FR2629010A1 - Peripheral frame and elastomeric seal for panel consolidation membrane - confines succession of reinforced resin panels for e.g. boat superstructure, under vacuum - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif d'étanchéité pour La polymérisation d'une pièce de forie et procédé de fabrication d'une telle pièce.Sealing device for the polymerization of a workpiece and method of manufacturing such a part.
DESCRIPTION
L'invention concerne un dispositif d'etanchéité conçu pour assurer la poiimérisation sous vide d'une pièce de forme sur un moule, ainsi qu'un procédé de fabrication d'une telle piece.DESCRIPTION
The invention relates to a sealing device designed to ensure vacuum poiimerization of a shaped part on a mold, as well as a method of manufacturing such a part.
Dans de nombreuses industries, on utilise des éléments en matériaux composites, notamment pour constituer l'habiLlage décoratif interne d'un volume habité. Parmi ces industries, on citera par exemple
Les industries aeronautique et automobiLe, Le mi lieu nautique, les transports ferroviaire et maritime, Le bâtiment, etc.. Selon les applications, Les éLéments d'habillage peuvent avoir des formes très differentes et les matériaux composites qui Les constituent Sont, selon Le cas, monolithiques ou de structure sandwich.In many industries, elements made of composite materials are used, in particular to constitute the internal decorative dressing of an inhabited volume. These industries include, for example
The aeronautical and automotive industries, the nautical environment, rail and maritime transport, the building, etc. Depending on the applications, the covering elements can have very different shapes and the composite materials which constitute them are, depending on the case. , monolithic or sandwich structure.
Les materiaux composites constituant ces éléments d'habillage sont pratiquement toujours constitués de fibres de carbone noyées dans une matrice de matière plastique dont La rigidification est obtenue par une réaction de polymerisation. Pour que cette réaction puisse se produire, il est nécessaire d'élever la température du matériau et de faire le vide. The composite materials constituting these covering elements are almost always made up of carbon fibers embedded in a plastic matrix, the stiffening of which is obtained by a polymerization reaction. In order for this reaction to occur, it is necessary to raise the temperature of the material and to create a vacuum.
Sur la figure 1 des dessins annexés, on a représenté schématiquement une partie d'un dispositif utilisé actuellement pour fabriquer des pieces de forme en matériaux composites destinées notamment à constituer des éléments d'habillage d'un volume habité. In Figure 1 of the accompanying drawings, there is shown schematically a part of a device currently used for manufacturing shaped parts of composite materials intended in particular to constitute trim elements of an inhabited volume.
Ce dispositif comprend un moule 10 dont la face superieure active a une forme complementaire de celle de La pièce à fabriquer. Le matériau M constitutif de La pièce a fabriquer et qui se presente à L'origine sous forme maleable est drapé sur la face active du moule 10. Un tissu de drainage 12 est placé sur toute la surface du matériau M, après que ce dernier ait été recouvert d'un film 14 empêchant le tissu 12 d'adhérer sur ce matériau. Un dispositif d'étanchéité est ensuite mis en place sur le moule, de façon à recouvrir en totalite le matériau M, le tissu de drainage 12 et Le film anti-adhérent 14 et à coopérer de manière étanche avec le bord périphérique du moule 10. En faisant ensuite Le vide entre ce dispositif d'étanchéité et le moule, et en éLevant la température, on réalise La polymérisation du matériau M, qui devient alors rigide. This device comprises a mold 10, the active upper face of which has a shape complementary to that of the part to be manufactured. The material M constituting the part to be produced and which is originally present in maleable form is draped over the active face of the mold 10. A drainage fabric 12 is placed over the entire surface of the material M, after the latter has been covered with a film 14 preventing the fabric 12 from adhering to this material. A sealing device is then placed on the mold, so as to completely cover the material M, the drainage fabric 12 and the non-stick film 14 and to cooperate sealingly with the peripheral edge of the mold 10. By then creating a vacuum between this sealing device and the mold, and by raising the temperature, polymerization of the material M is carried out, which then becomes rigid.
Comme l'illustre la figure 1, le confinement étanche du matériau M recouvert du film anti-adherent 14 et du tissu de drainage 12 sur Le moule 10 est réalisé actuellement en plaçant sur toute la périphérie du moule 10 un cordon de mastic d'étanchéité autocollant 16, puis en recouvrant le tissu de drainage 12 et le cordon de mastic 16 par un film plastique déformable 18 de très faible épaisseur (par exemple 0,06 mm environ). Une valve anti-retour montée de façon étanche dans Le film plastique déformable permet de raccorder le dispositif d'étanchéité ainsi réalise à une pompe à vide. As illustrated in FIG. 1, the sealed confinement of the material M covered with the non-stick film 14 and of the drainage fabric 12 on the mold 10 is currently produced by placing a bead of sealing mastic over the entire periphery of the mold 10 sticker 16, then covering the drainage fabric 12 and the bead of mastic 16 with a deformable plastic film 18 of very small thickness (for example approximately 0.06 mm). A non-return valve mounted in a sealed manner in the deformable plastic film makes it possible to connect the sealing device thus produced to a vacuum pump.
