EP3372717A1 - Procédé d'aiguilletage d'une couche fibreuse - Google Patents

Procédé d'aiguilletage d'une couche fibreuse Download PDF

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EP3372717A1
EP3372717A1 EP18159852.5A EP18159852A EP3372717A1 EP 3372717 A1 EP3372717 A1 EP 3372717A1 EP 18159852 A EP18159852 A EP 18159852A EP 3372717 A1 EP3372717 A1 EP 3372717A1
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EP
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needling
fibrous layer
during
head
along
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Gareth Clarke
Edouard BORIE
Thierry CONSTANT
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ArianeGroup SAS
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Definitions

  • the invention relates to a process for needling a fibrous layer, and in particular to producing a fibrous preform by needling bonding a fibrous layer to an underlying fibrous structure.
  • the needling processes are known for the manufacture of fibrous preforms formed of a stack of a plurality of fibrous layers.
  • the fibrous layers are successively stacked on a needling table and needled by action of a needling head.
  • this layer is bonded with the underlying layer (s).
  • the resulting fibrous preform can be densified by a matrix in order to form a part made of composite material.
  • the present invention aims to improve the mechanical properties of composite material parts comprising a fibrous reinforcement formed by needling.
  • the needles of the needling head are offset with respect to the fibrous layer. It follows that, during the second needling step, the needles do not penetrate the holes formed during the first needling step. In this way, a fibrous layer having a more uniform needling is obtained. This makes it possible to obtain a better introduction of the matrix material during the formation of the part, and thus to improve the mechanical properties thereof. The fact that the needles do not penetrate the same holes also makes it possible to reduce the risk of damage to the fibrous layer during needling.
  • the translation performed during the first needling step is performed along an axis of displacement, and the offset direction is non-perpendicular to this axis of displacement.
  • the offset direction is parallel to the axis of displacement.
  • the translation performed during the first needling step is performed along an axis of displacement, and the offset direction is perpendicular to this axis of displacement.
  • the translation performed during the first needling step is performed in a first advancing direction
  • the translation performed during the second needling step is performed in a second advancing direction, opposite the first sense of advance.
  • the fibrous layer is displaced in translation along an axis of displacement during each of the first and second needling steps and the position of the needling head along the axis of displacement is fixed. during each of the first and second needling steps.
  • the fact of making the needling during the stopping phases advantageously reduces the shearing of the fibrous layer during needling and further improves the mechanical properties of the part.
  • the needling head is held stationary and the fibrous layer is displaced by the distance d along the offset direction during the shifting step.
  • the coefficient x is between 0.1 and 0.9, for example between 0.2 and 0.8, for example between 0.3 and 0.7, or even between 0.4 and 0, 6.
  • the present invention also relates to a process for manufacturing a needled multilayer fibrous preform comprising at least the needling bonding of a fibrous layer to an underlying fibrous structure by carrying out a method as described above.
  • a needling machine 100 comprising a needling head 110 provided with needles 111 and a support, constituted here by a table 120, carrying the fibrous layer 10 to needling.
  • the needling head 110 can move vertically, that is to say in the direction Z indicated in the figures, above the table 120.
  • the needling head 110 moves from top to bottom and from bottom to top in the vertical direction Z, as illustrated by the double arrow 112.
  • the needling head 110 is thus driven by a vertical reciprocating movement (that is to say from va-et -sili) relative to the table 120.
  • the needling head 110 carries a determined number of needles 111 which are provided with barbs, hooks or forks to take fibers in the fibrous layer 10 and transfer them therethrough .
  • these needles 111 are arranged in several rows of needles, these rows are visible at the figure 3 .
  • the needles 111 are uniformly distributed over a surface of the needling head 110. Two rows of consecutive needles 111 in the X direction indicated in the figures are separated by a distance noted p .
  • the table 120 extends in horizontal directions X and Y perpendicular to the direction Z (see figure 3 ).
  • the table 120 is movable in translation along the axis of displacement constituted by the direction X.
  • the table 120 is here mounted on a post 130 movable in translation in a rail 140 extending along the direction X. The table 120 can thus be moved in rectilinear translation along the axis of displacement X below the needling head 110.
  • the figure 1 shows the needling machine 100 at the beginning of the first needling step.
  • the fibrous layer 10 is displaced in translation along the axis of displacement X in a first advancing direction D1.
  • the fibrous layer 10 may be a single or multidirectional fabric layer or web.
  • the fibers of the fibrous layer 10 may be carbon fibers or ceramic fibers.
  • the position of the needling head 110 along the X and Y directions is unchanged during the first needling step.
  • the needling head 110 is here only driven reciprocally transversely relative to the fibrous layer 10 during the first needling step. In this case, the needling head 110 is only moved vertically back and forth along the direction Z during the first needling step.
  • the fibrous layer 10 could be held fixed and the needling head 110 translated during the first needling step.
  • the figure 2 shows the arrangement of the different elements obtained at the end of the first needling step.
