FR2894991A1 - Complexe textile destine a etre utilise comme couche de renfort pour la fabrication de pieces composites, et procede de fabrication d'un tel complexe - Google Patents

Complexe textile destine a etre utilise comme couche de renfort pour la fabrication de pieces composites, et procede de fabrication d'un tel complexe Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un complexe textile (1) destiné à être utilisé comme couche de renfort pour la fabrication de pièces composites tridimensionnelles par des procédés d'injection ou d'infusion de résine, comportant au moins une couche de renfort (2) à base de fibres.Il se caractérise en ce qu'il comporte sur l'une de ses faces, une couche fixante (3) à base d'un matériau thermofusible présentant un allongement à froid quasi nul, et une température de fusion inférieure à la température de fusion des autres matériaux du complexe, et en ce que ladite couche fixante (3) est ajourée pour autoriser le passage de la résine injectée ou infusée.L'invention vise également un procédé de fabrication d'une préforme souple, pendant lequel la forme du renfort est maintenue par la présence d'une couche fixante solidarisée au renfort dans un moule de préforme.

Description

-1- COMPLEXE TEXTILE DESTINE A ETRE UTILISE COMME COUCHE DE RENFORT POUR
LA FABRICATION DE PIECES COMPOSITES, ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL COMPLEXE Domaine Technique L'invention se rattache au domaine de la fabrication des pieces composites, par des procedes de moulage, par injection ou infusion de resine.
L'invention concerne plus precisement les complexes textiles utilises pour la 10 fabrication de ces pieces composites, et plus specifiquement un complexe adapte pour la realisation de pieces tridimensionnelles necessitant 1'emploi d'un renfort preforme.
L'invention vise plus particulierement a faciliter les operations bees a la realisation de ces preformes, notamment pour en faciliter le transport et le stockage, 15 ainsi que limiter les operations de manipulation lors du procede de fabrication de la piece composite.
Techniques anterieures De fawn generale, la realisation de pieces composites par les procedes de 20 moulage, qu'il s'agisse d'injection ou d'infusion, necessite la mise en place d'une structure textile de renfort qui se trouve ensuite impregnee d'une resine. Apres polymerisation de cette resine, ce renfort confere une certaine rigidite et une tenue a la piece composite. Dans le cas de pieces tridimensionnelles presentant des formes complexes, un certain nombre d'operations sont necessaires pour faire en sorte que les 25 couches de renfort textile epousent bien la forme exterieure de la piece a realiser. 11 importe en effet, pour des raisons de performances mecaniques, que la couche de renfort se trouve le plus pres possible de la future face exterieure de la piece composite.
Ainsi, une technique largement repandue pour la mise en place du renfort consiste 30 a assurer la decoupe d'un complexe textile selon la forme de la piece tridimensionnelle, puis a mettre en place manuellement dans le moule d'injection ce complexe ainsi decoupe. On concoit que cette technique est plus adaptee pour les pieces quasi planes que pour les pieces tridimensionnelles. En effet, le complexe textile est bien entendu fabrique a 1'etat plan, et it est necessaire de realiser des decoupes, des plis et autres 2894991 -2- operations de drapage pour faire en sorte que le renfort epouse, avec le minimum d'etirement possible, la forme de la piece a fabriquer. Dans les cas de formes evoluees, cette technique peut se reveler delicate, dans la mesure oil les morceaux de renfort decoupes auront tendance naturellement a s'affaisser. 5 Une autre technique connue consiste a projeter directement dans le moule d'injection des fibres de renfort et un liant de ces fibres, dont des exemples typiques sont les procedes d'appellation commerciale "P4" et "RimFire". Le renfort etant ainsi realise directement dans le moule, on concoit qu'il presente exactement la forme souhaitee. Toutefois, la realisation du renfort dans ces conditions, directement au niveau du moule d'injection, ne permet pas d'assurer a coup sin- une epaisseur homogene et uniforme du renfort, dans la mesure oil, avant fixation du liant, les fibres auront tendance naturellement a se deplacer sous 1'effet de la gravite. L'ajout d'une quantite de liant importante n'est pas non plus satisfaisant dans la mesure oil ce liant peut ensuite perturber le drainage et la circulation de la resine, et surtout degrader l'aspect de surface de la piece composite.
