12—Surface bonding means and/or assembly means with cutting, punching, piercing, severing or tearing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24058—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including grain, strips, or filamentary elements in respective layers or components in angular relation
    • Y10T428/24074—Strand or strand-portions
    • Y10T428/24116—Oblique to direction of web

Definitions

  • the present invention relates to a semifinished composite product and method for making this semi finished composite product.
  • composite part or by composite material is meant a part or a material composed of a reinforcement generally of woven or non-woven fibers and a material (thermosetting or thermoplastic resin) which ensures the cohesion of the structure and the transmission of the forces towards the reinforcement.
  • a material thermosetting or thermoplastic resin
  • the method of implementing prepregs consists in positioning a set of webs composed of unidirectional fibers or woven webs.
  • unidirectional webs or fabrics are stacked and are polymerized under pressure.
  • the part can be indifferently unidirectional sheets pre-impregnated or woven fabrics pre-impregnated.
  • a pre-impregnated fabric usually a 2/2 twill which can deform within certain limits.
  • a draping of unidirectional layers can be envisaged; it is then necessary to have successively several layers of large amount of juxtaposed tablecloths of small width.
  • This method is however not fully adapted to the production of complex parts since the base element is a flat sheet so unlikely to fit shapes of complex geometry.
  • the manufacturing cycle times of this type of parts can be relatively long. This process is therefore poorly suited to the manufacture of parts at an industrial rate.
  • the RTM (Resin Transfer Molding) process is a pressure molding process in which a dry fiber preform (glass, carbon, aramid) is placed in a mold and then a resin, optionally combined with filler pigments, is injected into the mold. mold. Once the resin has polymerized, the mold can be opened and the workpiece can be removed. This process has the advantage of producing parts that have two finished faces.
  • This method provides for dry draping reinforcing folds of a mold and, after sealing with a sealed film, the resin is transferred into the reinforcing plies between a distribution network and one or more suction points.
  • an object of the invention is to provide a process for producing composite semi-finished products that can be used in the manufacture of structural parts having complex geometries.
  • the invention relates to a method of manufacturing a planar multi axial composite product, which comprises in particular the steps of:
  • a first layer comprising layers juxtaposed with unidirectional reinforcing fibers pre-impregnated with resin, the plies of the first layer having a first angle with respect to the longitudinal direction of the mattress, drape on the first layer, at least one second layer comprising unidirectional layers of juxtaposed resin pre-impregnated reinforcing fibers, the plies of the second layer having a second angle with respect to the longitudinal direction of the mattress, (b) exert a compacting on at least two layers,
  • the invention thus proposes to manufacture a composite product according to a process that can be largely automated; an essential point of the semi-finished product obtained by the process according to the invention is its capacity of deformability which results from its multi-layer structure inside which sliding between and inside the layers are possible. This capacity can be implemented for the production of complex shaped parts, for example having evolutionary curves and / or curves with double curvature. It is pointed out that the composite product according to the invention can be manufactured in an automated manner at a first place to then be transported to a second location possibly remote from the first to be implemented in a process in which the composite product is deformed.
  • the step (a) of forming the mattress comprises the step of:
  • a third layer comprising unidirectional layers of juxtaposed resin pre-impregnated reinforcing fibers, said layers having a third angle with respect to the longitudinal direction of the mattress.
  • the semi finished product obtained is thus a tri-layer product.
  • the implementation of the method according to the invention provides that the draping of the first layer is carried out with an angular orientation of between 10 ° and 90 ° with respect to the longitudinal direction of the mattress.
  • the draping of the second layer is performed with an angular orientation equal to 90 ° with respect to the longitudinal direction of the mattress.
  • the draping of the third layer is carried out with an angular orientation of between -10 ° and -90 ° with respect to the longitudinal direction of the mattress.
  • the method can provide the steps of draping an even number of layers disposed on either side of a central plane separating the mattress in two, the two layers of the same rank with respect to said plane being oriented at opposite angles.
  • opposite angles are meant angles whose absolute values are identical but whose orientations are opposite to the longitudinal direction of the mattress.