  • the needles 111 penetrate the fibrous layer 10 and form in the latter a first set of holes 11a.
  • Two holes 11a of the first set succeeding one another along the axis of displacement X are spaced from the pitch p which corresponds to the distance separating two consecutive needles 111 along the axis X.
  • the holes 11a correspond to the location where the needles 111 are returned to the fibrous layer 10 during the first needling step.
  • the figure 3 is a perspective view of the fibrous layer obtained after the first needling step showing the first set of holes 11a.
  • the figure 4 is, in turn, a top view of the first fibrous layer 10 on the table 120 just after implementation of the first needling step.
  • the fibrous layer 10 is in a first position relative to the needling head 110 (position illustrated in FIGS. figures 2 and 3 ). In this first position, the needles 111 of the needling head 110 are located opposite holes 11a formed in the fibrous layer.
  • a step of shifting the fibrous layer 10 with respect to the needling head 110 will be carried out.
  • the purpose of this shifting step is to make the needles 111 not go back again. not the holes 11a during the second needling step.
  • the needling head 110 is fixed during the shifting step and it is the fibrous layer 10 which is displaced by a predetermined distance d.
  • d a predetermined distance
  • the fibrous layer 10 was fixed and the needling head movable during the shifting step.
  • the figure 5 illustrates the relative arrangement obtained once the shift step performed. As illustrated in figure 5 the needling head 110 is in a second position with respect to the fibrous layer 10 after the shifting step.
  • the needles 111 are facing areas 12 of the fibrous layer 10 located between the holes 11a of the first set.
  • the needles 111 of the needling head 110 are positioned between holes 11a of the first set to ensure that these needles 111 do not enter the holes 11a during the second needling step.
  • the fibrous layer 10 is displaced in the direction of shift DD which is here is parallel to the axis of displacement X.
  • the fibrous layer has been displaced in the illustrated example by a distance d substantially equal to 0.5 p where p is the distance between two consecutive needles 111 along the offset direction DD (or the X axis).
  • N could alternatively take another value like the value 2, 3 or 4 ... and x could take a value other than 0.5 as long as this value is strictly greater than 0 and strictly less than 1.
  • the product Nx can not not be a whole number.
  • the second needling step is then carried out, the fibrous layer 10 being in the second position at the beginning of the second needling step.
  • the fibrous layer 10 is displaced in translation along the axis of displacement X in a second advancing direction D2.
  • the position of the needling head 110 along the X and Y directions is unchanged during the second needling step.
  • the needling head 110 is here only driven reciprocating transversely relative to the fibrous layer 10 during the second needling step. In this case, the needling head 110 is only moved vertically back and forth along the direction Z during the second needling step. According to one variant, it would however be possible to maintain the fibrous layer 10 fixed and to move the needling head 110 in translation during the second needling step.
  • the second advancing direction D2 is opposite to the first advancing direction D1.
  • the fibrous layer 10 is displaced in translation along the same axis of displacement X as during the first needling step but in an opposite advancing direction D2.
  • the illustrated example therefore relates to a "round-robbing" needling process during which the fibrous layer 10 undergoes the first needling step on the go and undergoes the second return needling step.
  • the needles 111 penetrate the fibrous layer 10 and form in the latter a second set of holes 11b.
  • the advancing speed of the fibrous layer 10, or the needling head if the latter is movable, may be identical during the first and second needling steps.
  • the impact frequency of the needles 111 on the fibrous layer 10 may be identical during the first and second needling steps.
  • Two holes 11b of the second set succeeding one another along the axis of displacement X are spaced from pitch p .
  • the fibrous layer has an alternation between the holes 11a of the first set and the holes 11b of the second set when moving along the axis of displacement X. Due to the realization of the shifting step, the impact of the needles 111 carried by the needling head 110 will not be performed in the holes 11a of the first set during the second needling step.
  • the fibrous layer illustrated in FIGS. Figures 6 and 7 comprising the first set of holes 11a and the second set of holes 11b, offset from the first set.
  • the holes 11a and 11b of the first and second assemblies are formed in the same fibrous layer 10. The realization of the offset step between the first and second needling stages thus makes it possible to standardize the distribution of the needling points without damaging them. the fibrous layer.
  • each of the first and second needling steps there may be an alternation of translation phases along the axis of displacement and of stop phases along this axis, the needling of the fibrous layer being achieved by the needling head during the stop phases.
  • the translation performed during the first and second needling steps are performed incrementally.
  • the needling is advantageously carried out only during the stopping phases.
  • alternation between the translation phases of the fibrous layer along the axis of displacement and the stopping phases of this fibrous layer can be performed, the needling being performed during these stop phases. It is also possible, during each of the first and second needling steps, to alternate between phases of translation of the needling head along the axis of displacement and the stopping phases of this needling head.
  • the invention also relates to the variant where the displacement is carried out continuously during the needling steps.
  • the needles of the needling head may also have an elongated shape giving them a flexibility limiting the shear of the fibrous layer.