C'est pourquoi it a deja ete propose d'utiliser des renforts preformes, c'est-a-dire possedant la forme quasi-definitive du moule. De tels renforts sont ainsi constitues par des operations de tissage et de couture a la forme de la piece desiree. On concoit que ce type d'operation est relativement long et qu'il doit titre repete en fonction d'un patron defini pour chaque moule. Cette technique est donc difficilement industrialisable, du moins a un coin de production reduit.
D'autres types de preformes sont realises a partir de renforts associes a un liant qui leur donne une certaine rigidite. De tels renforts presentent 1'avantage de pouvoir titre fabriques de fawn independante de 1'operation de fabrication de la piece injectee. Toutefois, la realisation de preformes, notamment de preformes rigides, presente des inconvenients en terme d'encombrement, notamment pour le stockage et le transport.
En outre et surtout, ces renforts sont realises par pressage a chaud, ce qui ne permet pas de respecter exactement la geometrie de la piece finale, et necessite des moules et des presses onereuses. 2894991 -3- L'invention vise done a realiser des renforts preformes qui presentent une grande facilite de transport, tout en etant faciles a realiser, c'est-a-dire sans necessiter d'investissement lourd. Un autre objectif de l'invention est de realiser des renforts qui conferent des proprietes mecaniques optimales aux pieces qu'ils equipent, c'est-a-dire 5 qui possedent un poids et une homogenate d'epaisseur adaptee aux pieces composites qu'elles renforcent, sans deterioration des performances mecaniques finales par 1'operation de preformage.
Expose de l'invention 10 L'invention concerne donc un complexe textile qui est destine a etre utilise comme couche de renfort pour la fabrication de pieces composites tridimensionnelles, par des procedes d'injection ou d'infusion de resine. De fawn classique, un tel complexe inclut donc une couche de renfort a base de fibres renforcantes, qui peuvent 'are tres variees, notamment a base de verre, de carbone, d'aramide ou autres fibres 15 synthetiques.
Conformement a l'invention, ce complexe se caracterise en ce qu'il comporte, sur rune de ses faces, une couche fixante a base d'un materiau thermofusible, qui presente un allongement a froid quasi nul. Ce materiau possede une temperature de fusion qui est 20 inferieure a la temperature de fusion des autres materiaux du complexe, de sorte a pouvoir fondre au moins partiellement avant que les materiaux de la couche textile ne se degradent. Complementairement, cette couche fixante est ajouree pour autoriser le passage de la resine injectee ou infusee lors de la fabrication de la piece composite.
25 Autrement dit, le complexe conforme a l'invention comporte une couche qui est associee de maniere lache a la couche textile de renfort. Cette couche peut 'are solidarisee a la couche textile lorsque le complexe est mis en place dans un moule de preforme, puis suffisamment chauffee pour que cette couche fixante se ramollisse et adhere au renfort. Apres refroidissement, cette couche fixante est solidarisee par un 30 nombre de points important a la couche de renfort textile, de sorte qu'au niveau des zones du pli par exemple, cette couche fixante maintient une sorte de tension de surface au niveau du renfort textile. -4- Le fait que le materiau thermofusible soit inextensible a froid permet d'imposer une stabilite dimensionnelle du complexe lorsque la couche fixante est refroidie. Le caractere inextensible, ou 1'allongement quasi nut, s'entend sous des contraintes normales dans le cadre de realisation de renforts preformes.
Le complexe peut ainsi titre deforme, et particulierement replie pour son transport, puis recouvrer sa forme originate lorsqu'il est deplie. En d'autres termes, ce type de complexe permet d'obtenir des renforts preformes souples, ou predrapes, qui peuvent donc titre manipules et plies sans pour autant perdre leur geometrie qui leur avait ete donne initialement. Le renfort preforme possede ainsi en quelque sorte une memoire de forme qui lui permet une manipulation aisee et notamment un encombrement tres reduit pour son transport et son stockage.
