FR2869384A1 - Conduit de transport de fluide en materiau composite et procede pour sa fabrication - Google Patents

Abstract

Le conduit (10) de transport de fluide de l'invention comporte un substrat (12) en matériau composite formé d'un tissu de fibres imprégné d'une résine polymérisable et d'un revêtement (14) doublé sur le substrat (12), du côté intérieur du conduit (10). Le revêtement (14) est composé d'un film étanche en matière plastique, par exemple en fluorure de polyvinyle, qui est assemblé au substrat lors de la polymérisation de la résine, ce qui permet d'obtenir une structure monolithique conformée. Le conduit de l'invention est utilisable notamment dans les aéronefs pour transporter de l'air conditionné sous pression.

Description

Conduit de transport de fluide en matériau composite et procédé pour sa

fabrication

L'invention concerne un conduit de transport de fluide réalisé en un matériau composite et un procédé de fabrication d'un tel conduit.

On connaît déjà des conduits de ce type qui comprennent principalement un substrat en matériau composite formé d'un tissu de fibres imprégné d'une résine polymérisable. Le plus souvent, le matériau composite est formé de fibres d'armature, par exemple de verre, qui sont enrobées par la résine polymérisable qui joue le rôle d'un liant, cette résine pouvant être notamment de type phénolique.

En raison de leurs performances mécaniques élevées et de leur faible poids, ces conduits trouvent une application préférentielle dans l'aéronautique pour transporter différents types de fluides. A titre d'exemple, ces conduits peuvent être utilisés dans les aéronefs pour servir de conduits de conditionnement d'air ou de conduits de transport d'autres types de fluides.

De tels conduits doivent assurer différentes fonctions, notamment une fonction structurale pour garantir une tenue mécanique sous la pression du fluide qui les traverse et en outre une fonction d'étanchéité pour empêcher le fluide de diffuser à travers le conduit.

Dans les conduits de ce type, tels qu'utilisés actuellement, le substrat est le plus souvent formé d'un tissu de fibres, notamment de fibres de verre, pré-imprégné d'une résine, par exemple d'une résine phénolique, pour assurer la structure du conduit.

L'étanchéité est assurée habituellement par une résine d'imprégnation, par exemple une résine phénolique, qui est 40 appliquée sur le conduit pour assurer l'étanchéité.

Dans un procédé connu, utilisé actuellement, le déroulement des opérations est le suivant.

Tout d'abord on met en forme les tissus pré-imprégnés par une opération dite de "drapage", puis on polymérise la structure composite pour obtenir un conduit présentant la configuration souhaitée.

Ensuite, on soumet la face extérieure du conduit à un traitement de surface, par exemple par ponçage, pour faciliter l'accrochage ultérieur d'une résine d'étanchéité. Habituellement, cette opération s'effectue par une imprégnation manuelle d'une résine phénolique sur la structure polymérisée au préalable.

Ce procédé présente un certain nombre d'inconvénients du fait qu'il nécessite plusieurs opérations, et notamment un traitement de surface de la structure composite déjà polymérisée puis une application manuelle d'une résine d'étanchéité.

L'invention a notamment pour objet de procurer un conduit de transport de fluide du type cité en introduction qui, à performances égales ou comparables, peut être réalisé avec un poids encore plus faible que les conduits de la technique antérieure.

Elle vise encore à procurer un conduit de ce type qui peut être fabriqué avec un procédé beaucoup plus simple 30 nécessitant un nombre minimal d'opérations.

L'invention vise encore à procurer un conduit de transport de fluide du type précité qui peut être réalisé avec une large gamme de formes et de dimensions et qui peut être utilisé pour le transport de fluides de natures très différentes.

Elle vise encore à procurer un conduit de transport de fluide qui trouve une application préférentielle, mais non limitative, dans le domaine de l'aéronautique.

L'invention propose à cet effet un conduit de transport de fluide, du type défini précédemment, dans lequel le substrat en matériau composite est doublé, du côté intérieur du conduit, d'un revêtement composé d'un film étanche en matière plastique qui est assemblé au substrat lors de la polymérisation de la résine pour obtenir une structure monolithique conformée.

Ainsi, le conduit de l'invention résulte de l'assemblage d'un substrat en matériau composite et d'un film étanche, cet assemblage étant réalisé durant le cycle de polymérisation de la résine du substrat.

Autrement dit, l'assemblage entre le revêtement de doublage et le substrat est assuré en température au moment où la résine du matériau composite se trouve en phase liquide. Ceci permet d'obtenir une structure monolithique composée de deux matériaux, en complète cohésion, présentant des performances élevées au niveau du produit fini.