  • a layer having an orientation of + 30 ° and a layer having an orientation of -30 ° in the sense of the present document means that the first layer forms an angle of + 30 ° with respect to the longitudinal direction of the mattress and that the second layer forms an angle of -30 ° or + 150 ° with respect to the longitudinal direction of the mattress.
  • the method comprises the steps of draping an even number of layers distributed on either side of a central layer oriented at 90 ° with respect to the longitudinal direction of the mattress, the two layers of a same rank relative to the central layer being oriented at opposite angles.
  • pre-impregnated unidirectional reinforcing fiber layers are draped over a support which moves continuously in the longitudinal direction of the mattress.
  • the method can provide for the formation of a mattress whose width is of the order of 2000 mm.
  • the invention relates to a device which comprises in particular a conveyor having a continuously moving bearing surface and at least two sheet supply equipment oriented relative to the conveyor respectively at the first angle and the second angle. .
  • the device comprises a third third-angle-fed web supply equipment.
  • the device has means for cutting the mattress into a multi-layer product.
  • the invention relates to a multi-axial semi-finished composite product obtained by the method described above. comprising at least two superposed layers of preimpregnated unidirectional reinforcing fibers oriented respectively at angles of between 10 ° and 90 °.
  • the product according to the invention is therefore devoid of plies oriented at 0 ° that is to say is devoid of plies oriented in its longitudinal direction. This provision is important for the ability of the product to deform because it is thus possible to deform to make him marry a left shape using the ability to slip between them sheets and unidirectional fibers and exerting deformation preferably in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the product.
  • the multi-axial multi-finished composite product according to the invention is devoid of fibers arranged in its longitudinal direction which could oppose its harmonious deformation when it is used in the manufacture of a complex part, in particular curvilinear or with double curves. . Thus after deformation, the fiber content remains large and homogeneous in all parts of the product.
  • the multi-axial semi-finished composite product comprises an even number of layers disposed on either side of a plane separating the layers in two, the two layers of the same rank with respect to said plane being oriented according to opposite angles.
  • the multi-axial semi-finished composite product comprises an even number of layers distributed on either side of a central layer oriented at 90 ° with respect to the longitudinal direction of the product, the two layers of the same rank relative to the central layer being oriented at opposite angles.
  • the semi-finished composite product comprises a superposition of:
  • a first layer comprising unidirectional layers of juxtaposed pre-impregnated reinforcing fiber fibers, said layers having a first angle with respect to the longitudinal direction of the product,
  • a second layer comprising unidirectional layers of juxtaposed resin pre-impregnated reinforcing fibers, said layers having a second angle with respect to the longitudinal direction of the product,
  • a third layer comprising unidirectional layers of juxtaposed pre-impregnated resin reinforcement fibers, said layers having a third angle with respect to the longitudinal direction of the mattress.
  • the first layer is oriented at an angle of between 10 ° and 90 ° with respect to the longitudinal direction of the product, that the second layer is oriented at an angle equal to 90 ° to the direction longitudinally of the product, that the third layer is oriented at an angle opposite the angle of the first layer between -10 ° and -90 ° with respect to the longitudinal direction of the product.
  • the unidirectional fibers that come into the composition of the product according to the invention are pre-impregnated carbon fibers in a thermosetting or thermoplastic resin, which allows the semi-finished product after a subsequent phase to be used as a piece of structure especially in aeronautical applications.
  • Figure 1 is a schematic view showing an embodiment of the method
  • Figure 2 is a plan view of the composite product during manufacture
  • Figure 3 is a schematic view showing a second embodiment of the method.
  • Figure 1 shows schematically a device for implementing the method according to the invention.
  • This device comprises, therefore, a belt conveyor 2 and three equipment 3, 4, 5 for unrolling webs 7, 8, 9 of unidirectional fibers reinforcement prepreg.
  • This equipment 3, 4, 5 allowing the unfolding of the plies 7, 8, 9 of unidirectional reinforcing fibers are oriented precisely with respect to the conveyor 2.
  • these unwinding equipment 3, 4, 5 are in number of three and are respectively oriented by + 30 °, 90 °, and -30 ° with respect to the direction of movement of the conveyor 2.
  • the equipment 3, 4, 5 unwinding may be reels or other systems for delivering a band.