On concoit que 1'adjonction de cette couche fixante peut titre avantageuse pour de multiples types de renforts, des tors que la couche fixante presente une capacite d'adherence avec la couche textile, et une compatibilite a la resine qui sera employee dans la fabrication des pieces composites.
Ainsi, le complexe conforme a l'invention peut integrer differents types de couches de renfort, qu'il s'agisse de textiles tisses, uni ou multidirectionnels, ou bien encore des renforts textiles incluant plusieurs couches fibreuses superposees, et par exemples des superpositions de nappes de fits orientes selon des directions differentes, du type "cross-ply". On peut egalement citer les renforts textiles incluant une couche centrale assurant une fonction drainante, jouant le role d'espaceur entre deux couches de renforcement, de maniere a permettre le fluage de la resine tors du procede d'injection ou d'infusion. Des combinaisons de differentes couches de renfort peuvent egalement titre employees, en association avec la couche fixante caracteristique.
En pratique, la couche fixante caracteristique peut titre realisee de differentes 30 manieres, en fonction de 1'application et du type de renfort textile qu'elle accompagne.
Dons une forme particulierement avantageuse, cette couche fixante peut titre constituee par un film de materiau thermofusible, compatible d'une part, avec le renfort 2894991 -5- textile en terme d'adherence, et compatible d'autre part avec la resine qui sera employee lors du procede d'injection.
Un tel film presente 1'avantage de presenter une surface qui vient au contact du 5 renfort textile par de multiples points qui se definissent au moment de la mise en place du renfort dans sa configuration finale.
Avantageusement, ce film peut titre cousu avec la couche textile de renfort, ou a tout le moins, avec une partie de la couche de renfort lorsque ce dernier comporte 10 plusieurs couches superposees. Les points de passage du fil de couture constituent des zones d'ouverture du film lorsque celui-ci a ete chauffe pour titre solidarise au renfort. Autrement dit, les trous de passage du fil de couture constituent des ouvertures permettant le passage de la resine lors du procede d'injection. Ainsi, le film caracteristique ne perturbe que marginalement le passage de la resine lors du procede 15 d'injection ou d'infusion.
La couche fixante peut titre egalement realisee par une couche en un materiau non tisse thermofusible, ou bien encore une grille composee elle-meme de fils de materiaux thermofusibles. Cette couche fixante peut egalement titre une grille, un film ou un non 20 tisse prealablement adhesive, avec un adhesif compatible avec le renfort textile, et la resine qui impregnera ce renfort.
En pratique, la couche fixante peut titre associee a la couche de renfort textile par une operation de couture ou collage partiel, de maniere a former un complexe utilisable 25 ulterieurement pour fabriquer des renforts en preforme. La couche fixante peut egalement titre associee a une couche de renfort textile au moment meme de la realisation de la preforme.
Duns ce cas, le mode operatoire consiste tout d'abord a mettre en place dans un moule de preforme une ou plusieurs couches de renfort a base de fibres textiles. Ensuite, la couche fixante est mise en place au dessus de la ou des couches de renfort textile. La couche fixante, maintenue dans le moule de preforme est alors exposee a une source de chaleur, afin de provoquer sa fusion partielle et sa solidarisation a la couche de renfort textile. 2894991 -6- Par la suite, lorsque la couche fixante a refroidi, elle s'est solidarisee en de multiples points a la couche de renfort textile, de sorte qu'elle maintient cette derniere dans sa configuration pliee a la forme du moule. 5 Differents moyens de maintien peuvent titre employes pour permettre d'as surer un bon contact entre la couche fixante et la couche de renfort fibreux. Parmi les moyens donnant de bons resultats, on peut citer les systemes d'aspiration, qui aspirent depuis le moule de preforme a travers la couche de renfort, de sorte que la couche fixante se 10 trouve plaquee sur la couche de renfort avant 1'exposition a la source de chaleur.