En particulier, la polymérisation de la résine permet une liaison intime entre les deux matériaux, avec l'avantage supplémentaire que le revêtement de doublage se trouve du côté intérieur du conduit donc en contact direct avec le fluide. Ceci évite au fluide transporté de venir au contact du substrat, comme c'était le cas dans la technique antérieure.

Le revêtement utilisé dans l'invention est composé d'un film 30 étanche en matière plastique, avantageusement un film de polyvinyle halogéné, ou halogénure de polyvinyle.

Avantageusement, on utilise un film de fluorure de polyvinyle en raison des propriétés avantageuses de ce film. En dehors de ses capacités d'étanchéité, un tel film présente en outre l'avantage de pouvoir être mis en forme, notamment par drapage, même avec une très faible épaisseur.

Pour la réalisation d'un conduit de transport de fluide selon l'invention, on peut utiliser un seul tronçon de film présentant des régions marginales qui se chevauchent.

Cependant, dans une forme de réalisation préférée, le conduit comprend deux tronçons formés chacun par assemblage d'un substrat et d'un revêtement, ces deux tronçons ayant des régions marginales qui se chevauchent et sont assemblées mutuellement lors de la polymérisation de la résine.

Le film étanche en matière plastique, en particulier lorsqu'il s'agit d'un polyvinyle halogéné, présente l'avantage d'être compatible avec les différents types de substrats en matériau composite utilisés.

Dans l'invention, on préfère utiliser un substrat formé d'un tissu à base de fibres de verre. En particulier, il est intéressant d'utiliser un tissu hybride à base de fibres de verre et de fibres de carbone.

Le film du revêtement aura généralement une épaisseur comprise entre 0, 025 et 0,050mm.

La résine du substrat est avantageusement une résine phénolique polymérisable à chaud, le température de polymérisation étant généralement comprise entre 150 et 200 C. Cependant des résines d'autres types, par exemple polyester ou époxy, peuvent aussi être utilisées dans le cadre de l'invention.

Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un conduit de transport de fluide tel que défini précédemment, lequel comprend les opérations suivantes: a) prévoir un moule ayant des parois intérieures propres à délimiter une cavité de moulage et un insert gonflable propre à être introduit dans la cavité de moulage; b) disposer le substrat en contact avec les parois intérieures du moule et disposer le revêtement sur le substrat du côté de la cavité de moulage; c) introduire un insert dans un état dégonflé dans la cavité de moulage puis amener l'insert dans un état gonflé pour assurer un contact étroit du revêtement contre le substrat et du substrat contre les parois intérieures du moule; d) chauffer le moule dans des conditions contrôlées de durée et de température pour assurer la polymérisation de la résine et l'assemblage du substrat et du revêtement; et e) amener l'insert à l'état dégonflé et extraire le conduit 15 en tant qu'une structure monolithique conformée.

Dans un mode de réalisation préféré, le moule utilisé dans l'opération a) est un moule en deux parties séparables pouvant être amenées dans un état fermé ou dans un état ouvert.

Dans ce cas, on utilise avantageusement, dans l'opération b), deux tronçons formés chacun par assemblage d'un substrat et d'un revêtement. Pour cela, on dispose respectivement les deux tronçons dans les deux parties du moule à l'état ouvert en sorte que ces deux tronçons aient des régions marginales, puis on fait chevaucher ces régions marginales avant de rapprocher les deux parties du moule pour les amener à l'état fermé. Dans l'opération e), l'extraction du conduit se fait après avoir amener le moule à l'état ouvert.

Dans l'opération c), l'insert gonflable utilisé est avantageusement composé d'une membrane en élastomère.

Dans l'opération d), le chauffage du moule s'effectue à une température habituellement comprise entre 150 C et 200 C et pendant une durée comprise entre deux heures et trois heures, et cela en fonction de la nature de la résine polymérisable. A titre d'exemple, pour un substrat comportant une résine phénolique, le chauffage du moule s'effectue habituellement à une température comprise entre 150 C et 160 C et pendant une durée comprise entre deux heures et deux heures et demi.

Le chauffage du moule s'effectue avantageusement par action de la vapeur d'eau, bien que d'autres moyens de chauffage, en particulier des moyens électriques, puissent être utilisés.