  • the example just described illustrates the needling of a single fibrous layer. It is not beyond the scope of the invention when the fibrous layer needled by the process according to the invention is positioned on an underlying fibrous structure.
  • the fibrous structure may comprise one or more fibrous layers, for example interconnected by needling.
  • the needling produced allows fibers of the fibrous layer 10 to penetrate into the underlying fibrous structure, thus ensuring the connection of the fibrous layer to this structure.
  • a fibrous preform is thus obtained for forming the fibrous reinforcement of a piece of composite material to be obtained.
  • a second fibrous layer can be positioned thereon.
  • This second fibrous layer may then be needled by the method according to the invention in order to be connected to the first underlying layer.
  • a descent step may be imposed on the table 120 to control the penetration depth of the needles within the first and second fibrous layers.
  • the process can be repeated by stacking at least one third fibrous layer on the first and second fibrous layers.
  • FIG. figure 8 shows in the lower part the fibrous layer 10 before performing the first needling step (no hole has yet been made).
  • the fibrous layer 10 has been represented after completion of the first needling step before and after the shift step in the direction DD (the position of the holes 11a shown in the upper part corresponds to the position before shift).
  • the middle part of the figure 8 illustrates, for its part, the fibrous layer after the second needling step in which there is presence of holes 11b of the second set alternating with the holes 11a of the first set.
  • the invention is however not limited to carrying out an offset along an offset direction DD parallel to the axis of displacement X, as will be described below.
  • the figure 9 illustrates the case of an offset in a direction of shift DD transverse and not perpendicular to the axis of displacement X.
  • the offset direction DD forms an angle substantially equal to 45 ° with the axis X.
  • the fibrous layer 10 is translated in a second advancing direction D2, opposite to the first advancing direction D1 , during the second needling step.
  • a fibrous preform of a composite material part can be formed by performing a needling process as described above. Once this preform obtained, it is possible in known manner to form a matrix in the porosity of this preform.
  • the matrix densifying the fibrous preform may be organic, ceramic or carbon.
  • Various methods of forming a matrix known per se, can be envisaged, for example the injection of a liquid polymer and the thermal treatment of the latter in order to crosslink it, and possibly to pyrolyze it, in order to form the matrix. . It is also possible to use a gaseous densification method in which the matrix is formed by infiltration with a precursor in the gaseous state.
  • the composite material part obtained may be a valve body or a valve needle.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'aiguilletage d'une couche fibreuse (10), comprenant au moins :
- une première étape d'aiguilletage de la couche fibreuse (10) par une tête d'aiguilletage (110) durant laquelle on réalise une translation de la couche fibreuse (10) relativement à la tête d'aiguilletage (110),
- une étape de décalage, réalisée après la première étape d'aiguilletage, durant laquelle la couche fibreuse (10) est déplacée relativement à la tête d'aiguilletage (110) le long d'une direction de décalage (DD) et d'une distance d égale à N.x.p, où N est un nombre entier au moins égal à 1, x est un coefficient strictement supérieur à 0 et strictement inférieur à 1 et p désigne la distance séparant deux aiguilles (111) consécutives de la tête d'aiguilletage (110) le long de la direction de décalage (DD), et
- une deuxième étape d'aiguilletage de la couche fibreuse (10) par la tête d'aiguilletage (110), réalisée après l'étape de décalage, durant laquelle on réalise une translation de la couche fibreuse (10) relativement à la tête d'aiguilletage (110).

Description

    Arrière-plan de l'invention
  • L'invention concerne un procédé d'aiguilletage d'une couche fibreuse, et notamment la fabrication d'une préforme fibreuse par liaison par aiguilletage d'une couche fibreuse à une structure fibreuse sous-jacente.
  • Les procédés d'aiguilletage sont connus pour la fabrication de préformes fibreuses formées d'un empilement d'une pluralité de couches fibreuses. Dans de tels procédés, les couches fibreuses sont successivement empilées sur une table d'aiguilletage et aiguilletées par action d'une tête d'aiguilletage. Lorsqu'une couche fibreuse est frappée par la tête d'aiguilletage, cette couche est liée avec la ou les couches sous-jacentes. Une fois l'ensemble des couches fibreuses empilées et aiguilletées, la préforme fibreuse obtenue peut être densifiée par une matrice afin de former une pièce en matériau composite.
  • Les caractéristiques mécaniques de la pièce finale dépendent toutefois de l'aiguilletage effectivement réalisé au sein de la préforme fibreuse.
  • La présente invention vise à améliorer les propriétés mécaniques de pièces en matériau composite comprenant un renfort fibreux formé par aiguilletage.