La couche fixante caracteristique peut titre employee de maniere complementaire, pour assurer la solidarisation de zones de la couche de renfort textile qui ont ete prealablement decoupees. Autrement dit, la couche fixante permet de solidariser 15 differents pans du renfort qui viennent regard les uns des autres apres repliage a 1'interieur du moule de preforme.
Dans le cas de 1'emploi d'une couche fixante adhesive, sa mise en place peut se faire a froid, par collage aux endroits qui le necessitent. La couche fixante peut egalement servir a immobiliser des organes complementaires, tels que des inserts de mousse ou autre, a l'interieur de la preforme.
Description sommaire des figures 25 La maniere de realiser l'invention, ainsi que les avantages qui en decoulent, ressortiront bien de la description des modes de realisation qui suivent, a 1'appui des figures annexees dans lesquelles : La figure 1 est une vue en perspective sommaire d'un complexe conforme a l'invention, integrant un renfort textile tisse. 30 La figure 2 est une vue en perspective sommaire d'une variante de realisation du complexe, integrant un renfort textile multicouches. La figure 3 est une vue en coupe d'une zone du complexe pile, apres solidarisation de la couche fixante thermofusible. 20 2894991 -7- Les figures 4, 5 et 6 sont des vues en perspective sommaire d'un moule de preforme montre au fur et a mesure des operations de realisation de la preforme, tout d'abord dans 1'etat vide, puis dans 1'etat accueillant le renfort textile, et enfin apres mise en place de la couche fixante. 5 La figure 7 est une vue en perspective sommaire de la preforme obtenue dans le moule de la figure 5, et retournee.
Maniere de realiser 1'invention Comme deja evoque, l'invention concerne un complexe utilisable pour la 10 fabrication d'un renfort preforme souple, utilisable dans des procedes d'injection ou de moulage par infusion de resine.
Diverses couches textiles de renfort peuvent titre utilisees, comme par exemple un textile tisse en chaine et trame, tel qu'illustre a la figure 1. Plus precisement, la couche 15 textile de renfort (2) constitue un renfort bidirectionnel dans la mesure ou les fils utilises en chaine et en trame sont sensiblement equilibres. 11 peut s'agir par exemple d'un textile de verre, de carbone, d'aramide ou de toute autre fibre renforcante compatible avec les procedes d'injection ou d'infusion. Des renforts unidirectionnels ou multidirectionnels peuvent egalement titre envisages. Cette couche textile de renfort (2) 20 est associee a une couche fixante (3) formee par un film presentant un allongement a froid quasi nul, c'est-a-dire une incapacite a titre etire, du moins sous des contraintes mecaniques normales observees lors des operations de la mise en place manuelle du film dans un moule de preforme. Ce film thermofusible (3) presente une temperature de fusion relativement basse, typiquement de 1'ordre de 60 a 80 C, permettant son 25 exposition a la chaleur lorsqu'il est associe a la couche de renfort textile, et ce sans degrader les proprietes de cette derniere.
La couche fixante (3) est solidarisee dans 1'exemple de la figure 1 a la couche de renfort textile (2) par 1'intermediaire d'une couture (4) assurant la formation de 30 differents trous (5) autorisant le futur passage de la resine lors du procede d'injection.
Dans certains cas, le film thermofusible (3) peut integrer des percages prealablement realises, augmentant la surface de passage de la resine. Si une surface de passage plus importante est souhaitee, le film (3) peut titre remplace par un reseau de 2894991 -8- fils deposes sous forme liquide sur la couche de renfort textile (2), ou bien encore par la structure de grille incluant des fils thermofusibles, de meme nature que le film precedemment evoque.
5 Dans une variante de realisation illustree a la figure 2, la couche textile de renfort (12) peut titre de natures multiples, et integrer plusieurs couches elementaires superposees. Ainsi, cette couche de renfort textile (12) peut integrer deux couches elementaires de renfort (13,14), comportant des fibres renforcantes, separees par une couche drainante (15) autorisant le fluage de la resine. A titre d'exemple, un tel renfort 10 peut titre constitue par un produit commercialise sous la marque Rovicore par le Demandeur, et combinant deux couches constituees d'un mat de fibres de verre coupees, separe par une couche d'un non tisse a base de polypropylene texture pour presenter une epaisseur et un effet ressort. De multiples variantes de ce type de couche textile de renfort peuvent titre employees, en utilisant un seul mat de fibres de verre, ou 15 bien encore de une ou plusieurs couches supplementaires formant voile d'aspect ou autre.
