FR2666045A1

FR2666045A1 - Procede de collage de talons sur des plaques en materiau composite, en vue de realiser des eprouvettes d'essais.

Info

Publication number: FR2666045A1
Application number: FR9010521A
Authority: FR
Inventors: Donchet Daniel
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1990-08-21
Filing date: 1990-08-21
Publication date: 1992-02-28
Anticipated expiration: 2010-08-21
Also published as: FR2666045B1

Abstract

Au cours de la fabrication des éprouvettes servant à effectuer des essais mécaniques, par exemple de traction ou de compression, sur des matériaux composites, il est proposé de coller des talons (20) sur des plaques (18) des matériaux à essayer, en les soumettant dans un autoclave à la pression et à la température nécessaires à la polymérisation de la colle (22). Pour cela, on place les ensembles talons-plaque sur un marbre (10), on les recouvre d'une vessie étanche (38), et on crée une dépression entre la vessie et le marbre afin d'assurer le maintien des pièces. Après introduction de l'ensemble dans l'autoclave et montée en pression, la dépression est supprimée. Des cales d'épaisseur (28) sont placées entre les talons (20) pour assurer leur positionnement et éviter le fluage de la colle.

Description

PROCEDE DE COLLAGE DE TALONS SUR DES PLAQUES EN MATERIAU
COMPOSITE, EN VUE DE REALISER DES EPROUVETTES D'ESSAIS
DESCRIPTION
L'invention concerne un procédé permettant de coller des talons, par exemple en matériau composite à base de fibres de verre, sur des plaques en matériau composite, à base notamment de fibres de carbone, afin de réaliser des éprouvettes destinées à subir des essais mécaniques tels que des essais de traction ou de compres selon.

Lors de la fabrication des éprouvettes en matériau composite destinées à subir des essais mécaniques, le collage des talons est habituellement réalisé sous presse, en deux étapes, chaque étape permettant de coller les talons situés d'un même coté de la plaque.

Cette technique de collage est lente, présente une répétitivité médiocre et conduit à la fabrication d'éprouvettes comportant des bavures de coLle sur les bords des talons attenants à l'éprouvette proprement dite. En effet, il n'est possible de placer simultanément dans la presse que des éprouvettes de même épaisseur, l'utilisation de cales de compensation étant pratiquement exclue car elle conduirait à l'application sur les éprouvettes de pressions différentes.

L'invention a précisément pour objet un nouveau procédé de collage des talons sur les plaques en matériau composite permettant de remédier à ces inconvénients et rendant notamment possible le collage simultané des talons d'un nombre quelconque d'éprouvettes, indépendamment de l'épaisseur de celles-ci, ce qui autorise une répétitivité excellente des essais effectués par la suite à l'aide des éprouvettes ainsi fabriquées.

Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un procédé de collage de talons sur des plaques en matériau composite, pour réaliser des éprouvettes destinées à subir des essais mécaniques, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : - mise en place, entre un marbre de référence et une
vessie étanche, d'au moins un empilement comprenant
une plaque d'un matériau composite à essayer, quatre
talons positionnés par paires de part et d'autre de
la plaque, un film de colle placé entre chaque talon
et la plaque, et des cales de même épaisseur que les
talons, remplissant totalement des espaces formés
entre les talons, de part et d'autre de la plaque ; - mise en dépression du volume emprisonné entre la vessie
et le marbre et contenant ledit empilement, de façon
à assurer le maintien de ce dernier ;; - introduction de l'ensemble constitué par la vessie,
le marbre et l'empilement, à l'intérieur d'un appareil
à température et pression contrôlées ; - montée en pression de cet appareil jusqu'à une valeur
assurant le maintien dudit empilement, puis relâchement
de la dépression ; - suivi par ledit appareil d'un cycle de température
assurant le collage des talons sur la plaque.

En réalisant le collage dans un appareil à température et pression contrôlées tel qu'un autoclave, on comprend qu'il est possible de coller simultanément les talons d'un nombre d'éprouvettes qui peut être queLconque, dans la limite des dimensions de l'autoclave.

Etant donné que le cycle de température et les conditions de pression subies au cours du collage sont les mêmes pour toutes les éprouvettes contenues dans l'autoclave, la reproductibilité est très sensiblement augmentée par rapport à la technique antérieure dans laquelle le collage des talons s'effectuait à l'unité au moyen d'une presse.