Cette technique utilisée actuellement présente de nombreux inconvénients. This technique currently used has many drawbacks.
Ainsi, Le cordon de mastic qui assure L'étanchéité entre Le film plastique et Le moule est un organe perissable qui ne peut pas etre récupéré après poLymérisation. De plus, l'approvisionnement doit être fait à des dates très précises et le stockage doit satisfaire à des conditions de temperature et d'hygrométrie très pénalisantes. Thus, the bead of sealant which seals between the plastic film and the mold is a perishable organ which cannot be recovered after polymerization. In addition, the supply must be made on very specific dates and the storage must satisfy very disadvantageous temperature and humidity conditions.
Le film plastique déformable assurant
L'étanchéité du confinement est également irrecupérable après la polymérisation. Il doit en outre être capable de résister à des temperatures pouvant s'éle- ver jusqu'a 1500c à 200 C environ.The deformable plastic film ensuring
The tightness of the containment is also irrecoverable after the polymerization. In addition, it must be able to withstand temperatures of up to 1500c at around 200C.
Enfin, La mise en place du cordon de mastic et du film plastique conduit à une perte de temps importante. Finally, the installation of the bead of mastic and the plastic film leads to a significant loss of time.
L'invention a principalement pour objet un dispositif d'étanchéité conçu pour être utilisé pour polymériser des pièces de forme en matériau composite à la place du cordon de mastic d'étanchéité et du film plastique utilisés actuellement, ce dispositif d'étanchéité constituant un produit unique apte à être réutilisé après chaque polymérisation et dont la réalisation, La mise en place et le stockage ne réclament pas de soins particuliers. The main object of the invention is a sealing device designed to be used for polymerizing shaped parts made of composite material instead of the bead of sealing mastic and the plastic film currently used, this sealing device constituting a product. unique able to be reused after each polymerization and whose implementation, the establishment and storage do not require special care.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce de forme par polymérisation utilisant un tel dispositif d'étanchéité. The invention also relates to a method of manufacturing a shaped part by polymerization using such a sealing device.
Ainsi, il est proposé conformément à l'in- vention un dispositif d'étanchéité, pour la polymérisation d'une pièce de forme sur un moule, caractérisé par Le fait qu'il comprend un cadre rigide portant sur une face un organe d'etancheite apte à venir s'appliquer sur Le moule, Line membrane souple et etanche dont un bord périphérique est fixé de façon étanche sur le cadre rigide, et un embout traversant la membrane de façon étanche et apte à être relie à une source de vide. Thus, according to the invention, a sealing device is proposed for the polymerization of a shaped part on a mold, characterized by the fact that it comprises a rigid frame carrying on one face a member of sealing adapted to come to be applied to the mold, flexible and waterproof membrane line, a peripheral edge of which is fixed in a sealed manner to the rigid frame, and a nozzle passing through the membrane in a sealed manner and capable of being connected to a source of vacuum.
SeLon un mode de realisation particulier de l'invention, L'organe d'étanchéité est un boudin creux, en un matériau souple tel qu'un matériau elastomère, comportant un talion fixé sur le cadre rigide et, de preference, une Levure apte à venir s'appliquer sur le moule à l'extérieur du boudin creux. According to a particular embodiment of the invention, the sealing member is a hollow rod, made of a flexible material such as an elastomeric material, comprising a talion fixed on the rigid frame and, preferably, a yeast capable of come and apply on the mold outside the hollow tube.
Le cadre rigide peut être constitue par un tube creux dont L'une des faces presente, sur toute la longueur du tube, une fente dans laquelle est emboîté
Le talon du boudin creux. Le tube creux formant le cadre rigide présente notamment une section carrée dont un côté forme ladite face du tube.The rigid frame can be constituted by a hollow tube, one of the faces of which presents, over the entire length of the tube, a slot in which is fitted
The heel of the hollow sausage. The hollow tube forming the rigid frame has in particular a square section, one side of which forms said face of the tube.