  • the equipment 3, 4, 5 unwinding can include servo electric motors for the unwinding of a given length of webs.
  • a first layer 10 of unidirectional layers of reinforcement fibers pre-impregnated with resin is deposited on the conveyor 2.
  • this first layer 10 is oriented at an angle of 30 °. relative to the direction of travel of the conveyor.
  • the direction of movement of the conveyor will constitute the longitudinal direction of a mattress 13 which will be obtained by stacking successive layers of unidirectional layers of preimpregnated reinforcing fibers.
  • plies of the first layer 10 are juxtaposed at an angle of 30 ° relative to the direction of movement of the conveyor 2.
  • Each ply 7, 8, 9 of pre-impregnated unidirectional reinforcing fibers is cut to the width of the conveyor which will form the width of the mattress 13 obtained by the method according to the invention.
  • webs 8 of unidirectional reinforcing fibers are juxtaposed to form the second layer 11 of the mattress. These plies 8 are cut to the width of the conveyor.
  • a third station unidirectional plies of preimpregnated reinforcing fibers which is located downstream of the previous station, is oriented at an angle of -30 ° relative to the direction of movement of the conveyor.
  • a third layer 12 of plies 9 of preimpregnated unidirectional fibers is formed by juxtaposition of unidirectional layers of fibers.
  • a compacting step of the mattress formed of the three layers thus defined is provided downstream of the unwinding stations.
  • This compaction step may be performed by passing the mat between two rolls with possibly heating thereof.
  • the compaction step can also be performed by evacuating the table with optionally a passage in an oven at a temperature between 20 0 C and 70 0 C.
  • the mattress 13 formed of these three layers is then, according to the invention, cut into products 1 units of width may be equal to 150 millimeters and length may be equal to the length of the table that is to say up to at 10 m.
  • the elements thus formed are thus three-layer elements incorporating triaxially oriented fibers.
  • This composite planar multi axial element can then be used and be deformed into left-handed shapes to be implemented in elements of U, Z, C, omega reinforcement type which, moreover, have a non-rectilinear curve.
  • FIG. 3 illustrates this implementation of the invention in which two layers of layers are superimposed; in the example illustrated, the pre-impregnated unidirectional fiber plies of the first layer form an angle of 30 ° with the longitudinal direction of the product while the unidirectional fiber plies pre-impregnated with the second layer form an angle of -30 ° with the longitudinal direction of the product.
  • the invention can be implemented with a number of layers equal to 2, 4, 6, 8 etc. arranged on each side of a central layer oriented at 90 ° with respect to the longitudinal direction of the mat thus formed (in the case of a mat comprising an odd number of layers) or arranged on either side of a plane of symmetry (in the case of a mattress comprising an even number of layers without a central layer), knowing that inside a pair of layers of the same rank with respect to the central layer or with respect to the plane of symmetry, the layers of these layers are oriented at opposite angles. It is also conceivable that one or more layers other than the central layer is itself oriented 90 ° with respect to the longitudinal direction of the product.

Landscapes

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Abstract

Ce procédé de fabrication d'un produit composite multi axial plan, comprend notamment les étapes consistant à : (a) former un matelas (13) ayant une direction longitudinale et une direction transversale, multi couches comprenant au moins les étapes consistant à : draper sur une surface support de fabrication, une première couche comprenant des nappes juxtaposées de fibres unidirectionnelles de renfort pré imprégnées de résine, les nappes de la première couche présentant un premier angle par rapport à la direction longitudinale du matelas; draper sur la première couche(10), au moins une deuxième couche (11, 12) comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les nappes de la deuxième couche présentant un deuxième angle par rapport à la direction longitudinale du matelas; (b) exercer un compactage sur les couches au nombre de au moins deux; (c) découper le matelas (13) en au moins un produit composite multi axial plan ayant des propriétés de déformabilité de manière homogène notamment en double courbure permettant de fabriquer des pièces de forme complexe.

Description

Procédé de fabrication d'un produit composite multi axial plan et produit obtenu par ce procédé
La présente invention concerne un produit composite semi fini et un procédé pour fabriquer ce produit composite semi fini.