    • Objet et résumé de l'invention
  • A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un procédé d'aiguilletage d'une couche fibreuse, comprenant au moins :
    • une première étape d'aiguilletage de la couche fibreuse par une tête d'aiguilletage durant laquelle on réalise une translation de la couche fibreuse relativement à la tête d'aiguilletage,
    • une étape de décalage, réalisée après la première étape d'aiguilletage, durant laquelle la couche fibreuse est déplacée relativement à la tête d'aiguilletage le long d'une direction de décalage et d'une distance d égale à N.x.p, où N est un nombre entier au moins égal à 1, x est un coefficient strictement supérieur à 0 et strictement inférieur à 1 et p désigne la distance séparant deux aiguilles consécutives de la tête d'aiguilletage le long de la direction de décalage, et
    • une deuxième étape d'aiguilletage de la couche fibreuse par la tête d'aiguilletage, réalisée après l'étape de décalage, durant laquelle on réalise une translation de la couche fibreuse relativement à la tête d'aiguilletage.
  • Durant l'étape de décalage les aiguilles de la tête d'aiguilletage sont décalées par rapport à la couche fibreuse. Il s'ensuit que, durant la deuxième étape d'aiguilletage, les aiguilles ne pénètrent pas dans les trous formés durant la première étape d'aiguilletage. De la sorte, on obtient une couche fibreuse ayant un aiguilletage plus uniforme. Cela permet d'obtenir une meilleure introduction du matériau de matrice lors de la formation de la pièce, et donc d'améliorer les propriétés mécaniques de celle-ci. Le fait que les aiguilles ne pénètrent pas dans les mêmes trous permet en outre de réduire le risque d'endommagement de la couche fibreuse durant l'aiguilletage.
  • Dans un exemple de réalisation, la translation réalisée durant la première étape d'aiguilletage est effectuée le long d'un axe de déplacement, et la direction de décalage est non perpendiculaire à cet axe de déplacement. En particulier, la direction de décalage est parallèle à l'axe de déplacement.
  • En variante, la translation réalisée durant la première étape d'aiguilletage est effectuée le long d'un axe de déplacement, et la direction de décalage est perpendiculaire à cet axe de déplacement.
  • Dans un exemple de réalisation, la translation réalisée durant la première étape d'aiguilletage est effectuée dans un premier sens d'avancée, et la translation réalisée durant la deuxième étape d'aiguilletage est effectuée dans un deuxième sens d'avancée, opposé au premier sens d'avancée.
  • Dans un exemple de réalisation, la couche fibreuse est déplacée en translation le long d'un axe de déplacement durant chacune des première et deuxième étapes d'aiguilletage et la position de la tête d'aiguilletage le long de l'axe de déplacement est fixe durant chacune des première et deuxième étapes d'aiguilletage.
  • Dans un exemple de réalisation, il y a, durant chacune des première et deuxième étapes d'aiguilletage, une alternance de phases de translation le long de l'axe de déplacement et de phases d'arrêt le long de cet axe, l'aiguilletage de la couche fibreuse étant réalisé par la tête d'aiguilletage durant les phases d'arrêt.
  • Le fait de réaliser l'aiguilletage durant les phases d'arrêt permet avantageusement de réduire le cisaillement de la couche fibreuse lors de l'aiguilletage et d'améliorer davantage encore les propriétés mécaniques de la pièce.
  • Dans un exemple de réalisation, la tête d'aiguilletage est maintenue fixe et la couche fibreuse est déplacée de la distance d le long de la direction de décalage durant l'étape de décalage.
  • Dans un exemple de réalisation, le coefficient x est compris entre 0,1 et 0,9, par exemple entre 0,2 et 0,8, par exemple entre 0,3 et 0,7, voire entre 0,4 et 0,6.
  • La présente invention vise également un procédé de fabrication d'une préforme fibreuse multicouches aiguilletée comprenant au moins la liaison par aiguilletage d'une couche fibreuse à une structure fibreuse sous-jacente par mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit plus haut.
  • La présente invention vise encore un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite, comprenant au moins les étapes suivantes :
    • fabrication d'une préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux de la pièce à obtenir par mise en oeuvre du procédé tel que décrit plus haut, et
    • formation d'une matrice dans la porosité de la préforme fibreuse afin d'obtenir la pièce en matériau composite.
    Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • les figures 1 à 8 représentent, de manière schématique et partielle, le déroulement d'un premier exemple de procédé d'aiguilletage selon l'invention,
    • la figure 9 représente, de manière schématique et partielle en vue de dessus, le déroulement d'un deuxième exemple de procédé d'aiguilletage selon l'invention, et
    • la figure 10 représente, de manière schématique et partielle en vue de dessus, le déroulement d'un troisième exemple de procédé d'aiguilletage selon l'invention.
    Description détaillée de modes de réalisation
  • Le déroulement d'un premier exemple de procédé d'aiguilletage selon l'invention va tout d'abord être décrit en lien avec les figures 1 à 8.
  • D'une manière générale, il est mis en oeuvre une machine d'aiguilletage 100 comprenant une tête d'aiguilletage 110 munie d'aiguilles 111 et un support, constitué ici par une table 120, portant la couche fibreuse 10 à aiguilleter.