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemples, on se 10 réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un conduit en deux tronçons selon l'invention; - les figures 2 et 3 sont deux détails, à échelle agrandie, de la figure 1; - la figure 4 représente schématiquement un moule et un insert gonflable utilisables pour la mise en oeuvre du 20 procédé de l'invention; et - les figures 5A à 5D représentent différentes opérations successives de fabrication d'un conduit au moyen du moule de la figure 4.

On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un conduit de transport de fluide selon l'invention, désigné dans son ensemble par la référence 10. Ce conduit est formé par l'assemblage de deux matériaux, à savoir un substrat 12 en un matériau composite formé d'un tissu de fibres imprégné d'une résine polymérisable et d'un revêtement de doublage 14 disposé du côté intérieur du conduit et formé d'un film étanche en matière plastique.

Dans l'exemple, le conduit est obtenu par l'assemblage de deux tronçons 10A et 10B formés chacun par assemblage d'un substrat et d'un revêtement. Ces deux tronçons 10A et 10B ont des régions marginales respectives 16 et 18 d'une part et 20 et 22 d'autre part. Les régions marginales 16 et 20 se chevauchent comme on le voit également sur le détail de la figure 2 et, de même, les régions marginales 18 et 22 se chevauchent, comme on le voit sur le détail de la figure 3. Ces régions marginales sont assemblées mutuellement lors de la polymérisation de la résine, ce qui permet ainsi de former un conduit fermé qui peut être amené à une forme voulue, au moyen d'un moule, comme on le verra plus loin.

Un tel conduit de transport de fluide peut être réalisé avec une large gamme de formes et de dimensions, en particulier avec une forme circulaire, dont le diamètre peut être compris, par exemple, entre 1 cm pour des conduits de faible section jusqu'à 50 cm, voire davantage, pour des conduits de grande section.

De tels conduits en matériau composite peuvent être utilisés par exemple dans l'aéronautique, pour servir de conduits de conditionnement d'air pour amener de l'air climatisé sous pression dans une cabine d'un aéronef. Ces conduits peuvent aussi servir à véhiculer d'autres types de fluides et leur utilisation n'est pas limitée à l'aéronautique.

Dans l'invention, le substrat 12, disposé du côté extérieur, est avantageusement formé d'un tissu à base de fibres de verre. Il s'agit de préférence d'un tissu hybride à base de fibres de verre et de fibres de carbone.

Dans un exemple de réalisation, on utilise un film hybride verre/carbone commercialisé sous la dénomination G874 par la firme EXCEL. Il s'agit d'un tissu hybride imprégné avec 47% de résine phénolique.

Le revêtement 14, qui est disposé du côté intérieur du conduit, est composé d'un film étanche en matière plastique qui est susceptible de s'assembler au substrat lors de la polymérisation de la résine.

Dans un exemple de réalisation préférentiel, on utilise un film de polyvinyle halogéné, ou halogénure de polyvinyle, et en particulier un film de fluorure de polyvinyle.

A titre d'exemple, on peut utiliser un tel film de fluorure de polyvinyle commercialisé sous la marque TEDLAR. Un tel film est disponible en différentes épaisseurs qui sont généralement comprises entre 0,025 mm et 0,050 mm. En particulier, on peut utiliser un film de TEDLAR possédant une épaisseur de 1,5 millième de pouce (environ 0,038 mm) ou un film de 2 millième de pouce (environ 0,050 mm).

Un tel film présente l'avantage d'être particulièrement étanche, de pouvoir être facilement mis en forme et d'être inerte vis à vis des fluides avec lesquels il peut être en contact.

Lorsque ce film est appliqué en contact étroit avec le substrat en matériau composite et que la résine du substrat est polymérisée par action de la chaleur, on obtient un accrochage des deux matières, ce qui permet d'obtenir une structure monolithique présentant la forme souhaitée.

On se réfère maintenant à la figure 4 qui montre un moule 24 composé de deux parties séparables 26 et 28 ayant des parois intérieures respectives 30 et 32 ici de forme générale semicylindrique. Ces deux parties de moule peuvent être amenées dans un état ouvert ou dans un état fermé comme montré à la figure 4. Dans cet état fermé, les parois intérieures 30 et 32 délimitent conjointement une cavité de moulage 34 qui, dans l'exemple, affecte une forme générale cylindrique. Les deux parties 26 et 28 du moule sont équipées de moyens de chauffage, dans l'exemple de passages 36 respectivement 38 servant à introduire de la vapeur d'eau à température contrôlée. Cependant, il est possible aussi d'utiliser d'autres moyens de chauffage, en particulier des moyens électriques. Il est possible, en variante, de placer l'ensemble du moule dans une étuve.