Il existe actuellement essentiellement trois procédés principaux pour fabriquer des pièces composites et, notamment, pour fabriquer des pièces composites possédant des parties gauches ou curvilignes.
Par pièce composite ou par matériau composite, on entend une pièce ou un matériau composé d'un renfort généralement de fibres tissées ou non tissées et d'une matière (résine thermodurcissable ou thermoplastique) qui assure la cohésion de la structure et la transmission des efforts vers le renfort. Chaque procédé possède des avantages propres et des inconvénients associés.
Le procédé de mise en œuvre de pré imprégnés consiste à positionner un ensemble de nappes composées de fibres unidirectionnelles ou de nappes tissées. Dans le procédé pré imprégné, des nappes unidirectionnelles ou des tissus sont empilés et sont polymérisés sous pression.
Ce procédé permet de réaliser des pièces qui présentent un taux volumique de fibres important ; ceci est très favorable en termes de caractéristiques mécaniques des pièces ainsi obtenues. Dans le cas de pièces de forme simple, la pièce peut être indifféremment en nappes unidirectionnelles pré imprégnées ou en tissus tissées pré imprégnées.
Dans le cas de pièces de forme complexe, on a généralement recours à un tissu pré imprégné généralement un sergé 2/2 qui peut se déformer dans certaines limites. Pour optimiser les performances mécaniques et pour diminuer les coûts et le poids des pièces, un drapage de nappes unidirectionnelles peut être envisagé ; il convient alors de disposer successivement plusieurs couches de quantité importante de nappes juxtaposées de petite largeur. Ce procédé n'est cependant pas pleinement adapté à la réalisation des pièces complexes puisque l'élément de base est une nappe plane donc peu susceptible d'épouser des formes de géométrie complexe. De plus, les temps de cycle de fabrication de ce type de pièces peuvent être relativement longs. Ce procédé est donc peu adapté à la fabrication de pièces à une cadence industrielle.
Le procédé RTM (Resin Transfer Moulding) est un procédé de moulage sous pression dans lequel une préforme de fibres sèches (verre, carbone, aramide) est placée dans un moule puis une résine, éventuellement combinée à des pigments de charge, est injectée dans le moule. Une fois la résine polymérisée, le moule peut être ouvert et la pièce peut être retirée. Ce procédé a l'avantage de produire des pièces qui possèdent deux faces finies.
En revanche, ce procédé nécessite des moules coûteux et l'étape de réalisation de préforme est difficilement compatible avec des exigences de cadences industrielles.
Le procédé d'infusion de résine sous membrane souple permet de fabriquer des pièces de grandes dimensions. Ce procédé prévoit un drapage à sec de plis de renfort d'un moule puis, après étanchéification par un film étanche, la résine est transférée dans les nappes de renfort entre un réseau de distribution et un ou plusieurs points d'aspiration.
Ce procédé a cependant l'inconvénient de fournir des pièces qui ne présentent qu'une unique face fonctionnelle. De plus, les pièces ainsi formées peuvent présenter une mauvaise tenue au cisaillement interlaminaire. II apparaît donc que les procédés existants présentent chacun des limites d'ordre fonctionnel et/ou industriel.
Dans ce contexte technique, un but de l'invention est de proposer un procédé de réalisation de produits semi finis composites qui peuvent être mis en œuvre dans la fabrication de pièces de structure ayant des géométries complexes.
Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un produit composite multi axial plan, qui comprend notamment les étapes consistant à :
(a) former un matelas ayant une direction longitudinale et une direction transversale, multi couches comprenant au moins les étapes consistant à :
- draper sur une surface support de fabrication, une première couche comprenant des nappes juxtaposées de fibres unidirectionnelles de renfort pré imprégnées de résine, les nappes de la première couche présentant un premier angle par rapport à la direction longitudinale du matelas, - draper sur la première couche, au moins une deuxième couche comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les nappes de la deuxième couche présentant un deuxième angle par rapport à la direction longitudinale du matelas, (b) exercer un compactage sur les couches au nombre d'au moins deux,
(c) découper le matelas en au moins un produit composite multi axial plan ayant des propriétés de déformabilité permettant de fabriquer des pièces de forme complexe. L'invention propose ainsi de fabriquer un produit composite selon un procédé qui peut être largement automatisé ; un point essentiel du produit semi fini obtenu par le procédé selon l'invention est sa capacité de déformabilité qui résulte de sa structure multi couche à l'intérieur de laquelle des glissements entre et à l'intérieur des nappes sont possibles. Cette capacité peut être mise en œuvre pour la réalisation de pièces de forme complexe, par exemple présentant des galbes évolutifs et/ou des galbes à double courbure. Il est précisé que le produit composite selon l'invention peut être fabriqué de manière automatisée en un premier lieu pour être ensuite transporté en un second lieu éventuellement distant du premier pour être mis en œuvre dans un procédé dans lequel le produit composite est déformé.
