FR2899837A1 - Panneau en materiau composite et procede de realisation de ce panneau - Google Patents
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Abstract
Ce panneau en matériau composite comprend des couches (1, 8) de fibres noyées dans une résine polymérisable et des profilés (3) constituant des raidisseurs rigides, situés entre les couches de fibres.Selon invention, lesdits profilés (3) sont préfabriqués en un matériau composite compatible en termes d'adhérence, avec la résine desdites couches (1, 8), c'est-à-dire en un matériau composite propre à être lié, après polymérisation, aux couches que comprend le matériau composite du panneau ; chaque profilé (3) est tubulaire et comprend au moins une paroi plane par laquelle il est lié intimement à une couche (1) que comprend le panneau et est recouvert par une ou plusieurs autres couches (8) que comprend le panneau, en étant également lié intimement à cette ou ces couches.
Description
La présente invention concerne un panneau en matériau composite, plus
particulièrement destiné à l'industrie aéronautique, et un procédé de réalisation de ce panneau. Il est connu de réaliser des profilés de forme semi-tubulaire, qui, lorsqu'ils sont fixés sur un panneau, constituent des raidisseurs rigides. Lorsque l'on veut constituer des panneaux plans ou courbes entièrement réalisés en matériaux composites en y intégrant ce type de raidisseurs, de nombreuses difficultés techniques compliquent la mise en oeuvre.
En particulier, lorsque l'on recherche l'obtention de performances élevées dans les propriétés mécaniques des panneaux auto-raidis, il est préférable d'assembler les pièces composites renforcées de fibres carbone, verre, kevlar ou autres, et de matrice de type résine thermodurcissable, par mode de co-cuisson plutôt que par assemblage par collage ou par fixations mécaniques. La co-cuisson de matériaux composites est en fait obtenue en respectant un cycle de pression, température et temps bien précis tandis que les pièces sont maintenues entre elles par pression hydrostatique (utilisation de compactage par mise en place de vessies sous vide, et/ou maintien en pression de l'ensemble pour éviter toute porosité dans le matériau et garantir la parfaite cohésion entre fibres et matrice. Il est également possible de produire de tels assemblages par d'autres procédés connus tel que le RTM : Resin Transfert Molding , ou LRI : light Resin Infusion , ne nécessitant pas d'autoclave.
Dans ces types de procédés de fabrication, la difficulté principale est celle qui consiste à réaliser les raidisseurs tubulaires. Des principes utilisés pour ces réalisations sont bien connus : - mise en place de mandrins à l'intérieur des profilés que l'on retire en fin de cuisson : ces outillages sont lourds et difficiles à enlever dès lors 30 que la longueur des profilés est conséquente. - mise en place de mandrins en silicone, gonflables, que l'on retire en fin de cuisson : ces outillages sont difficiles à enlever dès lors que la longueur des profilés est conséquente et la mise en oeuvre est complexe. - mise en place de noyaux en mousse rigide que l'on enlève de 35 préférence après la cuisson pour des raisons de masse. Ce procédé est onéreux. - mise en place de mandrins métalliques fusibles à bas point de fusion que l'on enlève simplement en fin de cuisson en élevant la température au niveau de leur point de fusion, température restant tolérable par le composite constituant le pièce à réaliser. Ce procédé est lourd à mettre en oeuvre et peu économique. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un panneau en matériau composite incluant des raidisseurs et un procédé de réalisation de panneaux composites, qui permette une mise en oeuvre rapide et économique, et réponde aux exigences de forte tenue mécanique. Le panneau concerné comprend, de manière connue en soi, des couches de fibres noyées dans une résine polymérisable et des profilés constituant des raidisseurs rigides, situés entre les couches de fibres.
Selon l'invention, lesdits profilés sont préfabriqués en un matériau composite compatible en termes d'adhérence, avec la résine desdites couches, c'est-à-dire en un matériau composite propre à être lié, après polymérisation, aux couches que comprend le matériau composite du panneau ; chaque profilé est tubulaire et comprend au moins une paroi plane par laquelle il est lié intimement à une couche que comprend le panneau et est recouvert par une ou plusieurs autres couches que comprend le panneau, en étant également lié intimement à cette ou ces couches. Les profilés forment ainsi des noyaux tubulaires préfabriqués, intimement liés aux couches environnantes du panneau, en particulier au niveau de leurs faces planes. Ces profilés sont ainsi utilisés au moment de la fabrication du panneau pour constituer des raidisseurs de ce panneau, et, au cours de l'utilisation du panneau, sont "travaillants", c'est-à-dire interviennent dans la résistance du panneau.