Par ailleurs, le bord périphérique de la membrane, qui est réalisee de préférence en un matériau élastomère, est presse entre une face du tube creux opposée à La face apte à s'appliquer sur le moule et une bande rigide par des moyens de fixation tels que des vis. Furthermore, the peripheral edge of the membrane, which is preferably made of an elastomeric material, is pressed between a face of the hollow tube opposite to the face capable of being applied to the mold and a rigid strip by fixing means such as only screws.
Un mode de réalisation particulier de l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement Limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe representant une partie d'un dispositif permettant de fabriquer une piece de forme par polymérisation selon la technique antérieure ;
- La figure 2 est une vue en perspective représentant un dispositif d'étanchéité conforme à l'invention, pour La réalisation d'une pièce de forme sur un moule par polymérisation ; et
- la figure 3 est une vue en coupe comparable à la figure 1 illustrant la fabrication d'une piece de forme par polymérisation, à L'aide du dispositif d'etancheite de la figure 2.A particular embodiment of the invention will now be described by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which
- Figure 1, already described, is a sectional view showing part of a device for manufacturing a shaped part by polymerization according to the prior art;
- Figure 2 is a perspective view showing a sealing device according to the invention, for the production of a shaped part on a mold by polymerization; and
- Figure 3 is a sectional view comparable to Figure 1 illustrating the manufacture of a shaped part by polymerization, using the sealing device of Figure 2.
Sur la figure 2, on a designe de façon genérale par la référence 20 un dispositif d'étanchéité conforme à L'invention. Ce dispositif est destiné, comme on le verra ulterieurement, à être placé sur un moule pour assurer Le confinement étanche d'un matériau drapé sur ce moule, afin d'assurer la mise sous vide de ce matériau nécessaire à sa polymérisation. In Figure 2, there is generally designated by the reference 20 a sealing device according to the invention. This device is intended, as will be seen later, to be placed on a mold to ensure the tight confinement of a material draped over this mold, in order to ensure the evacuation of this material necessary for its polymerization.
Le dispositif d'étanchéité 20 constitue un produit unique et recupérable qui se compose principalement d'un cadre rigide 22 portant sur l'une de ses faces un organe d'étanchéité 24, et d'une membrane d'étanchéité souple 26 dont le bord périphérique est fixé de façon étanche sur Le cadre rigide 22. The sealing device 20 constitutes a unique and recoverable product which mainly consists of a rigid frame 22 carrying on one of its faces a sealing member 24, and of a flexible sealing membrane 26 whose edge peripheral is tightly fixed to the rigid frame 22.
De façon plus precise, le cadre 22 est formé dans un tube métallique creux, de section carrée, comme
L'illustre La figure 3. Les différentes portions de tube constituant le cadre sont assemblées de façon étanche par soudure, de façon à donner au cadre une forme complementaire de la forme du bord périphérique du moule 10 avec lequel le dispositif d'étanchéité 20 doit être utilisé. Dans la majorité des cas, Les deux faces opposées du cadre 22, qui sont formées par deux côtés opposés du carré définis en section par le tube formant ce cadre, sont planes. Il est cependant possible de donner à ces faces des formes non planes dans certains cas particuliers.More specifically, the frame 22 is formed in a hollow metal tube, of square section, as
The illustrated in FIG. 3. The different portions of tube constituting the frame are assembled in a sealed manner by welding, so as to give the frame a shape complementary to the shape of the peripheral edge of the mold 10 with which the sealing device 20 must to be used. In the majority of cases, the two opposite faces of the frame 22, which are formed by two opposite sides of the square defined in section by the tube forming this frame, are plane. It is however possible to give these faces non-planar shapes in certain particular cases.
Sur L'une des faces du cadre 22 prévue pour être tournee vers Le moule 10, une fente 28 est formée sur toute La longueur du tube, approximativement au centre du côté du carré défini en section par ce tube. On one of the faces of the frame 22 intended to be turned towards the mold 10, a slot 28 is formed over the entire length of the tube, approximately at the center of the side of the square defined in section by this tube.