Selon une exécution avantageuse de l'invention, l'étape (a) de formation du matelas comprend l'étape consistant à :
- draper sur la deuxième couche, une troisième couche comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les dites couches présentant un troisième angle par rapport à la direction longitudinale du matelas.
Le produit semi fini obtenu est ainsi un produit tri couches. La mise en œuvre du procédé selon l'invention prévoit que le drapage de la première couche est réalisé avec une orientation angulaire comprise entre 10° et 90° par rapport à la direction longitudinale du matelas.
Le drapage de la deuxième couche est réalisé avec une orientation angulaire égale à 90° par rapport à la direction longitudinale du matelas.
Le drapage de la troisième couche est réalisé avec une orientation angulaire comprise entre -10° et -90° par rapport à la direction longitudinale du matelas. Selon une possibilité, le procédé peut prévoir les étapes de drapage d'un nombre pair de couches disposées de part et d'autre d'un plan central séparant en deux le matelas, les deux couches d'un même rang par rapport audit plan étant orientées selon des angles opposés. Par angles opposés, on entend des angles dont les valeurs absolues sont identiques mais dont les orientations sont opposées par rapport à la direction longitudinale du matelas. Ainsi à titre d'exemple, une couche ayant une orientation de +30° et une couche ayant une orientation de -30° au sens du présent document signifie que la première couche forme un angle de +30° par rapport à la direction longitudinale du matelas et que la deuxième couche forme un angle de -30° ou de +150° par rapport à la direction longitudinale du matelas.
Il peut également être envisagé des étapes de drapage d'un nombre pair de couches disposées de part et d'autre d'un plan central séparant en deux le matelas, les deux couches d'un même rang par rapport audit plan étant orientées selon des angles identiques.
Selon une autre possibilité, le procédé comprend les étapes de drapage d'un nombre pair de couches réparties de part et d'autre d'une couche centrale orientée à 90° par rapport à la direction longitudinale du matelas, les deux couches d'un même rang par rapport à la couche centrale étant orientées selon des angles opposés.
Il est prévu que les nappes de fibres unidirectionnelles de renfort pré imprégnées sont drapées sur un support qui se déplace de manière continue selon la direction longitudinale du matelas.
De façon concrète, le procédé peut prévoir la formation d'un matelas dont la largeur est de l'ordre 2000 mm.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un dispositif qui comprend notamment un convoyeur présentant une surface d'appui se déplaçant de manière continue et au moins deux équipements de fourniture de nappe orientés par rapport au convoyeur respectivement selon le premier angle et le deuxième angle.
Il peut de plus être prévu que le dispositif comprenne un troisième équipement de fourniture de nappe orienté selon le troisième angle.
De plus, le dispositif présente des moyens de découpe du matelas en un produit multi couches. Selon un troisième aspect, l'invention concerne un produit composite semi fini multi axial obtenu par le procédé précédemment décrit comprenant au moins deux couches superposées de fibres unidirectionnelles de renfort pré imprégnées orientées respectivement selon des angles compris entre 10° et 90°.
Le produit selon l'invention est donc dépourvu de nappes orientées à O° c'est-à-dire est dépourvu de nappes orientées dans sa direction longitudinale. Cette disposition s'avère importante pour la capacité du produit à se déformer car il est ainsi possible de le déformer pour lui faire épouser une forme gauche en utilisant la faculté de glissement entre elles des nappes et des fibres unidirectionnelles et en exerçant la déformation de préférence selon une direction perpendiculaire à la direction longitudinale du produit. Le produit composite semi fini multi axial selon l'invention est dépourvu de fibres disposées dans sa direction longitudinale qui pourraient s'opposer à sa déformation harmonieuse lorsqu'il est mis en œuvre dans la fabrication d'une pièce complexe notamment curviligne ou a double galbes. Ainsi après déformation, le taux de fibres reste important et homogène en tous points du produit.