De préférence, chaque profilé comprend des fibres majoritairement orientées dans une direction privilégiée des profilés, notamment dans le sens longitudinal de ceux-ci. Chaque profilé peut notamment être réalisé par le procédé dit de "pultrusion", ou par enroulement filamentaire; Les profilés obtenus par ces procédés sont très résistants, et la mise en oeuvre est particulièrement économique puisqu'entièrement automatique et rapide.
Chaque profilé peut comprendre au moins une zone arrondie au niveau d'au moins une de ses parois latérales raccordées à sa paroi plane précitée, formant, après mise en place du profilé sur la couche recevant cette paroi, une transition progressive entre ces parois latérales et cette couche. Le procédé selon l'invention comprend les étapes consistant : - à constituer sur un outillage une ou plusieurs couches de fond du panneau, comprenant au moins une couche de fibres imprégnées de résine polymérisable ; - à mettre en place sur cette ou ces couches de fond, avant polymérisation de leur résine, des profilés tubulaires préfabriqués dont les parois sont en un matériau composite compatible en termes d'adhérence, avec la résine de cette ou ces couches de fond et avec la résine polymérisable d'une ou plusieurs couches supérieures du panneau, c'est-à- dire en un matériau composite propre à être lié, après polymérisation, aux couches que comprend le matériau composite du panneau ; chaque profilé comprend au moins une paroi plane par laquelle il est appliqué sur la ou les couches de fond de manière à amener cette paroi à adhérer intimement à la ou les couches de fond ; - à appliquer intimement sur chaque profilé, avant polymérisation de la résine des couches de fond, des bandes de fibres imprégnées de résine polymérisable, formant tout ou partie de la ou desdites couches supérieures du panneau, ces bandes présentant des largeurs telles qu'elles forment des débords de part et d'autre de chaque profilé, ces débords étant appliqués sur la ou les couches de fond ; - à recouvrir l'ensemble du panneau par une membrane étanche à l'air et à mettre en dépression l'espace délimité par cette membrane et par le marbre ; - à mettre l'ensemble de l'outillage, du panneau et de la membrane dans un autoclave et à réaliser une cuisson du panneau avec exercice d'une pression positive sur la face extérieure de la membrane. Les profilés garantissent après cuisson une parfaite liaison au panneau par effet de co-cuisson au niveau du contact direct des débords et par effet de collage au niveau des surfaces en contact entre les profilés, la ou lesdites couches supérieures et la ou lesdites couches de fond. Les surfaces planes des profilés assurent le transfert des flux de cisaillement par effet de collage avec les couches de fibres ou de tissu qui les enveloppent. La ou les couches de fond et la ou les couches supérieures sont co-cuites entre les profilés, et constituent en final une même et unique peau, parfaitement compacte et exempte de toute inclusion de bulles d'air du fait de la cuisson non seulement avec mise en dépression au moyen de la membrane mais également avec mise en surpression du panneau et de la membrane dans l'autoclave. Cette mise en surpression assure un très fort compactage de la matière sans pour autant altérer le matériau du fait de la membrane étanche. Chaque profilé peut être simplement appliqué sur la ou lesdites couches de fond, et venir adhérer à celles-ci par simple pégosité de la résine des couches de fond ; le procédé peut également comprendre l'étape consistant à mettre en place un film de résine ou de colle sur la ou les couches de fond, aux emplacements destinés à recevoir les profilés. L'invention sera bien comprise, et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, un panneau obtenu par le procédé qu'elle concerne.