  • Afin de réaliser l'aiguilletage, la tête d'aiguilletage 110 peut se déplacer verticalement, c'est-à-dire selon la direction Z indiquée sur les figures, au-dessus de la table 120. La tête d'aiguilletage 110 se déplace de haut en bas et de bas en haut selon la direction verticale Z, comme illustré par la double flèche 112. La tête d'aiguilletage 110 est ainsi animée d'un mouvement vertical alternatif (c'est-à-dire de va-et-vient) par rapport à la table 120. La tête d'aiguilletage 110 porte un nombre déterminé d'aiguilles 111 qui sont munies de barbes, crochets ou fourches pour prélever des fibres dans la couche fibreuse 10 et les transférer à travers celle-ci. De façon connue en soi, ces aiguilles 111 sont arrangées selon plusieurs rangées d'aiguilles, ces rangées sont visibles à la figure 3. Les aiguilles 111 sont réparties uniformément sur une surface de la tête d'aiguilletage 110. Deux rangées d'aiguilles 111 consécutives dans la direction X indiquée sur les figures sont séparées d'une distance notée p.
  • La table 120 s'étend dans des directions horizontales X et Y perpendiculaires à la direction Z (voir figure 3). Dans l'exemple considéré, la table 120 est mobile en translation le long de l'axe de déplacement constitué par la direction X. La table 120 est ici montée sur un poteau 130 mobile en translation dans un rail 140 s'étendant le long de la direction X. La table 120 peut ainsi être déplacée en translation rectiligne selon l'axe de déplacement X en dessous de la tête d'aiguilletage 110.
  • On va tout d'abord décrire, en lien avec les figures 1 à 4, la réalisation de la première étape d'aiguilletage pour le premier exemple de procédé selon l'invention.
  • La figure 1 montre la machine d'aiguilletage 100 au début de la première étape d'aiguilletage. Durant la première étape d'aiguilletage, la couche fibreuse 10 est déplacée en translation selon l'axe de déplacement X dans un premier sens d'avancée D1. La couche fibreuse 10 peut être une couche de tissu ou une nappe uni- ou multidirectionnelle. Les fibres de la couche fibreuse 10 peuvent être des fibres de carbone ou des fibres céramiques. Dans l'exemple considéré ici, la position de la tête d'aiguilletage 110 le long des directions X et Y est inchangée durant la première étape d'aiguilletage. La tête d'aiguilletage 110 est ici uniquement animée d'un mouvement alternatif transversal par rapport à la couche fibreuse 10 durant la première étape d'aiguilletage. La tête d'aiguilletage 110 est ici uniquement animée d'un mouvement de va et vient vertical le long de la direction Z durant la première étape d'aiguilletage. Selon une variante, on pourrait toutefois maintenir fixe la couche fibreuse 10 et déplacer en translation la tête d'aiguilletage 110 durant la première étape d'aiguilletage.
  • La figure 2 montre l'agencement des différents éléments obtenu à la fin de la première étape d'aiguilletage. Durant la première étape d'aiguilletage, les aiguilles 111 pénètrent dans la couche fibreuse 10 et forment dans cette dernière un premier ensemble de trous 11a. Deux trous 11a du premier ensemble se succédant le long de l'axe de déplacement X sont espacés du pas p qui correspond à la distance séparant deux aiguilles 111 consécutives le long de l'axe X. Les trous 11a correspondent à l'emplacement où les aiguilles 111 sont rentrées dans la couche fibreuse 10 pendant la première étape d'aiguilletage. Afin de permettre aux aiguilles 111 de traverser la couche fibreuse 10 sans être endommagées, on peut de manière connue en soi interposer une couche de feutre (non représentée) entre la table 120 et la couche fibreuse 10.
  • On a représenté un cas où une seule couche fibreuse est aiguilletée par mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. On pourrait bien entendu en variante positionner une couche fibreuse sur une structure fibreuse sous-jacente et mettre ensuite en oeuvre un procédé d'aiguilletage selon l'invention pour lier la couche fibreuse 10 à cette structure fibreuse. Dans ce dernier cas, l'aiguilletage permet de faire pénétrer des fibres de la couche fibreuse 10 dans la structure fibreuse sous-jacente afin d'assurer la liaison entre ces deux éléments.
  • La figure 3 est une vue en perspective de la couche fibreuse 10 obtenue après la première étape d'aiguilletage montrant le premier ensemble de trous 11a. La figure 4 est, quant à elle, une vue de dessus de la première couche fibreuse 10 sur la table 120 juste après mise en oeuvre de la première étape d'aiguilletage. Suite à cette première étape d'aiguilletage, la couche fibreuse 10 est dans une première position par rapport à la tête d'aiguilletage 110 (position illustrée aux figures 2 et 3). Dans cette première position, les aiguilles 111 de la tête d'aiguilletage 110 sont situées en regard de trous 11a formés dans la couche fibreuse.
  • On va ensuite réaliser, après la première étape d'aiguilletage, une étape de décalage de la couche fibreuse 10 par rapport à la tête d'aiguilletage 110. La finalité de cette étape de décalage est de faire en sorte que les aiguilles 111 ne retraversent pas les trous 11a lors de la deuxième étape d'aiguilletage.