Le moule comporte en outre un insert gonflable 40 relié à une source d'air comprimé 42 par une liaison 44. Cet insert gonflable est avantageusement composé d'une membrane en élastomère résistant à l'action de la chaleur.

On va maintenant décrire la mise en oeuvre du procédé à l'aide du moule de la figure 4, en référence aux figures 5A à 5D.

Au départ, les deux parties de moule 26 et 28 sont séparées, le moule étant ainsi à l'état ouvert. On dispose alors le substrat, c'est-à-dire les deux tronçons 10A et 10B, respectivement dans les deux parties de moule 26 et 28 de manière que les régions marginales 16 et 18 du tronçon 10A dépassent de la paroi intérieure 30 et que les régions marginales 20 et 22 dépassent de la paroi intérieure 32. Les parois intérieures 30 et 32 des parties de moule sont avantageusement munies d'un revêtement facilitant le démoulage ultérieur du conduit. Il peut s'agir par exemple d'une huile de démoulage. Les tronçons 10A et 10B sont disposés de telle sorte que le substrat vienne en contact avec les parois intérieures du moule et que le revêtement composé d'un film étanche soit dirigé vers la cavité de moulage 34.

Ensuite, on ferme le moule en rapprochant les deux parties de moule 26 et 28 tout en maintenant les régions marginales des deux tronçons en chevauchement. On introduit alors l'insert gonflable 40 à l'intérieur de la cavité 34, comme on le voit sur la figure 5B. On procède alors au gonflage de cet insert en y insufflant de l'air sous pression en provenance de la source 42, ce qui permet d'assurer un contact étroit du revêtement 14 contre le substrat 12 et du substrat 12 contre les parois intérieures 30 et 32 du moule. Cette pression s'effectue de façon uniforme comme montré par les flèches P sur la figure 5C.

On procède alors au chauffage du moule dans des conditions contrôlées de durée et de température. Pour cela, on envoie de la vapeur dans les deux parties du moule pour assurer la polymérisation de la résine du substrat et réaliser ainsi l'assemblage du substrat et du revêtement et l'assemblage des régions marginales des deux tronçons 10A et 10B. Les paramètres de chauffage dépendent notamment de la nature de la résine utilisée. Pour une résine phénolique, la température de polymérisation est généralement comprise entre 150 C et 200 C et plus particulièrement entre 150 C et 160 C. La durée de chauffage pour la polymérisation est habituellement comprise entre deux heures et trois heures, et le plus souvent entre deux heures et deux heures et demi. Pendant le chauffage, l'insert gonflable 40 reste à l'état gonflé pour maintenir un contact de pression. Lors de la polymérisation, la résine se transforme à l'état liquide et vient assurer une fonction d'imprégnation et d'accrochage des fibres ainsi qu'une fonction de liaison chimique avec le film du revêtement.

Lorsque la polymérisation est terminée, on amène l'insert 40 à l'état dégonflé puis on laisse refroidir le moule. Après refroidissement du moule, on sépare les deux parties 26 et 28 du moule pour l'amener à l'état ouvert comme montré sur la figure 5, ce qui permet de récupérer le conduit sous la forme d'une structure monolithique conformée, c'est-à-dire possédant une forme voulue qui lui a été impartie par le moule.

L'invention permet la réalisation de conduits de transport de fluide avec une large gamme de formes et de dimensions, en particulier des conduits de section circulaire avec un diamètre pouvant aller, par exemple, de 1 à 50 cm.

Comme déjà indiqué, ces conduits trouvent principalement une application dans le domaine de l'aéronautique pour le transport d'air climatisé sous pression dans les aéronefs. Cependant, ces conduits peuvent être utilisés dans d'autres domaines pour transporter des fluides de natures très diverses.

Il a été constaté qu'un conduit selon l'invention permet d'obtenir des performances comparables à celles d'un conduit de l'art antérieur, et cela avec un gain de masse qui est de l'ordre de 50 %. En outre, la fonction d'étanchéité est améliorée par l'utilisation d'un matériau étanche, ici d'un film en matière plastique, dont le taux de fuite est proche de 0 %.

Ce conduit possède des propriétés mécaniques améliorées du fait de la contribution du film en matière plastique à la fonction structurale. En outre, cela permet d'obtenir un produit fini de meilleure qualité du fait notamment de l'élimination d'une opération manuelle d'imprégnation de résine.