Afin d'améliorer également la qualité des éprouvettes par rapport aux techniques de collage sous presse utilisées actuellement, on place de préférence dans l'empilement, entre la plaque et chacune des cales, une feuille d'étanchéité dont les bords adjacents au film de colle sont légèrement en retrait d'une distance déterminée par rapport à un plan passant par les bords adjacents des talons. Les bavures de colle qui existaient auparavant à cet endroit sont ainsi supprimées.

Afin d'obtenir un positionnement précis des talons sur la plaque, on réalise au moins deux trous traversant la plaque dans chaque paire de talons et on place un organe de fixation dans chacun de ces trous.

Avantageusement, après le collage des talons sur la plaque, on élimine les parties de bordure comportant les organes de fixation en découpant des éprouvettes dans la plaque portant les talons. On réalise ainsi des éprouvettes dont tous les bords sont parfaitement propres.

Dans le cas où les talons présentent des bords en gradins du côté des cales (cas des éprouvettes pour essais de traction), on place une cale étagée sur chacun de ces bords en gradins.

Le procédé selon l'invention est appliqué avantageusement au collage de talons sur des plaques en matériau composite comprenant 16 à 80 couches de fibres de carbone.

On utilise alors de préférence des talons en matériau composite, formés de fibres de verre entrecroisées à 450 par rapport à un axe longitudinal de l'éprouvette, ces fibres étant noyées dans une résine polymérisée. Dans certains cas, des talons métalliques peuvent aussi être utilisés.

On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale représentant de façon schématique un empilement destiné à être placé dans un autoclave afin de réaliser le collage des talons des éprouvettes que l'on désire fabriquer ;
- la figure 2 est une vue en perspective de la plaque en matériau composite constituant le coeur de l'empilement de la figure 1, illustrant le positionnement des talons sur cette plaque à l'aide de rivets, préalablement au collage ;
- la figure 3 est une vue en perspective illustrant l'introduction simultanée de plusieurs empilements tels qu'illustrés sur la figure 1 dans un autoclave destiné à assurer la polymérisation sous pression de la colle placée entre les talons et la plaque ; et
- la figure 4 est une vue de dessus montrant schématiquement la découpe des éprouvettes dans la plaque sur laquelle les talons ont été collés conformément à l'invention.

Sur la figure 1, la référence 10 désigne un marbre plan sur lequel sont placés un ou, de préférence, plusieurs empilements tels que celui qui est désigné de façon générale par la référence 12 sur la figure 1.

La seule Limite donnée aux dimensions du marbre 10 et, par conséquent, au nombre d'empilements 12 qu'il supporte, résulte du volume disponible à l'intérieur de l'autoclave dans lequel le marbre portant Les différents empilements doit être introduit ultérieurement. Cependant, on notera dès à présent que plusieurs marbres peuvent être placés les uns au-dessus des autres dans l'autoclave, de sorte que le nombre de pièces traitées simultanément dans l'autoclave n'est pas réellement limité par les dimensions du marbre 10.

Le marbre 10 est recouvert sur pratiquement toute sa surface d'une plaque élastomère 14, dont l'épaisseur peut être, par exemple, d'environ 2 mm.

Cette plaque 14 est recouverte d'un film antiadhésif 16 sur lequel sont placés les empilements 12.

Chacun de ces empilements 12 comprend dans sa partie centrale une plaque rectangulaire 18 du matériau composite sur lequel des essais mécaniques doivent être réalisés. Ce matériau composite peut être quelconque. Dans l'exemple décrit ici, il s'agit d'un matériau stratifié comprenant 16 à 80 couches de fibres de carbone noyées dans une résine polymérisée. L'orientation des fibres dans les différentes couches peut varier selon la nature du matériau sur lequel des essais doivent être effectués.

