FR2928294A1 - Procede et dispositif de realisation d'un profil courbe en materiau composite,et profil correspondant. - Google Patents
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Abstract
Il s'agit d'un procédé, d'un dispositif pour la réalisation et d'un profil (63) en matériau composite courbe, à partir d'au moins une bande composite (11) s'étendant le long d'un axe longitudinal. La bande est formée par l'empilage d'au moins deux nappes en fibres de renfort (4, 5, 6) unidirectionnelles disposées selon des orientations. On drape la bande sur un gabarit (34, 73) présentant une face d'application (36) plane ou sensiblement plane de forme générale allongée, de configuration déterminée correspondant à celle du profil recherché et s'étendant autour d'une ligne de référence, en appliquant progressivement la bande et en la déformant simultanément selon ladite ligne de référence, de sorte qu'on réalise sur la ou les parties ayant un rayon de courbure non nul un épanouissement progressif des fibres dans le plan d'application.
Description
i PROCEDE ET DISPOSITIF DE REALISATION D'UN PROFIL COURBE EN MATERIAU COMPOSITE, ET PROFIL CORRESPONDANT
La présente invention concerne un procédé pour la s réalisation d'un profil en matériau composite présentant une configuration ayant au moins une première partie présentant un rayon de courbure non nul, à partir d'au moins une bande composite s'étendant le long d'un axe longitudinal. io Elle concerne également un dispositif mettant en oeuvre un tel procédé, et un profil en matériau composite correspondant. Elle trouve une application particulièrement importante bien que non-exclusive dans le domaine de 15 la fabrication de pièces courbes de haute résistance, par exemple dans le domaine de l'aéronautique pour la fabrication de cadres de carlingue d'avions. Mais elle peut être également utilisée dans d'autres domaines nécessitant une grande résistance 20 aux efforts, comme celui du sport de loisir et de compétition. On connaît déjà des dispositifs et procédés de réalisation de profil courbe en matériau composite formé de fibres de renfort imprégnées, utilisant le 25 drapage fil à fil à partir de robots permettant d'obtenir une orientation adéquate des fibres de façon à optimiser les caractéristiques de résistance. Un tel drapage fil à fil nécessite l'utilisation de machines complexes telles que des automates de 30 placement de fils, et présente de ce fait des inconvénients importants liés à la nécessité d'une très grande précision et à un coût de matériel de fabrication élevé.
Il s'ensuit des investissements onéreux pour une productivité faible et un résultat au niveau de l'ouverture des fibres en éventail lors de leur placement qui n'autorise malheureusement pas une s bonne homogénéité. La présente invention vise à fournir un procédé, un dispositif et un profil répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet d'obtenir un profil en io matériau composite dont le drapage des plis de pré-imprégné unidirectionnel est parfaitement homogène, a un coût faible, et ce grâce à la réalisation d'une bande préliminaire, non encore déformée, mais qui va ensuite, une fois étendue en la courbant, augmenter 15 les performances mécaniques du produit final de façon importante. Dans ce but l'invention propose essentiellement un procédé pour la réalisation d'un profil en matériau composite présentant une configuration ayant au moins 20 une première partie présentant un rayon de courbure non nul, à partir d'au moins une bande composite s'étendant le long d'un axe longitudinal, caractérisé en ce que, la bande étant formée par l'empilage d'au moins deux nappes en fibres de 25 renfort unidirectionnelles disposées selon des orientations différentes de celle de l'axe longitudinal de la bande et entre elles, les nappes étant pré imprégnées de résine et pré compactées l'une avec l'autre à une pression et une température 30 déterminées, on drape la bande sur un gabarit présentant une face d'application plane ou sensiblement plane de forme générale allongée, de configuration déterminée correspondant à celle du profil recherché et s'étendant autour d'une ligne de référence, en appliquant progressivement la bande et en la déformant simultanément selon ladite ligne de s référence, de sorte qu'on réalise sur la ou les parties ayant un rayon de courbure non nul un épanouissement progressif des fibres dans le plan d'application. Cet épanouissement progressif correspond à un io élargissement de plus en pus grand de l'espace séparant deux fibres de la même nappe, dans le sens transversal de la bande, la déformation progressive de l'ouverture angulaire existant entre deux fibres s'effectuant de façon homogène et régulière sur la 15 partie présentant un rayon de courbure non nul de la bande . Par ligne de référence on entend la ligne générale suivie par l'axe longitudinal autour duquel s'étend le gabarit et donc le profil correspondant dans le 20 plan. Grâce à la combinaison, d'une part, de l'empilage de nappes avec des fibres croisées pré-imprégnées et d'autre part, de cette application progressive en respectant la ligne de référence, on obtient de façon 25 répétitive, fiable et réalisable de façon automatique ou semi-automatique, cet épanouissement exceptionnel qui se révèle favorable à la résistance de la pièce une fois cette dernière solidifiée . Dans des modes de réalisation avantageux on a de 30 plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes prises seules ou en combinaison : - le profil comporte au moins une deuxième partie comportant un rayon de courbure non nul ; - la première et la deuxième parties ont des rayons de courbures différents ; - la bande étant enroulée sur un cylindre dérouleur, on drape la bande en déroulant ledit cylindre sur le gabarit tout en le guidant lors de son déplacement longitudinal par des moyens de guidage de même ligne de référence que le gabarit ; - on drape une bande dont les