Selon une possibilité, le produit composite semi fini multi axial comprend un nombre pair de couches disposées de part et d'autre d'un plan séparant en deux les couches, les deux couches d'un même rang par rapport audit plan étant orientées selon des angles opposés.
Selon une autre possibilité, le produit composite semi fini multi axial comprend un nombre pair de couches réparties de part et d'autre d'une couche centrale orientée à 90° par rapport à la direction longitudinale du produit, les deux couches d'un même rang par rapport à la couche centrale étant orientées selon des angles opposés.
De préférence, le produit composite semi fini comprend une superposition de :
- une première couche comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les dites couches présentant un premier angle par rapport à la direction longitudinale du produit,
- une deuxième couche comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les dites couches présentant un second angle par rapport à la direction longitudinale du produit,
- une troisième couche comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les dites couches présentant un troisième angle par rapport à la direction longitudinale du matelas.
Il est, en outre, prévu que la première couche soit orientée selon un angle compris entre 10° et 90° par rapport à la direction longitudinale du produit, que la deuxième couche soit orientée selon un angle égal à 90° par rapport à la direction longitudinale du produit, que la troisième couche soit orientée selon un angle opposé à l'angle de la première couche compris entre -10° et -90° par rapport à la direction longitudinale du produit.
De façon préférée, les fibres unidirectionnelles qui entrent dans la composition du produit selon l'invention sont des fibres de carbone pré imprégnées dans une résine thermodurcissable ou thermoplastique, ce qui permet au produit semi fini après une phase ultérieure d'être utilisé comme pièce de structure notamment dans des applications aéronautiques.
Pour sa bonne compréhension, l'invention est décrite en référence au dessin ci annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs formes de réalisation du procédé de fabrication d'un produit composite multi axial plan selon celle-ci.
Figure 1 est une vue schématique représentant une forme d'exécution du procédé, Figure 2 est une vue en plan du produit composite en cours de fabrication,
Figure 3 est une vue schématique représentant une seconde forme d'exécution du procédé.
La figure 1 fait apparaître schématiquement un dispositif permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention.
Ce dispositif comprend, donc, un convoyeur 2 à bandes ainsi que trois équipements 3, 4, 5 permettant de dérouler des nappes 7, 8, 9 de fibres unidirectionnelles de renfort préimprégné. Ces équipements 3, 4, 5 permettant le déroulement des nappes 7, 8, 9 de fibres unidirectionnelles de renfort sont orientés de manière précise par rapport au convoyeur 2.
Dans l'exemple représenté, ces équipements 3, 4, 5 de déroulement sont en nombre de trois et sont orientés respectivement de + 30°, 90°, et - 30° par rapport à la direction de déplacement du convoyeur 2.
Les équipements 3, 4, 5 de déroulement peuvent être des tourets ou autres systèmes permettant de délivrer une bande. Les équipements 3, 4, 5 de déroulement peuvent comprendre des moteurs électriques asservis permettant le déroulement d'une longueur déterminée de nappes.
De façon manuelle ou automatique, une première couche 10 de nappes unidirectionnelles de fibres de renfort préimprégnées de résine est déposée sur le convoyeur 2. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1 , cette première couche 10 est orientée selon un angle de 30° par rapport au sens de déplacement du convoyeur. Le sens de déplacement du convoyeur va constituer la direction longitudinale d'un matelas 13 qui sera obtenu par l'empilement de couches successives de nappes unidirectionnelles de fibres de renfort préimprégnées.
Au fur et à mesure de l'avancement du convoyeur, des nappes de la première couche 10 sont juxtaposées selon un angle de 30° par rapport à la direction de déplacement du convoyeur 2.