  • Il a été illustré, à la figure 2 notamment, le fait que la couche fibreuse 10 est déplacée relativement à la tête d'aiguilletage 110 le long d'une direction de décalage notée DD. Dans l'exemple considéré, la tête d'aiguilletage 110 est fixe durant l'étape de décalage et c'est la couche fibreuse 10 qui est déplacée d'une distance d prédéterminée. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention si la couche fibreuse 10 était fixe et la tête d'aiguilletage mobile durant l'étape de décalage. On réalise, durant l'étape de décalage, une translation de la couche fibreuse 10 ou de la tête d'aiguilletage le long de la direction de décalage DD. La figure 5 illustre l'agencement relatif obtenu une fois l'étape de décalage réalisée. Comme illustré à la figure 5, la tête d'aiguilletage 110 est dans une deuxième position par rapport à la couche fibreuse 10 après l'étape de décalage. Dans cette deuxième position, les aiguilles 111 sont en regard de zones 12 de la couche fibreuse 10 situées entre les trous 11a du premier ensemble. Ainsi après l'étape de décalage, les aiguilles 111 de la tête d'aiguilletage 110 sont positionnées entre des trous 11a du premier ensemble afin d'assurer que ces aiguilles 111 ne pénètrent pas dans les trous 11a durant la deuxième étape d'aiguilletage.
  • Dans l'exemple illustré, la couche fibreuse 10 est déplacée suivant la direction de décalage DD qui est ici est parallèle à l'axe de déplacement X. La couche fibreuse a été déplacée dans l'exemple illustré d'une distance d sensiblement égale à 0,5p où p correspond à la distance séparant deux aiguilles 111 consécutives le long de la direction de décalage DD (ou de l'axe X). Dans le cas schématisé aux figures 2 et 5, on a donc N = 1 et x = 0,5 dans la formule indiquée plus haut pour la distance d. N pourrait en variante prendre une autre valeur comme la valeur 2, 3 ou 4 ... et x pourrait prendre une valeur différente de 0,5 tant que cette valeur est strictement supérieure à 0 et strictement inférieure à 1. Le produit N.x peut ne pas être un nombre entier.
  • On réalise ensuite la deuxième étape d'aiguilletage, la couche fibreuse 10 étant dans la deuxième position au début de la deuxième étape d'aiguilletage. Durant la deuxième étape d'aiguilletage, la couche fibreuse 10 est déplacée en translation selon l'axe de déplacement X dans un deuxième sens d'avancée D2. Dans l'exemple considéré ici, la position de la tête d'aiguilletage 110 le long des directions X et Y est inchangée durant la deuxième étape d'aiguilletage. La tête d'aiguilletage 110 est ici uniquement animée d'un mouvement alternatif transversal par rapport à la couche fibreuse 10 durant la deuxième étape d'aiguilletage. La tête d'aiguilletage 110 est ici uniquement animée d'un mouvement de va et vient vertical le long de la direction Z durant la deuxième étape d'aiguilletage. Selon une variante, on pourrait toutefois maintenir fixe la couche fibreuse 10 et déplacer en translation la tête d'aiguilletage 110 durant la deuxième étape d'aiguilletage
  • On notera que, dans l'exemple illustré, le deuxième sens d'avancée D2 est opposé au premier sens d'avancée D1. Dans cet exemple, la couche fibreuse 10 est déplacée en translation le long du même axe de déplacement X que durant la première étape d'aiguilletage mais dans une direction d'avancée D2 opposée. L'exemple illustré concerne donc un procédé d'aiguilletage « aller-retour » durant lequel la couche fibreuse 10 subit la première étape d'aiguilletage à l'aller et subit la deuxième étape d'aiguilletage au retour.
  • D'autres variantes sont possibles pour le déplacement de la couche fibreuse durant la deuxième étape d'aiguilletage. On pourrait par exemple à la fin de la première étape d'aiguilletage, dans la configuration de la figure 2, réaliser l'étape de décalage en déplaçant la tête d'aiguilletage 110 vers l'extrémité opposée de la couche fibreuse 10 et réaliser ensuite la deuxième étape d'aiguilletage en déplaçant la couche fibreuse dans le premier sens d'avancée D1. Auquel cas, la couche fibreuse 10 se déplacerait toujours dans le même sens (i.e. sens d'avancée D1) durant les première et deuxième étapes d'aiguilletage. Il est toutefois avantageux de réaliser un aiguilletage en deux étapes « aller-retour » comme illustré afin de réduire la longueur de l'installation nécessaire pour aiguilleter la couche fibreuse.
  • Durant la deuxième étape d'aiguilletage, les aiguilles 111 pénètrent dans la couche fibreuse 10 et forment dans cette dernière un deuxième ensemble de trous 11b. La vitesse d'avancée de la couche fibreuse 10, ou de la tête d'aiguilletage si cette dernière est mobile, peut être identique durant les première et deuxième étapes d'aiguilletage. La fréquence d'impact des aiguilles 111 sur la couche fibreuse 10 peut être identique durant les première et deuxième étapes d'aiguilletage. Deux trous 11b du deuxième ensemble se succédant le long de l'axe de déplacement X sont espacés du pas p.