Aux deux extrémités opposées de la plaque 18, destinées à servir d'appui aux mors de L'appareil d'essais de chacune des éprouvettes à fabriquer on place de part et d'autre de cette plaque des talons 20, après avoir interposé des films de colle 22. Dans le mode de réalisation décrit, chacun des talons 20 est également réalisé en matériau composite et formé de quatre couches 20a de fibres de verre noyées dans une résine époxy polymérisée. Les fibres de verre de ces différentes couches 20a sont croisées et orientées à plus ou moins 45C par rapport à l'axe longitudinal de l'éprouvette à fabriquer, c'est-à-dire au plan de coupe de la figure 1. L'épaisseur totale de chacun des talons 20 est, par exemple, d'environ 1 mm. Les talons 20 sont positionnés de façon à ne pas dépasser de la plaque 18.

Dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures, Les talons 20 sont destinés à équiper des éprouvettes d'essais en traction. Le bord 20b (figure 2) de chacun des talons qui fait face au talon placé à L'autre extrémité de la plaque 18 présente alors une forme en gradins obtenue par la diminution de la largeur des couches 20a formant le talon 20, depuis la plaque 18 vers l'extérieur.

Dans le cas où les talons 20 sont destinés à équiper des éprouvettes d'essais en compression, ces talons présentent des bords droits.

Comme l'illustre la figure 2, avant que l'ensemble formé par la plaque 18, les talons 20 et les films de colle 22 ne soit placé sur le marbre 10, chacun des talons 20 est maintenu sur la plaque 18 par deux rivets 24 (dont un seul est représenté). Pour cela, deux trous sont formés dans chacun des empilements constitués par deux talons 20 et par la plaque 18 placée entre ces talons, après qu'un film de colle 20 ait été placé entre la plaque 18 et chacun des talons 20. Ces trous sont situés à proximité immédiate des bords latéraux de la plaque 18, de façon à traverser toutes les couches 20a de chacun des talons 20 ainsi que la plaque 18. Les rivets 24 placés dans ces trous permettent d'assurer le maintien en position des talons 20 par rapport à la plaque 18.De plus, leur localisation dans les parties de bordure de l'empilement autorise l'élimination des rivets 24 lorsque ces parties de bordure sont découpées après le collage. Cette découpe s'effectue en effet selon une ligne 26 qui permet d'éliminer les parties de l'empilement dans lesquelles peut se produire des effets de bordure préjudiciables à la bonne qualité de l'éprouvette obtenue.

Chacun des rivets 24 placés dans les trous ainsi usinés dans la plaque 18 et dans les talons 20 peut notamment être fabriqué au moyen d'un fil d'aluminium par exemple d'environ 2 mm de diamètre légèrement maté à ses extrémités afin de maintenir les talons 20 sur La plaque 18.

Pour réaliser le film de colle 22, on utilise une colle thermodurcissable qui est placée de telle sorte que le bord 22a du film de colle 22 correspondant au bord 20b de la couche 20a la plus proche de la plaque 18 se trouve en retrait de environ 0,5 mm à environ 1 mm par rapport à ce bord. Cela permet d'éviter que des excédents de colle ne soient rejetés vers la partie de la plaque 18 dépourvue de talon lors du fluage de la colle qui se produit sous l'effet de son échauffement et de la montée en pression.

La plaque 18 portant les talons 20 et les films de colle interposés 22 par l'intermédiaire des rivets 24 est équipée, entre les talons 20 placés d'un même côté de la plaque 18, de deux cales d'épaisseur 28 illustrées sur la figure 1.

Plus précisément, chacune des cales d'épaisseur 28 a la forme d'un rectangle qui remplit en totalité l'espace formé entre les bords 20b en vis-à-vis des talons 20. Ainsi, dans le cas où la distance séparant les bords en vis-à-vis des talons 20 est de 50 mm, la longueur de chacune des cales d'épaisseur 28 est également de 50 mm. De plus, l'épaisseur des cales d'épaisseur 28 est égale à l'épaisseur des talons 20, c'est-à-dire par exemple de 1 mm. En étant pratiquement en contact étanche avec les bords adjacents des talons 20, les cales d'épaisseur 28 permettent de bloquer le fluage de la colle 22 lors de la montée en pression et du cycle de traitement thermique.

Pour faciliter le 'démontage à la fin du collage
Les cales d'épaisseur 28 sont avantageusement revêtues d'un produit démoulant.

