FR2587083A1 - Element tubulaire en materiau composite - Google Patents

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    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A21/00—Barrels; Gun tubes; Muzzle attachments; Barrel mounting means
    • F41A21/02—Composite barrels, i.e. barrels having multiple layers, e.g. of different materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/12—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement

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Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE A UN ELEMENT TUBULAIRE 1 DONT LA PAROI 2 EST REALISEE A PARTIR D'ENROULEMENT DE FIBRES IMPREGNEES DE RESINE THERMODURCISSABLE. IL EST CARACTERISE EN CE QU'IL PRESENTE UNE PAROI 2 GLOBALEMENT COMPOSEE D'AU MOINS UNE ENVELOPPE INTERNE 4 TUBULAIRE DE STRUCTURE SENSIBLEMENT CONTINUE, EN MATERIAU POSSEDANT AU MOINS DES PROPRIETES REFRACTAIRES, AUTOUR DE LAQUELLE ENVELOPPE INTERNE 4 SONT REALISES LE OU LES ENROULEMENTS DE MATERIAU FIBREUX QUI CONSTITUENT QUANT A EUX AU MOINS UNE ENVELOPPE EXTERNE 5 APTE A CONFERER AUDIT ELEMENT 1 CES PROPRIETES MECANIQUES DE RESISTANCE A L'ECLATEMENT. APPLICATION A L'INDUSTRIE DES MATERIAUX COMPOSITES.