Chaque nappe 7, 8, 9 de fibres unidirectionnelles de renfort préimprégnées est coupée à la largeur du convoyeur qui va former la largeur du matelas 13 obtenu par le procédé selon l'invention.
A un poste suivant et aval dans la direction de déplacement du convoyeur, on trouve un deuxième équipement 4 de déroulement de nappes de fibres unidirectionnelles de renfort préimprégnées qui forme un angle de 90° avec le sens de déplacement du convoyeur 2.
Suivant le même principe, des nappes 8 de fibres unidirectionnelles de renfort sont juxtaposées pour former la seconde couche 11 du matelas. Ces nappes 8 sont coupées à la largeur du convoyeur.
Un troisième poste de déroulement de nappes unidirectionnelles de fibres de renfort préimprégnées, qui se situe en aval du poste précédent, est orienté d'un angle de -30° par rapport à la direction de déplacement du convoyeur.
Suivant le même principe, une troisième couche 12 de nappes 9 de fibres unidirectionnelles pré imprégnées est formée par juxtaposition de nappes unidirectionnelles de fibres.
Une étape de compactage du matelas formé des trois couches ainsi définies est prévue en aval des postes de déroulement. Cette étape de compactage peut être réalisée par le passage du matelas entre deux rouleaux avec éventuellement un chauffage de ceux-ci. L'étape de compactage peut également être effectuée par une mise sous vide de la table avec éventuellement un passage en étuve à une température comprise entre 200C et 700C.
Le matelas 13 formé de ces trois couches est ensuite, selon l'invention, découpé en produits 1 unitaires de largeur pouvant être égale à 150 millimètres et de longueur pouvant être égale à la longueur de la table c'est-à-dire jusqu'à 10 m.
Les éléments ainsi formés sont donc des éléments tricouches intégrant des fibres orientées triaxialement.
Cet élément multi axial composite plan peut être ensuite utilisé et être déformé selon des formes gauches pour être mis en œuvre dans des éléments de type renfort en U, en Z, en C, en oméga qui, de plus, présentent un galbe non rectiligne.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus mais elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.
Il est notamment envisagé de mettre en œuvre le procédé pour un matelas comportant deux couches de nappes de fibres unidirectionnelles pré imprégnées orientées selon des angles opposés par rapport à la direction longitudinale du matelas. A la différence de l'exemple de réalisation montré à la figure 1 , le matelas ainsi formé se dispense d'une couche centrale orientée à 90°. La figure 3 illustre cette mise en œuvre de l'invention dans laquelle deux couches de nappes sont superposées ; dans l'exemple illustré les nappes de fibres unidirectionnelles pré imprégnées de la première couche forment un angle de 30° avec la direction longitudinale du produit tandis que les nappes de fibres unidirectionnelles pré imprégnées de la seconde couche forment un angle de -30° avec la direction longitudinale du produit.
On peut également préciser que l'invention peut être mise en œuvre avec un nombre de couches égal à 2, 4, 6, 8 etc. disposées de part en d'autre d'une couche centrale orientée à 90° par rapport à la direction longitudinale du matelas ainsi formé (cas d'un matelas comprenant un nombre impair de couches) ou disposées de part et d'autre d'un plan de symétrie (cas d'un matelas comprenant un nombre pair de couches sans couche centrale), sachant qu'à l'intérieur d'une paire de couches de même rang par rapport à la couche centrale ou par rapport au plan de symétrie, les nappes de ces couches sont orientées selon des angles opposés. On peut également envisager qu'une ou plusieurs couches autres que la couche centrale soit elle-même orientée de 90° par rapport à la direction longitudinale du produit.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un produit (1 ) composite multi axial plan, caractérisé en ce qu'il comprend notamment les étapes consistant à :
(a) former un matelas (13) ayant une direction longitudinale et une direction transversale, multi couches comprenant au moins les étapes consistant à :
- draper sur une surface support de fabrication, une première couche comprenant des nappes juxtaposées de fibres unidirectionnelles de renfort pré imprégnées de résine, les nappes de la première couche présentant un premier angle par rapport à la direction longitudinale du matelas, - draper sur la première couche (10), au moins une deuxième couche (11 , 12) comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les nappes de la deuxième couche présentant un deuxième angle par rapport à la direction longitudinale du matelas, (b) exercer un compactage sur les couches au nombre de au moins deux,
(c) découper le matelas (13) en au moins un produit composite multi axial plan ayant des propriétés de déformabilité de manière homogène notamment en double courbure permettant de fabriquer des pièces de forme complexe.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape (a) de formation du matelas comprend l'étape consistant à :
- draper sur la deuxième couche, une troisième couche (12) comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les dites couches présentant un troisième angle par rapport à la direction longitudinale du matelas.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le drapage de la première couche (10) est réalisé avec un angle compris entre 10° et 90° par rapport à la direction longitudinale du matelas.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le drapage de la deuxième couche (11 ) est réalisé avec un angle égal à 90° par rapport à la direction longitudinale du matelas.