L'organe d'étanchéité 24 est constitué quant à Lui par un boudin creux réaLisé en un matériau souple et etanche tel que du caoutchouc ou que tout autre matériau élastomère résistant à des temperatures d'environ 1500C à 2O00C. Le boudin creux constituant
L'organe d'étanchéité 24 présente une section approximativement circulaire et s'entend sur toute la
Longueur du cadre 22, auquel il est fixe par un talon 30 à section en forme de T, qui est emboîté à force dans le tube formant Le cadre 22 par La fente 28. Afin d'améliorer L'étanchéité, un produit élastomère vulcanisant à température ambiante et ayant Les mêmes caractéristiques de tenue en température que L'organe d'étanchéité 24 est interposé entre ce dernier et le cadre 22. L'organe d'étanchéité 24 est ainsi solidarisé de façon étanche du cadre 22, d'une manière qui apparait clairement sur la figure 3.The sealing member 24 is made up of a hollow tube made of a flexible and waterproof material such as rubber or any other elastomeric material resistant to temperatures of about 1500C to 2O00C. The hollow pudding constituting
The sealing member 24 has an approximately circular section and extends over the entire
Length of the frame 22, to which it is fixed by a heel 30 with a T-shaped section, which is forced into the tube forming the frame 22 by the slot 28. In order to improve the sealing, an elastomeric vulcanizing product with ambient temperature and having the same temperature resistance characteristics as the sealing member 24 is interposed between the latter and the frame 22. The sealing member 24 is thus secured in a sealed manner to the frame 22, in a manner which is clearly shown in Figure 3.
Pour parfaire L'étanchéité de son contact avec le moule 10, le boudin creux constituant l'organe d'étanchéité 24 comporte de préférence, dans sa partie opposée au talon 30 et tournée vers l'extérieur par rapport au boudin, une Lèvre 32. To perfect the tightness of its contact with the mold 10, the hollow tube constituting the sealing member 24 preferably comprises, in its part opposite the heel 30 and turned outwards relative to the tube, a Lip 32.
La membrane souple et etanche 26 est réalisée quant à elle en un matériau élastomère vulcanisé, d'épaisseur voisine de 1,5 mm à 2 mm et capable de résister à des températures d'environ 1500C à 2000C. The flexible and waterproof membrane 26 is made for its part from a vulcanized elastomeric material, of a thickness close to 1.5 mm to 2 mm and capable of withstanding temperatures of approximately 1500C to 2000C.
Le bord périphérique de la membrane 26 est fixé sur
La face du cadre 22 opposée à La face portant L''organe d'étanchéité 24 par des organes de fixation tels que des vis 34. Ces vis 34 sont visses dans des trous taraudés formés dans La face du cadre 22 opposée à
La fente 28 et une bande rigide 36, par exemple métallique, est placée entre Les têtes des vis 34 et le bord périphérique de la membrane 26, de telle sorte que ce bord est pressé de façon étanche entre la bande 36 et le cadre 22.The peripheral edge of the membrane 26 is fixed on
The face of the frame 22 opposite to the face carrying the sealing member 24 by fixing members such as screws 34. These screws 34 are screwed into tapped holes formed in the face of the frame 22 opposite to
The slot 28 and a rigid strip 36, for example a metallic strip, is placed between the heads of the screws 34 and the peripheral edge of the membrane 26, so that this edge is pressed in a sealed manner between the strip 36 and the frame 22.
En se reportant à la figure 2, on voit qu'un embout 38 équipé d'une valve anti-retour traverse ta membrane 26 de façon étanche. L'embout 38 permet de raccorder Le dispositif 20 à une source de vide (non représentee), pour assurer la mise en dépression de la pièce lors de sa polymérisation. Referring to Figure 2, we see that a tip 38 equipped with a non-return valve passes through your membrane 26 in a sealed manner. The end piece 38 makes it possible to connect the device 20 to a vacuum source (not shown), to ensure the vacuuming of the part during its polymerization.
L'utilisation du dispositif 20 qui vient d'être decrit pour la fabrication d'une pièce de forme conformément à l'invention va maintenant être décrite en se référant à la figure 3. The use of the device 20 which has just been described for the manufacture of a shaped part in accordance with the invention will now be described with reference to FIG. 3.
Au cours d'une première étape, en elle-meme classique, Le matériau malléable M destiné à constituer la pièce après sa polymérisation est drapé sur la face supérieure 10a du moule 1 0, dont la forme est complementaire de celle de la pièce à réaliser. On applique ensuite directement sur le matériau M un revêtement anti-adherent 14 tel qu'un film de tétrafluoréthylène, puis un tissu de drainage 12 constitué de fibres grossièrement tissées et n'entravant pas Le passage de l'air lors de la mise en dépression. During a first step, in itself conventional, the malleable material M intended to constitute the part after its polymerization is draped over the upper face 10a of the mold 1 0, the shape of which is complementary to that of the part to be produced . A non-stick coating 14 such as a tetrafluoroethylene film is then applied directly to the material M, then a drainage fabric 12 made of coarsely woven fibers and does not obstruct the passage of air during the depressurization .
Le revêtement anti-adhérent 14 a pour fonction, de façon habituelle, d'empêcher le collage du matériau
M sur le tissu de drainage 12.The non-stick coating 14 has the usual function of preventing the sticking of the material.
M on the drainage fabric 12.