Comme l'illustre également la figure 1, une feuille d'étanchéité 30 est interposée entre la plaque 18 et chacune des cales d'épaisseur 28. Chacune de ces feuilles 30 présente une face adhésive par laquelle elle est fixée sur la plaque 18 correspondante et une face opposée revêtue d'un produit anti-adhésif tel que du polytétrafluoréthyléne du côté de la cale d'épaisseur 28. Les feuilles 30 ont pour fonction d'empêcher le passage de la colle 22 entre les cales 28 et la plaque 18. Leurs bords adjacents aux bords 22a de chacun des films de colle 22 sont placés en retrait d'environ 0,5 mm par rapport au plan de contact P entre les talons 20 et les cales d'épaisseur 28.

Dans l'exemple de réalisation représenté, pour combler les espaces entre les talons 20 et les
cales d'épaisseur 28 résultant de la forme en gradins des bords intérieurs 20b des talons 20, une cale étagée 31 est placée sur chacun de ces bords en gradins. Cette
cale étagée 31 peut notamment être obtenue en superposant et en collant trois épaisseurs de bandes démoulantes de 0,20 mm d'épaisseur, collées entre elles au moyen d'un adhésif double face de 0,05 mm d'épaisseur.

Chacun des ensembles qui vient d'être décrit
est placé sur le film anti-adhésif 16, puis un autre
film anti-adhésif 32 est placé sur cet ensemble. Le
film anti-adhésif 32, de même nature que le film 16,
présente une plus grande dimension que la dimension
présentée en vue de dessus par l'empilement 12, de telle
sorte que ses bords périphériques peuvent être rabattus
et appliqués directement sur le film anti-adhésif 16.

Ce film anti-adhésif 32 permet ainsi, notamment, d'isoler
l'ensemble dans lequel seront réalisées les éprouvettes
d'un moyen de drainage (non représenté), en cas de fluage
important de la colle 22.

Au-dessus de ce film anti-adhésif 32, on place
une plaque de matériau élastomère 34 de même nature
que la plaque 14 mais dont les dimensions coïncident
avec celles de l'empilement 12.

Enfin, la réalisation de chacun des empilements
12 est terminée par la mise en place sur la plaque 34
d'une contre-plaque 36, par exemple de 4 mm d'épaisseur,
dont les dimensions coïncident également avec celles de l'empilement 12.

Les plaques d'élastomère 14 et 34 qui sont placées entre le marbre 10 et la contre-plaque 36 permettent d'absorber les éventuelles variations d'épaisseurs des différentes pièces constituant l'empilement.

Lorsque tous les empilements 12 désirés ont ainsi été réalisés sur le marbre 10, ces empilements sont recouverts par une vessie d'étanchéité unique 38, recouverte intérieurement d'un tissu de drainage 40 sur toute sa surface.

Les bords périphériques de la vessie 38 sont fixés de façon étanche sur le marbre 10, par exemple au moyen d'un cadre d'étanchéité approprié, selon des techniques bien connues des spécialistes.

A l'aide d'une installation de vide (non représentée) raccordée soit sur le cadre précité, soit directement sur la vessie 38, on crée une dépression dans l'espace emprisonné entre le marbre 10 et la vessie 38. Cette dépression permet de maintenir en position chacun des éléments des empilements 12 emprisonnés entre la vessie et le marbre, avant L'introduction de l'ensemble dans un autoclave 42, comme l'illustre schématiquement la figure 3.

Comme on l'a déjà indiqué précédemment, il est possible dans certains cas d'introduire simultanément à l'intérieur d'un même autoclave 42 plusieurs marbres 10 supportant chacun un certain nombre d'empilements 12 réalisés de la manière décrite ci-dessus.

Après fermeture de L'autoclage 42, on effectue tout d'abord une montée en pression à l'intérieur de l'autoclave, afin d'atteindre dans ce dernier un niveau de pression dépassant la pression atmosphérique d'une valeur au moins égale à la différence de pression qui existe entre la pression atmosphérique et la dépression régnant dans l'espace formé entre la vessie 38 et le marbre 10. Cette pression peut être, par exemple, voisine de 1 bar. La dépression régnant dans l'espace précité peut alors être supprimée, puisque le maintien des éléments des empilements 12 est alors assuré par la pression régnant dans l'autoclave.