Il faut souligner aussi que le conduit de l'invention possède une tenue au vieillissement améliorée du fait de l'élimination d'une résine d'étanchéité en matière phénolique qui avait pour inconvénient de se désintégrer dans le temps.

Cette matière est ici remplacée par un film ayant des caractéristiques durables, qui de plus est appliqué à l'intérieur du conduit, donc susceptible de venir en contact direct avec le fluide à transporter. En outre, la fabrication du conduit s'effectue dans des conditions d'hygiène et de sécurité du fait de la suppression de l'utilisation d'une résine toxique en matière phénolique.

Enfin, les opérations et donc le coût du procédé sont simplifiés notamment par le regroupement des opérations de 30 transformation.

Claims (14)

Revendications

1. Conduit de transport de fluide comportant un substrat en matériau composite formé d'un tissu de fibres imprégné d'une résine polymérisable, caractérisé en ce que le substrat (12) est doublé, du côté intérieur du conduit (10), d'un revêtement (14) composé d'un film étanche en matière plastique qui est assemblé au substrat (12) lors de la polymérisation de la résine pour obtenir une structure monolithique conformée.

2. Conduit de transport de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement (14) est un film de polyvinyle halogéné ou halogénure de polyvinyle.

3. Conduit de transport de fluide selon la revendication 2, caractérisé en ce que le revêtement (14) est un film de fluorure de polyvinyle.

4. Conduit de transport de fluide selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le film du revêtement a une épaisseur comprise entre 0,025 et 0,050 mm.

5. Conduit de transport de fluide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux tronçons (10A, 10B) formés chacun par assemblage d'un substrat (12) et d'un revêtement (14), et en ce que ces deux tronçons ont des régions marginales (16, 18, 20, 22) qui se chevauchent et sont assemblées mutuellement lors de la polymérisation de la résine.

6. Conduit de transport de fluide selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le substrat (12) est formé d'un tissu à base de fibres de verre.

7. Conduit de transport de fluide selon la revendication 6, caractérisé en ce que le substrat (12) est formé d'un tissu hybride à base de fibres de verre et de fibres de carbone.

8. Conduit de transport de fluide selon la revendication 7, caractérisé en ce que la résine du substrat est une résine phénolique polymérisable à chaud.

9. Procédé de fabrication d'un conduit de transport de fluide selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: a) prévoir un moule (24) ayant des parois intérieures (30, 32) propres à délimiter une cavité de moulage (34) et un insert gonflable (40) propre à être introduit dans la cavité de moulage; b) disposer le substrat (12) en contact avec les parois 15 intérieures (30, 32) du moule et disposer le revêtement (14) sur le substrat, du côté de la cavité de moulage (34) ; c) introduire l'insert gonflable (40) dans un état dégonflé dans la cavité de moulage (34) puis amener l'insert dans un état gonflé pour assurer un contact étroit du revêtement (14) contre le substrat (12) et du substrat (12) contre les parois intérieures (30, 32) du moule; d) chauffer le moule (24) dans des conditions contrôlées de 25 durée et de température pour assurer la polymérisation de la résine et l'assemblage du substrat et du revêtement; et e) amener l'insert (40) à l'état dégonflé et extraire le conduit (10) en tant qu'une structure monolithique conformée.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que.

dans l'opération a) on utilise un moule (24) en deux parties 35 séparables (26, 28) pouvant être amenées dans un état fermé ou dans un état ouvert; dans l'opération b), on utilise deux tronçons (10A, 10B) formés chacun par assemblage d'un substrat (12) et d'un revêtement (14), on dispose respectivement des deux tronçons (10A, 10B) dans les deux parties (26, 28) du moule à l'état ouvert, en sorte que ces tronçons aient des régions marginales (16, 18, 20, 22) et on fait chevaucher ces régions marginales avant de rapprocher les deux parties du moule pour les amener à l'état fermé, et dans l'opération e) on extrait le conduit (10) après avoir amener le moule à l'état ouvert.

11. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que, dans l'opération c), on utilise un insert gonflable (40) composé d'une membrane en élastomère.

12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que dans l'opération d), on chauffe le moule (24) à une température comprise entre 150 C et 200 C et pendant une durée comprise entre deux heures et trois heures en fonction de la nature de la résine polymérisable.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'on utilise un substrat comportant une résine phénolique et en ce que dans l'opération d) on chauffe le moule (24) à une température comprise entre 150 C et 160 C et pendant une durée comprise entre deux heures et deux heures et demi.

14. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que, dans l'opération d), on chauffe le moule (24) par action de la vapeur d'eau.