Selon l'invention, le dispositif d'étanchéité 20 est ensuite mis en place, de telle sorte que
L'organe d'étanchéité 24 soit en contact avec La partie périphérique de La surface supérieure 10a du moule 10, au-delà des bords périphériques du matériau M, du film anti-adhérent 14 et du tissu de drainage 12.According to the invention, the sealing device 20 is then put in place, so that
The sealing member 24 is in contact with the peripheral part of the upper surface 10a of the mold 10, beyond the peripheral edges of the material M, of the non-stick film 14 and of the drainage fabric 12.
En raccordant l'embout 38 à une pompe à vide, on assure ensuite la mise en depression du volume délimite entre la face supérieur 10a du moule 10 et la membrane 26, à l'intérieur de L'organe d'étanchéité 24. La membrane 26 se plaque alors sur l'empilement formé par Le matériau M, le film anti-adhérent 14 et le tissu de drainage 12, comme le montre la figure 3. Le tissu de drainage 12 a précisément pour fonction d'assurer un bon placage de la membrane 26 sur le moule. By connecting the nozzle 38 to a vacuum pump, the delimited volume is then placed under vacuum between the upper face 10a of the mold 10 and the membrane 26, inside the sealing member 24. The membrane 26 is then pressed onto the stack formed by the material M, the non-stick film 14 and the drainage fabric 12, as shown in FIG. 3. The drainage fabric 12 precisely has the function of ensuring good plating of the membrane 26 on the mold.
On place ensuite l'ensemble dans une etuve et on élève la température jusqu'a environ 15O0C à 2000C pendant une période suffisante pour assurer la polymérisation complète du matériau M constituant la pièce de forme à realiser. The assembly is then placed in an oven and the temperature is raised to approximately 150 ° C. to 2000 ° C. for a period sufficient to ensure complete polymerization of the material M constituting the shaped part to be produced.
Lorsque la pièce est terminée, l'air est admis à nouveau par l'embout 38 et le dispositif d'étanchéité ZO peut être enlevé, puis réutilisé autant de fois que nécessaire. When the part is finished, air is admitted again through the nozzle 38 and the sealing device ZO can be removed, then reused as many times as necessary.
La membrane 26 peut notamment être fabriquée à partir d'une plaque d'élastomère crue (non vulcanisée). Cette plaque est découpee aux dimensions souhaitées et placée sur Le moule 10 en éliminant Les bulles d'air avec soin. On place ensuite sur la plaque d'élastomère un film d'étanchéité dont Le bord périphérique coopère de façon étanche avec le bord du moule par un cordon de mastic, après avoir pris soin d'interposer entre l'élastomère cru et le film d'étanchéité un film anti-adhérent et un tissu de drainage, selon la t e c h n i q'u e anterieure décrite précédemment en se référant à La figure 1. La plaque d'élastomère est ensuite vulcanisée en étuve sous vide à une température d'environ 1800C pendant 2 heures. The membrane 26 can in particular be manufactured from a raw (unvulcanized) elastomer plate. This plate is cut to the desired dimensions and placed on the mold 10, carefully removing the air bubbles. A sealing film is then placed on the elastomer plate, the peripheral edge of which cooperates sealingly with the edge of the mold by a bead of mastic, after taking care to interpose between the raw elastomer and the film. sealing a non-stick film and a drainage fabric, according to the previous technique described above with reference to FIG. 1. The elastomer plate is then vulcanized in a vacuum oven at a temperature of around 1800C for 2 hours.
Grâce au dispositif d'étanchéité selon l'invention, le film et Le mastic d'étanchéité i rré- cupérables utilisés antérieurement sont remplacés par un produit unique et récuperable. Il en résulte notamment un gain de temps dans la mise en oeuvre du procédé de polymérisation. Thanks to the sealing device according to the invention, the film and the sealant sealant i recoverable previously used are replaced by a single product and recoverable. This results in particular in saving time in the implementation of the polymerization process.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. En particulier, on comprend que le tube formant te cadre rigide du dispositif ainsi que L'organe d'étanchéité par laquelle ce tube est en appui sur le moule peuvent avoir des formes differentes de celles qui ont été décrites. De même, La fixation etanche du bord périphérique de La membrane sur le cadre peut être assurée d'une façon differente de celle qui a été décrite. Of course, the invention is not limited to the embodiment which has just been described by way of example, but covers all its variants. In particular, it is understood that the tube forming the rigid frame of the device as well as the sealing member by which this tube is supported on the mold may have shapes different from those which have been described. Likewise, the waterproof fixing of the peripheral edge of the membrane to the frame can be ensured in a different way from that which has been described.
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