5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le drapage de la troisième couche (12) est réalisé avec un angle compris entre -10° et -90° par rapport à la direction longitudinale du matelas.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de drapage d'un nombre pair de couches disposées de part et d'autre d'un plan séparant en deux le matelas, les deux couches d'un même rang par rapport audit plan étant orientées selon des angles opposés.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de drapage d'un nombre pair de couches disposées de part et d'autre d'un plan séparant en deux le matelas, les deux couches d'un même rang par rapport audit plan étant orientées selon des angles identiques.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de drapage d'un nombre pair de couches réparties de part et d'autre d'une couche centrale orientée à 90° par rapport à la direction longitudinale du matelas, les deux couches d'un même rang par rapport à la couche centrale étant orientées selon des angles opposés.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les nappes de renfort pré imprégnées sont drapées sur un support qui se déplace de manière continue selon la direction longitudinale du matelas.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il prévoit la formation d'un matelas (13) dont la largeur est de l'ordre 2000 mm.
11. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dispositif comprend notamment un convoyeur (2) présentant une surface d'appui se déplaçant de manière continue et au moins deux équipements (3, 5) de fourniture de nappes orientés par rapport au convoyeur respectivement selon le premier angle et le second angle.
12. Dispositif selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce qu'il comprend un troisième équipement (4) de fourniture de nappe orienté selon le troisième angle.
13. Dispositif selon la revendication 1 1 ou la revendication 12, caractérisé en ce qu'il présente des moyens de découpe du matelas en un produit semi fini multi couche.
14. Produit composite semi fini multi axial obtenu par un procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux couches (10, 1 1 ) superposées de fibres unidirectionnelles de renfort pré imprégnées orientées respectivement selon des angles compris entre 10° et 90°.
15. Produit composite semi fini multi axial selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre pair de couches disposées de part et d'autre d'un plan séparant en deux les couches, les deux couches d'un même rang par rapport audit plan étant orientées selon des angles opposés.
16. Produit composite semi fini multi axial selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre pair de couches réparties de part et d'autre d'une couche (1 1 ) centrale orientée à 90° par rapport à la direction longitudinale du produit, les deux couches d'un même rang par rapport à la couche centrale étant orientées selon des angles opposés.
17. Produit composite semi fini multi axial selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend une superposition de :
- une première couche (10) comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les dites couches présentant un premier angle par rapport à la direction longitudinale du produit, - une deuxième couche (1 1 ) comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les dites couches présentant un second angle par rapport à la direction longitudinale du produit,
- une troisième couche (12) comprenant des nappes unidirectionnelles de fibres de renfort pré imprégnées de résine juxtaposées, les dites couches présentant un troisième angle par rapport à la direction longitudinale du matelas.
18. Produit composite semi fini multi axial selon la revendication 16 ou la revendication 17, caractérisé en ce que la première couche est orientée selon un angle compris entre 10° et 90° par rapport à la direction longitudinale du produit, en ce que la deuxième couche est orientée selon un angle égal à 90° par rapport à la direction longitudinale du produit, en ce que la troisième couche est orientée selon un angle opposé à l'angle de la première couche compris entre -10° et -90° par rapport à la direction longitudinale du produit.
19. Produit composite semi fini multi axial selon l'une des revendications 14 à 18, caractérisé en ce que les fibres unidirectionnelles sont de fibre de carbone pré imprégnées dans une résine thermodurcissable ou thermoplastique.
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