  • Après la deuxième étape d'aiguilletage, la couche fibreuse présente une alternance entre les trous 11a du premier ensemble et les trous 11b du deuxième ensemble lorsque l'on se déplace le long de l'axe de déplacement X. Du fait de la réalisation de l'étape de décalage, l'impact des aiguilles 111 portées par la tête d'aiguilletage 110 ne sera pas effectué dans les trous 11a du premier ensemble durant la deuxième étape d'aiguilletage. On obtient ainsi la couche fibreuse illustrée aux figures 6 et 7 comprenant le premier ensemble de trous 11a et le deuxième ensemble de trous 11b, décalé du premier ensemble. Les trous 11a et 11b des premier et deuxième ensembles sont formés dans la même couche fibreuse 10. La réalisation de l'étape de décalage entre les première et deuxième étapes d'aiguilletage permet donc d'uniformiser la répartition des points d'aiguilletage sans endommager la couche fibreuse.
  • Durant chacune des première et deuxième étapes d'aiguilletage, il peut y avoir une alternance de phases de translation le long de l'axe de déplacement et de phases d'arrêt le long de cet axe, l'aiguilletage de la couche fibreuse étant réalisé par la tête d'aiguilletage durant les phases d'arrêt. Dans ce cas, la translation réalisée durant les première et deuxième étapes d'aiguilletage est effectuée de manière incrémentale. L'aiguilletage est avantageusement réalisé uniquement durant les phases d'arrêt. On peut réaliser, durant chacune des première et deuxième étapes d'aiguilletage, une alternance entre des phases de translation de la couche fibreuse le long de l'axe de déplacement et des phases d'arrêt de cette couche fibreuse, l'aiguilletage étant réalisé durant ces phases d'arrêt. On peut encore réaliser, durant chacune des première et deuxième étapes d'aiguilletage, une alternance entre des phases de translation de la tête d'aiguilletage le long de l'axe de déplacement et des phases d'arrêt de cette tête d'aiguilletage le long de l'axe de déplacement, l'aiguilletage étant réalisé durant ces phases d'arrêt. L'invention concerne aussi la variante où le déplacement est effectué de manière continue durant les étapes d'aiguilletage. Les aiguilles de la tête d'aiguilletage peuvent par ailleurs présenter une forme allongée leur conférant une souplesse limitant le cisaillement de la couche fibreuse.
  • L'exemple qui vient d'être décrit illustre l'aiguilletage d'une unique couche fibreuse. On ne sort pas du cadre de l'invention lorsque la couche fibreuse aiguilletée par le procédé selon l'invention est positionnée sur une structure fibreuse sous-jacente. La structure fibreuse peut comporter une ou plusieurs couches fibreuses, par exemple reliées entre elles par aiguilletage. Dans le cas où la couche fibreuse est positionnée sur une structure fibreuse, l'aiguilletage réalisé permet que des fibres de la couche fibreuse 10 pénètrent dans la structure fibreuse sous-jacente, assurant ainsi la liaison de la couche fibreuse à cette structure. On obtient ainsi une préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux d'une pièce en matériau composite à obtenir.
  • Une fois une couche fibreuse aiguilletée par le procédé selon l'invention, on peut positionner sur celle-ci une deuxième couche fibreuse. Cette deuxième couche fibreuse peut ensuite être aiguilletée par le procédé selon l'invention afin d'être reliée à la première couche sous-jacente. Un pas de descente peut être imposé à la table 120 afin de contrôler la profondeur de pénétration des aiguilles au sein des première et deuxième couches fibreuses. On peut répéter le procédé en empilant au moins une troisième couche fibreuse sur les première et deuxième couches fibreuses.
  • Il vient d'être décrit en lien avec les figures 1 à 7, un exemple de procédé d'aiguilletage où la direction de décalage DD est parallèle à l'axe de déplacement X. Ce cas est résumé à la figure 8 où l'on voit dans la partie inférieure la couche fibreuse 10 avant réalisation de la première étape d'aiguilletage (aucun trou n'a encore été réalisé). Sur la partie supérieure de la figure 8, il a été représenté la couche fibreuse 10 après réalisation de la première étape d'aiguilletage avant et après l'étape de décalage selon la direction DD (la position des trous 11a illustrée dans la partie supérieure correspond à la position avant décalage). La partie intermédiaire de la figure 8 illustre, quant à elle, la couche fibreuse après la deuxième étape d'aiguilletage dans laquelle il y a présence de trous 11b du deuxième ensemble alternant avec les trous 11a du premier ensemble. L'invention n'est toutefois pas limitée à la réalisation d'un décalage le long d'une direction de décalage DD parallèle à l'axe de déplacement X, comme il va être décrit plus bas.