Description

L'invention se rapporte à un élément tubulaire en matériau composite.
Elle s'applique plus particulièrement mais non exclusivement aux tubes qui, tout en ayant une bonne tenue à l'éclatement sous les pressions internes élevées, doivent présenter une bonne résistance interne à l'abrasion ainsi qu'à l'échauffement.
A ce jour, on connaît des éléments tubulaires légers réalisés à partir de fibres préalablement imprégnées d'une résine thermodurcissable avant d'être tant enroulées en couches successives sur un mandrin puis comprimées radialement et chauffées jusqu'à polymérisation de la résine.
C'est par tout moyen de roulage connu tel une table de roulage à plateaux thermostatés, des machines à rouleaux chauffants fixes ou rotatifs,etc ... que les fibres imprégnées de résine sont enroulées autour de leur mandrin en un certain nombre de- couches.
En vue de leur enroulement, les fibres peuvent être isolées ou regroupées en ruban voire même reliées entre elles par une trame plus ou moins dense et former un tissé de fibres.
Pendant, l'enroulement les fibres principales recoivent l'orientation requise pour résister aux contraintes.
A ce jour, pour augmenter la résistance à l'éclatement du tube sans augmenter notablement son poids, il est connu lors de l'opération d'enroulement que le défilement des fibres soit contrôle par un dispositif leur imprimant une tension croissante.
Malgré ce progrés notable au niveau des propriétés mécaniques de résistance à l'eclatement des tubes obtenus par enroulement de fibres, ceux-ci se dégradent très vite lorsqu'ils sont soumis intérieurement à l'action répétitive et combinée d'un échauffement et d'une abrasion.
Cette dégradation est principalement inhérente au fait que la structure de l'élément tubulaire présente une certaine discontinuité au moins au niveau de la paroi interne du dit élément.
En effet, malgré les propriétés de la résine utilisée que la paroi de 1 'élément tubulaire soit obtenue, en combinaison avec une imprégnation de résine, par enroulement primaire d'un tissé de fibres ou par enroulement primaire sensiblement spiralé d'un ruban de fibres, cette paroi présente nécessairement au moins une amorce de décollement ou discontinuité du matériau qui la constitue et cette amorce est progressivement mise à jour par l'usure notamment par érosion de la fine couche de résine qui tapisse intérieurement les fibres qui forment la paroi.
Dans le cas d'un enroulement primaire réalisé à partir d'une feuille de matériau tissé, l'amorce de décollement ou discontinuité se situe au niveau de la génératrice ou débute la feuille dans le dit enroulement.
Dans le cas d'un enroulement primaire sensiblement spiralé de ruban de fibres, l'amorce de décollement se situe sensiblement au long de chaque spire de ruban jouxtant la face interne de la paroi.
Cet inconvénient interdit à de tels tubes de nombreuses applications telles celle comme tube lance missile, lequel doit résister à une série minimale de vingt cinq tirs en salve ou nom sans dégradation.
Aucun décollement de couche n'est toléré en partie ou totalement.
-P-ou-r tenter d'y remédier, il est connu d'utiliser des résines spéciales telles des résines époxy ou polyimide mais, outre que cela ne fait que retarder le décollement, cela augmente très sensiblement le prix de revient.
Un résultat que l'invention vise à obtenir est un élément tubulaire en matériau composite notamment en fibres de verre imprégnées de résine qui, tout en offrant une résistance à l'éclatement élevée présente une bonne résistance interne aux actions répétitives et combinées de l'échauffement et de l'abrasion.
A cet effet, l'invention a pour objet un tube du type précité notamment caractérisé en ce que l'élément tubulaire présente une paroi globalement composée d'au moins une enveloppe interne tubulaire de structure sensiblement continue, en matériau possédant au moins des propriétés réfractaires, autour de laquelle enveloppe interne sont réalisés le ou les enroulements de matériau fibreux qui constituent quant à eux au moins une enveloppe externe apte à conférer au dit élément ces propriétés mécaniques de résistance à l'éclatement.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement
- figure 1 : une vue partiellement arrachée d'un élément tubulaire selon l'invention,
- figure 2 : une vue partiellement arrachée d'un élément tubulaire selon une variante de réalisation.
En se reportant au dessin, on voit que la paroi 2 d'un élément tubulaire 1 en matériau composite comprend une structure composée de couches successives de matériau fibreux imprégnées de liant enroulées autour d'un mandrin puis polymérisées.
Classiquement, le liant est une résine thermodurcissable.
Quant au matériau fibreux, il s'agit généralement de fibres de verre 3 isolées ou regroupées en ruban plus ou moins large, voire même reliées entre elles par une trame plus ou moins dense (non représentée).
Cependant, on note qu'au lieu d'être uniquement constitué d'enroulements plus ou moins complexes de matériau fibreux, selon l'invention, l'element tubulaire 1 présente une paroi 2 globalement composée d'au moins une enveloppe interne 4 tubulaire de structure sensiblement continue, en matériau possédant au moins des propriétés réfractaires, autour de laquelle enveloppe interne 4 sont réalisés le ou les enroulements de matériau fibreux qui constituent quant à eux au moins une enveloppe externe 5 apte à conférer au dit élément 1 ses propriétés mécaniques de résistance à l'éclatement.
Dans un mode préféré de réalisation, l'enveloppe interne 4 est formée d'une gaine 7 en fibres tressées et de contexture serrée, laquelle est imprégnée avec un liant durcissable 8 possédant des propriétés réfractaires tel une résine phénolique du type RESOL en solution ou ABLATIVE en solution
Bien entendu, la gaine 7 est de dimensions adaptées à celles de l'élément tubulaire 1 que l'on veut fabriquer.
Selon une autre forme de réalisation, l'enveloppe-interne 4 est formée d'au moins un enroulement 9 d'un film 10 de 0,2 à 0,5 millimètre d'épaisseur en matériau durcissable la non armé de fibres et possédant des propriétés réfractaires et des
propriétés adhésives pour l'interface avec le reste du tube.
Ce film peut être directement enroulé autour du mandrin ou préalablement découpé en ruban et spiralé en spires jointives autour du mandrin.
Dans le deuxième cas, le produit offre momentanément une génératrice continue comme un tissu de verre mais par fusion et fluage, lors de la polymérisation, les spires se reconstitueront en un fourreau continu ou tout au moins la génératrice continue s'estompera.
Autour de l'enveloppe interne 4 obtenue selon l'une ou l'autre de ces formes de réalisation, on procède de manière classique à l'enroulement de fibres qui constitueront l'enveloppe externe 5.
Les fibres auront évidemment des orientations (non représentées) déterminées en fonction des contraintes auxquelles l'élément tubulaire 1 sera soumis.
Elles se présentent de préférence sous la forme de tissus (par exemple de verre) préimprégnês d'un liant tels une résine epoxy ou phénolique type RESOL.
Notamment dans la première forme de réalisation, elles pourraient toutefois se présenter sous la forme de simples filaments imprégnés de résine epoxy.
Avantageusement, les fibres seront enroulées en leur imprimant une tension croissante.
Ensuite, l'ensemble des deux enveloppes internes 4 et externe 5, est bien entendu comprimé radialement sur son mandrin puis chauffe jusqu'à polymérisation.
Grâce à leur garnissage intérieur de forme continue et en matériau réfractaire, les éléments tubulaires ainsi constitués sont susceptibles
- de résister à des températures et des pressions internes très élevées et,
- de résister à l'usure y compris par érosion, empêchant ainsi le décollement des matériaux fibreux constituant leur armature et peuvent donc recevoir de très nombreuses applications y compris comme tube lance missile.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Elément tubulaire (1) dont la paroi (2) est réalisée par enroulement sur un mandrin de fibres imprégnées de résine thermodurcissable suivi d'une polymérisation, CARACTERISE en ce qu'il présente une paroi (2) globalement composée d'au moins une enveloppe interne (4) tubulaire de structure sensiblement continue, en matériau possédant au moins des propriétés réfractaires, autour de laquelle enveloppe interne (4) sont réalisés le ou les enroulements de matériau fibreux qui constituent quant à eux au moins une enveloppe externe (5) apte à conférer au dit élément (1) ces propriétés mécaniques de résistance à l'éclatement.
2. Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enveloppe interne (4) est formée d'un film (10) en matériau durcissable (11) non arme de fibres et possédant des propriétés réfractaires.
3. Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enveloppe interne (4) est formée d'une gaine (7) en fibres tressées imprégnées de liant durcissable (8) possédant des propriétés réfractaires.
4. Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enveloppe interne (4) est formée d'un enroulement sensiblement spirale (9) à spires jointives d'au moins un ruban (10) en matériau durcissable (11) non arme de fibres et possédant des propriétés réfractaires, lesquelles spires jointives se constitueront en un fourreau continu par fusion et fluage lors de la polymérisation.
5. Elément selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que le liant possédant des propriétés réfractaires est une résine phénolique du type RESOL en solution.
6. Elément selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que le liant possédant des propriétés réfractaires est une résine phénolique du type ABLATIVE en solution.
7. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le liant durcissable (8) imprégnant le matériau fibreux de la structure externe est une résine phénolique de type RESOL.
8. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le liant durcissable (8) imprégnant le matériau fibreux de la structure externe est une résine phénolique de type epoxy.
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