Dans la forme illustree a la figure 2, la couche fixante (11) est solidarisee a l'ensemble des couches elementaires du renfort textile par une operation de couture 20 (16). Cette couture peut titre unique, et assurer egalement la solidarisation des differentes couches elementaires (13-15) du renfort textile (12) entre elles. La couture peut egalement titre realisee sur une partie des couches seulement, pour assurer par exemple la solidarisation de la couche du film thermofusible (11) uniquement avec la couche elementaire (14) du renfort auquel it vient en contact. 25 Lorsque le film thermofusible (11) est expose a une source de chaleur, tel qu'illustre a la figure 3, it entre duns un etat de fusion partielle de telle sorte qu'il adhere a la face (18) de la couche textile de renfort (14) sur laquelle it est pose. Apres refroidissement, le film thermofusible fige la configuration de la couche de renfort 30 textile (14), de telle sorte que cette derniere conserve la pliure ainsi realisee. En effet, 1'adhesion du film thermofusible se fait en de multiples points (19) repartis de fawn globalement uniforme. Le caractere inextensible de la matiere thermofusible utilisee, lorsque celle-ci est a temperature ambiante, fait que la forme du renfort est ainsi conservee. -9- L'emploi du complexe conforme a l'invention peut se faire a 1'interieur d'un moule de preforme, pour realiser des pieces en preforme par mise en place a 1'interieur du moule, puis exposition a une source de chaleur pendant son maintien a 1'interieur du moule.
11 est egalement possible, comme illustre aux figures 4 a 7, de solidariser le film de la couche fixante au renfort textile au moment meme de la fabrication du renfort en preforme. Ainsi, comme illustre en figure 4, un moule de preforme (30) possede une geometrie correspondant a celle de la piece a realiser. Un tel moule est associe a des moyens d'aspiration (31), et comporte une pluralite de trous (32) permettant d'assurer une aspiration en direction des parois (34) du moule.
Dans une premiere etape, le renfort textile (36-38), quelle que soit sa nature, est decoupe pour draper les parois internes (34) du moule de preforme. Differentes decoupes peuvent titre realisees, eventuellement avec des superpositions de la couche textile de renfort. Certaines zones (39) de la couche textile de renfort sont alors ainsi pliees soit avec des angles orientes vers 1'exterieur, soit vers 1'interieur. Une aspiration est alors creee de maniere a attirer la couche de renfort textile (36-38) contre les parois (34) du moule.
Dans une etape ulterieure, illustree a la figure 6, le film (40) de la couche fixante est alors mis en place au dessus du renfort textile (36-38). Ce film (40) vient se plaquer contre la couche textile de renfort, puisqu'il est attire par les moyens d'aspiration. Ce film thermofusible (40) peut titre mis en place d'un seul tenant dans le cas de pieces faiblement volumineuses, ou bien encore en plusieurs bandes ou pieces lorsque la forme de la preforme a obtenir est plus complexe. II est possible de recouvrir l'integralite de la surface de la couche textile, ou bien encore uniquement certaines zones qui necessitent de conserver une memoire de forme.
Dans certaines variantes non representees, des pieces additionnelles, tels que des inserts de mousse ou autres peuvent titre ajoutees, et maintenues en place par 1'intermediaire de portions particulieres supplementaires de film thermofusible. 2894991 -10- Lorsque le film thermofusible est correctement mis en place sur la couche textile de renfort, ce film (40) est fondu par un systeme de chauffage adapte a la geometrie de la piece, a la nature du film et a la nature du renfort. Par exemple, dans le cas d'un renfort integrant une ame drainante a base de polypropylene, le chauffage est model-6 5 afin de ne pas degrader fame du renfort. L'aspiration exercee pour plaquer le film est egalement utile au moment du chauffage de ce dernier, puisqu'il permet a la matiere du film en fusion de penetrer dans les fibres du renfort. Une fois le chauffage supprime, cette aspiration participe au refroidissement de la matiere du film.