  • En effet, la figure 9 illustre le cas d'un décalage dans une direction de décalage DD transverse et non perpendiculaire à l'axe de déplacement X. Dans le cas illustré à la figure 9, la direction de décalage DD forme un angle sensiblement égal à 45° avec l'axe X. On a représenté, de manière similaire, à la figure 10 le cas d'un décalage dans une direction de décalage DD perpendiculaire à l'axe de déplacement X. Dans les deux cas illustrés, la couche fibreuse 10 est translatée dans un deuxième sens d'avancée D2, opposé au premier sens d'avancée D1, durant la deuxième étape d'aiguilletage.
  • On peut former une préforme fibreuse d'une pièce en matériau composite par réalisation d'un procédé d'aiguilletage tel que décrit plus haut. Une fois cette préforme obtenue, on peut de manière connue en soi former une matrice dans la porosité de cette préforme. La matrice densifiant la préforme fibreuse peut être organique, céramique ou en carbone. Diverses méthodes de formation d'une matrice, connues en soi, peuvent être envisagées comme par exemple l'injection d'un polymère liquide et le traitement thermique de ce dernier afin de le réticuler, et éventuellement de le pyrolyser, afin de former la matrice. On peut encore utiliser une méthode de densification par voie gazeuse dans laquelle la matrice est formée par infiltration par un précurseur à l'état gazeux.
  • La pièce en matériau composite obtenue peut être un corps de vanne ou un pointeau de vanne.
  • L'expression « compris(e) entre ... et ... » doit se comprendre comme incluant les bornes.

Claims (11)

  1. Procédé d'aiguilletage d'une couche fibreuse (10), comprenant au moins :
    - une première étape d'aiguilletage de la couche fibreuse (10) par une tête d'aiguilletage (110) durant laquelle on réalise une translation de la couche fibreuse (10) relativement à la tête d'aiguilletage (110), les aiguilles de la tête d'aiguilletage étant réparties uniformément sur une surface de la tête d'aiguilletage,
    - une étape de décalage, réalisée après la première étape d'aiguilletage, durant laquelle la couche fibreuse (10) est déplacée relativement à la tête d'aiguilletage (110) le long d'une direction de décalage (DD) et d'une distance d égale à N.x.p, où N est un nombre entier au moins égal à 1, x est un coefficient strictement supérieur à 0 et strictement inférieur à 1 et p désigne la distance séparant deux aiguilles (111) consécutives de la tête d'aiguilletage (110) le long de la direction de décalage (DD), et
    - une deuxième étape d'aiguilletage de la couche fibreuse (10) par la tête d'aiguilletage (110), réalisée après l'étape de décalage, durant laquelle on réalise une translation de la couche fibreuse (10) relativement à la tête d'aiguilletage (110), les aiguilles ne pénétrant pas, durant la deuxième étape d'aiguilletage, dans les trous formés durant la première étape d'aiguilletage.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la translation réalisée durant la première étape d'aiguilletage est effectuée le long d'un axe (X) de déplacement, et dans lequel la direction de décalage (DD) est non perpendiculaire à cet axe (X) de déplacement.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la direction de décalage (DD) est parallèle à l'axe (X) de déplacement.
  4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la translation réalisée durant la première étape d'aiguilletage est effectuée le long d'un axe (X) de déplacement, et dans lequel la direction de décalage (DD) est perpendiculaire à cet axe de déplacement.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la translation réalisée durant la première étape d'aiguilletage est effectuée dans un premier sens d'avancée (D1), et dans lequel la translation réalisée durant la deuxième étape d'aiguilletage est effectuée dans un deuxième sens d'avancée (D2), opposé au premier sens d'avancée.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la couche fibreuse (10) est déplacée en translation le long d'un axe (X) de déplacement durant chacune des première et deuxième étapes d'aiguilletage et dans lequel la position de la tête d'aiguilletage (110) le long de l'axe (X) de déplacement est fixe durant chacune des première et deuxième étapes d'aiguilletage.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel il y a, durant chacune des première et deuxième étapes d'aiguilletage, une alternance de phases de translation le long de l'axe de déplacement (X) et de phases d'arrêt le long de cet axe (X), l'aiguilletage de la couche fibreuse (10) étant réalisé par la tête d'aiguilletage (110) durant les phases d'arrêt.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la tête d'aiguilletage (110) est maintenue fixe et la couche fibreuse (10) est déplacée de la distance d le long de la direction de décalage (DD) durant l'étape de décalage.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le coefficient x est compris entre 0,1 et 0,9.
  10. Procédé de fabrication d'une préforme fibreuse multicouches aiguilletée comprenant au moins la liaison par aiguilletage d'une couche fibreuse (10) à une structure fibreuse sous-jacente par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
  11. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite, comprenant au moins les étapes suivantes :
    - fabrication d'une préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux de la pièce à obtenir par mise en oeuvre du procédé selon la revendication 10, et
    - formation d'une matrice dans la porosité de la préforme fibreuse afin d'obtenir la pièce en matériau composite.
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