Tout en maintenant à l'intérieur de l'autoclave 42 une pression convenant au collage, on soumet les différentes pièces présentes dans l'autoclave à un cycle de température dont les caractéristiques dépendent essentiellement de la colle utilisée. A la fin de ce cycle, le collage des talons 20 sur chaque plaque 18 de matériau composite est terminé. La pression régnant à l'intérieur de l'autoclave peut alors être ramenée progressivement à la pression atmosphérique et l'autoclave ouvert.

Afin d'obtenir les éprouvettes destinées notamment aux essais de traction et de compression, il ne reste plus aux opérateurs qu'à procéder, dans chaque plaque, à la découpe des parties de bordure (chutes) 44 dans lesquelles se trouvent les rivets 24, puis à la découpe de chacune des éprouvettes 46 comme l'illustre très schématiquement la figure 4. Cette opération est réalisée, par exemple, à l'aide d'un disque de découpe diamanté.

Grâce au procédé de collage selon l'invention, on comprend qu'il est possible de coller simultanément un nombre relativement important de talons, ce qui permet de disposer d'un ensemble d'éprouvettes homogènes et comparables en ce qui concerne l'interprétation des résultats d'essais. Par conséquent, des essais parfaitement homogènes et comparables peuvent être réalisés sur des éprouvettes de types et d'épaisseurs différentes.

De plus, les conditions particulières dans lesquelles est réalisé le collage permettent d'éviter tout fluage de la colle vers la partie de la plaque de matériau composite formant l'éprouvette proprement dite, de telle sorte que les éprouvettes obtenues sont plus propres qu'avec les techniques existantes.

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. On comprend notamment que dans certains cas, les rivets 24 peuvent être supprimés ou positionnés différemment.

De même, le procédé selon l'invention peut s'appliquer quelle que soit la nature du matériau composite constituant la plaque 18 et quelle que soit la nature du matériau constituant les talons 20, qui peuvent par exemple être métalliques.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de collage de talons sur des plaques en matériau composite, pour réaliser des éprouvettes destinées à subir des essais mécaniques, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes - mise en place, entre un marbre de référence (10) et

une vessie étanche (38), d'au moins un empilement

(12) comprenant une plaque (18) d'un matériau composite

à essayer, quatre talons (20) positionnés par paires

de part et d'autre de la plaque, un film de colle

(22) placé entre chaque talon et la plaque, et des

cales (28) de même épaisseur que les talons, remplis

sant totalement des espaces formés entre les talons,

de part et d'autre de la plaque ; - mise en dépression du volume emprisonné entre la vessie

(38) et le marbre (10) et contenant ledit empilement

(12), de façon à assurer le maintien de ce dernier ;; - introduction de l'ensemble constitué par la vessie

(38), le marbre (10) et l'empilement (12), à l'inté

rieur d'un appareil (42) à température et pression

contrôlées ; - montée en pression de cet appareil jusqu'à une valeur

assurant le maintien dudit empilement, puis relâchement

de la dépression ; - suivi par ledit appareil d'un cycle de température

assurant le collage des talons sur la plaque.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on place dans ledit empilement (12), entre la plaque (18) et chacune des cales (38), une feuille d'étanchéité (30) dont les bords adjacents aux films de colle sont en retrait d'une distance déterminée par rapport à un plan passant par les bords adjacents des talons (20).

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que, lorsque les talons (20) présentent des bords en gradins du côté desdites cales (28), on place une cale étagée (31) sur chacun de ces bords.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'à l'intérieur dudit empilement (12), on positionne les talons (20) sur la plaque (18) en réalisant au moins deux trous traversant la plaque dans chaque paire de talons et en plaçant un organe de fixation (24) dans chacun de ces trous.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'après le collage des talons (20) sur la plaque (18), on découpe des éprouvettes (46) dans la plaque portant les talons, en éliminant des parties de bordure (44) comportant les organes de fixation (24).

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on place simultanément plusieurs empilements (12) entre le marbre (10) et la vessie (38).

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit appareil est un autoclave (42).

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est appliqué au collage de talons (20) sur des plaques (18) en matériau composite comprenant 16 à 80 couches de fibres de carbone.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'on utilise des talons (20) en matériau composite, formés de fibres de verre et de résine polymérisée.