10 En fin de processus, le renfort en preforme (45) peut titre extrait du moule de preforme, pour donner une piece directement utilisable, tel qu'illustre a la figure 7.
II ressort de ce qui precede que le procede conforme a l'invention et le complexe associe permettent de realiser des renforts preformes presentant une capacite a titre plies 15 tout en conservant une memoire de forme, ce qui facilite grandement les operations de stockage et de transport. Le processus de fabrication des pieces composites est donc egalement ameliore, puisqu'il permet l'utilisation de preformes pretes a 1'emploi. Ii presente egalement 1'avantage notable de conserver les proprietes initiales du renfort, malgre 1'operation de preformage. II est egalement "propre" pour 1'environnement et les 20 operateurs, puisqu'il ne necessite pas de projection de resine ni de produit polluant. Une preforme ainsi realisee, grace a sa souplesse, peut aisement titre mise en place dans le moule, par comparaison avec les preformes rigides, sans endommager les couches deja presentes dans le moule, notamment les couches externes de "gel coat".

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Complexe textile (1) destine a etre utilise comme couche de renfort pour la fabrication de pieces composites tridimensionnelles par des procedes d'injection ou d'infusion de resine, comportant au moins une couche de renfort (2) a base de fibres, caracterise en ce qu'il comporte sur rune de ses faces, une couche fixante (3) a base d'un materiau thermofusible presentant un allongement a froid quasi nul, et une temperature de fusion inferieure a la temperature de fusion des autres materiaux du complexe, et en ce que ladite couche fixante (3) est ajouree pour autoriser le passage de la resine injectee ou infusee.
2. Complexe textile selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comporte une couche de renfort a base d'un textile tisse (2).
3. Complexe textile selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comporte une couche de renfort a base de plusieurs nappes superposees de fils orientes selon des directions differentes. 20
4. Complexe textile (10) selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comporte un ensemble de plusieurs couches fibreuses superposees (13-15), dont au moins une des couches centrales est une couche drainante (14).
5. Complexe textile selon la revendication 1, caracterise en ce que la couche fixante 25 (3,11) est formee par un film d'un materiau thermofusible.
6. Complexe textile selon la revendication 5, caracterise en ce que le film (3,11) est cousu (16) avec la couche de renfort fibreuse. 30
7. Complexe textile selon la revendication 6, caracterise en ce que la couche fixante est formee par une couche d'un materiau non tisse thermofusible.
8. Complexe textile selon la revendication 7, caracterise en ce que la couche fixante est formee par une grille composee des fils de materiau thermofusible. 2894991 -12-
9. Procede de fabrication d'un renfort textile pour la realisation de pieces composites tridimensionnelles, par un procede d'injection ou d'infusion de resine, dans lequel le renfort est preforme a la forme de la piece composite avant injection ou infusion, caracterise en ce qu'il comporte les etapes suivantes : 5 mise en place dans un moule de preforme (30) d'au moins une couche de renfort a base de fibres textiles (36-38) ; mise en place d'une couche fixante (40) d'un materiau thermofusible sur la couche de renfort a base de fibres textiles (36-38) ; exposition de la couche fixante (40) en materiau thermofusible maintenue dans le 10 moule de preforme (30), a une source de chaleur, afin de provoquer la fusion partielle de la couche fixante (30) et sa solidarisation a la couche de renfort a base de fibres textiles (36-38).
10. Procede selon la revendication 9, caracterise en ce que le maintien de la couche 15 fixante dans le moule de preforme s'effectue par 1'application d'une aspiration (31) a travers la couche de renfort textile (36-38), afin de plaquer la couche fixante (40) sur ladite couche de renfort.
11. Procede selon la revendication 9, caracterise en ce que des portions de la couche 20 fixante (40) sont mises en place au niveau des zones de la couche de renfort fibreux, qui presentent des decoupes.
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