La figure unique est une vue en coupe de ce panneau, en cours de fabrication. Le procédé selon l'invention comprend les étapes consistant : - à constituer, sur un outillage 4, une ou plusieurs couches de fond 1 du panneau, comprenant au moins une couche de fibres imprégnées de résine polymérisable, notamment en tissu de verre, carbone, kevlar ou similaire, imprégné d'une résine époxyde ou phénolique ; - à mettre en place sur cette ou ces couches de fond 1, avant polymérisation de leur résine, des couches supplémentaires 7 de résine ou de colle aux emplacements destinés à recevoir des profilés tubulaires 3 ; - à mettre en place sur ces couches supplémentaires 7, avant polymérisation de la résine de ces couches 7 et de la ou des couches de fond 1, des profilés tubulaires 3 dont les parois sont en un matériau composite cornpatible en termes d'adhérence, avec la résine de la ou des couches de fond 1 et avec la résine polymérisable d'une ou plusieurs couches supérieures 8 du panneau, c'est-à-dire en un matériau composite propre à être lié, après polymérisation, aux couches 1 et 8 que comprend le matériau composite du panneau ; chaque profilé 3 comprend au moins une paroi plane par laquelle il est appliqué sur la ou les couches de fond 1 de manière à amener cette paroi à adhérer à la ou les couches de fond 1 ; - à appliquer sur chaque profilé 3, avant polymérisation de la résine des couches de fond 1, des bandes 8 de fibres imprégnées de résine polymérisable, présentant des largeurs telles qu'elles forment des débords 9 de part et d'autre de chaque profilé 3, ces débords 9 étant appliqués sur la ou les couches de fond 1 ; - à recouvrir l'ensemble du panneau par une membrane 5 étanche à l'air, comprenant des joints 6 appliqués sur le marbre 4, et à mettre en dépression l'espace délimité par cette membrane et par le marbre 4; - à mettre l'ensemble de l'outillage 4, du panneau et de la membrane 5 dans un autoclave et à réaliser une cuisson du panneau avec exercice d'une pression positive sur la face extérieure de la membrane 5 ; cette pression positive peut être de l'ordre de 6 à 7 HPa ; la température de cuisson est adaptée au type de résine utilisé, par exemple 180 à 200 C. pour une résine époxy. Chaque profilé 3 utilisé est réalisé par le procédé dit de 20 "pultrusion", et comprend des fibres majoritairement orientées dans le sens longitudinal. Chaque profilé 3 comprend au moins une zone arrondie 10 au niveau d'au moins une de ses parois latérales raccordées à sa paroi plane précitée, formant, après mise en place du profilé 3 sur la ou les couches de 25 fond 1, une transition progressive entre ces parois latérales et cette ou ces couches de fond 1.
Claims (6)
1. Panneau en matériau composite, comprenant des couches (1, 8) de fibres noyées dans une résine polymérisable et des profilés (3) constituant des raidisseurs rigides, situés entre les couches de fibres, caractérisé en ce que lesdits profilés (3) sont préfabriqués en un matériau composite compatible en termes d'adhérence, avec la résine desdites couches (1, 8), c'est-à-dire en un matériau composite propre à être lié, après polymérisation, aux couches que comprend le matériau composite du panneau ; chaque profilé (3) est tubulaire et comprend au moins une paroi plane par laquelle il est lié intimement à une couche (1) que comprend le panneau et est recouvert par une ou plusieurs autres couches (8) que comprend le panneau, en étant également lié intimement à cette ou ces couches.
2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque profilé (3) comprend des fibres majoritairement orientées dans une direction privilégiée des profilés (3), notamment dans le sens longitudinal de ceux-ci.
3. Panneau selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque profilé (3) est réalisés par le procédé dit de "pultrusion", ou par 20 enroulement filamentaire.
4. Panneau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque profilé (3) comprend au moins une zone arrondie (10) au niveau d'au moins une de ses parois latérales raccordées à sa paroi plane précitée, formant, après mise en place du profilé (3) sur la couche (1) 25 recevant cette paroi, une transition progressive entre ces parois latérales et cette couche (1).
5. Procédé de réalisation d'un panneau en matériau composite selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant : 30 - à constituer sur un outillage (4) une ou plusieurs couches de fond (1) du panneau, comprenant au moins une couche de fibres imprégnées de résine polymérisable ; - à mettre en place sur cette ou ces couches de fond (1), avant polymérisation de leur résine, des profilés tubulaires (3) dont les parois 35 sont en un matériau composite compatible en termes d'adhérence, avec la résine de cette ou ces couches de fond (1) et avec la résine polymérisabled'une ou plusieurs couches supérieures (8) du panneau, c'est-à-dire en un matériau composite propre à être lié, après polymérisation, aux couches (1, 8) comprend le matériau composite du panneau ; chaque profilé (3) comprend au moins une paroi plane par laquelle il est appliqué sur la ou les couches de fond (1) de manière à amener cette paroi à adhérer intimement à la ou les couches de fond (1) ; - à appliquer intimement sur chaque profilé (3), avant polymérisation de la résine des couches de fond (1), des bandes (8) de fibres imprégnées de résine polymérisable, formant tout ou partie de la ou desdites couches supérieures du panneau, ces bandes (8) présentant des largeurs telles qu'elles forment des débords (9) de part et d'autre de chaque profilé (3), appliqués sur la ou les couches de fond (1) ; - à recouvrir l'ensemble du panneau par une membrane (5) étanche à l'air et à mettre en dépression l'espace délimité par cette 15 membrane (5) et par le marbre (4) ; - à mettre l'ensemble de l'outillage (4), du panneau et de la membrane (5) dans un autoclave et à réaliser une cuisson du panneau avec exercice d'une pression positive sur la face extérieure de la membrane (5).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il 20 comprend l'étape consistant à à mettre en place un film (7) de résine ou de colle sur la ou les couches de fond (1), aux emplacements destinés à recevoir les profilés (3).
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