fibres unidirectionnelles d'au moins deux des nappes sont Io symétriques par rapport à l'axe de la bande ; - la bande composite est formée à partir de trois nappes superposées et agglomérées par compactage l'une à l'autre ; -les fibres parallèles de chacune des nappes 15 forment un angle avec l'axe de la bande respectivement de valeur : 90-a°, 90°, 90°+a°; - les angles respectifs sont 90°-a et/ou 90°-b et/ou 90°+a et/ou 90°+b ; - a et/ou b est tel que : 10°< a < 80°; 20 - les fibres sont en carbone et la résine une résine époxy ; - le gabarit présente une cavité, pour former ensuite un profil de forme complémentaire, après poinçonnage de la bande dans la cavité, et avant 25 solidification ; - le gabarit est en forme de poutre de section rectangulaire ou trapézoïdale, pour former un profil en forme de poutre en U après rabattage des bords de la bande sur les faces latérales du gabarit, et avant 30 solidification ; - on réalise au moins deux couches successives desdites bandes composites ; - on superpose et/ou on intercale entre deux couches, dans le sens longitudinal, au moins une nappe de renfort en matériau composite unidirectionnel complémentaire dont les fibres de renfort sont parallèles à l'axe. L'invention propose également un dispositif mettant en œ uvre le procédé tel que décrit ci-dessus. Elle propose aussi un dispositif pour la réalisation d'un profil en matériau composite io présentant une configuration ayant au moins une première partie présentant un rayon de courbure non nul, à partir d'au moins une bande composite s'étendant le long d'un axe longitudinal, caractérisé en ce que la bande étant formée d'au moins deux 15 nappes en fibres de renfort unidirectionnelles disposées selon des orientations différentes de celle de l'axe longitudinal de la bande et entre elles, les nappes étant pré imprégnées de résine et pré compactées l'une avec l'autre à une pression et une 20 température déterminées, le dispositif comporte au moins un support de bande composite, un gabarit présentant une face d'application plane ou sensiblement plane de forme générale allongée, de 25 configuration déterminée correspondant à celle du profil recherché et s'étendant autour d'une ligne de référence, des moyens de drapage progressif de la bande sur le gabarit comprenant 30 des moyens de préhension du support et de déplacement dudit support le long dudit gabarit, des moyens de mise en pression de la nappe par le support sur la face d'application du gabarit, des moyens de guidage dudit support pour engendrer un drapage de la bande sur la face d'application selon ladite ligne de référence, de sorte qu'est réalisé sur la ou les parties ayant un rayon de courbure non nul, un épanouissement progressif des fibres dans le plan d'application. Dans des modes de réalisation avantageux le profil présente au moins une deuxième partie comportant un rayon de courbure non nul. io Avantageusement les première et deuxième parties ont des rayons de courbure différents. Egalement avantageusement le support comporte au moins un cylindre dérouleur et les moyens de guidage comprennent deux rails, rebords ou sillons guides 15 disposés de part et d'autre du gabarit, de même ligne de référence que le gabarit. Dans un mode de réalisation avantageux le dispositif comporte de plus des moyens de formation de la bande composite comprenant des moyens 20 d'application progressive des dites nappes l'une sur l'autre en donnant aux fibres parallèles de chacune des dites nappes une orientation différente par rapport au(x) rayon(s) de courbure du profil à obtenir et des moyens de compactage de l'une avec 25 l'autre pour en assurer la cohésion à une pression et une température déterminés. Avantageusement la pression est comprise entre 0,5 et 5 bars absolus et la température est comprise entre 15°C et 80°C, par exemple 0,9 bar et 40°C. 30 Egalement avantageusement les moyens de formation de la bande composite comportent de plus des moyens de superposition d'une troisième nappe et d'application progressive de ladite troisième nappe pour l'agglomérer par compactage avec les autres, les fibres parallèles de chacune des dites nappes formant par exemple un angle avec l'axe de la bande respectivement de valeur : 90°-a°, 90°, 90°+a°.
Dans un autre mode de réalisation avantageux le gabarit est en forme de cavité, et le dispositif comporte des moyens de poinçonnage de la bande dans la cavité pour former ensuite un profil de forme complémentaire avant solidification. io Egalement avantageusement le gabarit est en forme de poutre de section rectangulaire ou trapézoïdale, et le dispositif comporte des moyens de rabattage des bords de la bande sur les faces latérales du gabarit pour former un profil en forme de poutre en U avant 15 solidification. L'invention propose également un profil obtenu avec le procédé décrit ci-avant. Elle propose aussi un profil en matériau composite présentant une configuration ayant une première 20 partie présentant un rayon de courbure non nul, comprenant au moins une bande composite s'étendant le long d'un axe longitudinal, caractérisé en ce que, la bande est formée par l'empilage d'au moins deux nappes en fibres de 25 renfort unidirectionnelles disposées selon des orientations différentes de celle de l'axe longitudinal de la bande et entre elles, les nappes étant pré imprégnées de résine et pré compactées l'une avec l'autre à une pression et une température 30 déterminées, la bande étant déformée selon ladite configuration, et présentant un épanouissement progressif des fibres dans le plan d'application par déformation régulière d'ouverture angulaire obtenue sur la largeur de la bande. Avantageusement le profil présente au moins une deuxième partie présentant un rayon de courbure non nul. Egalement avantageusement les fibres unidirectionnelles de deux des nappes sont symétriques par rapport à l'axe de la bande par exemple avec des angles par rapport à l'axe de la bande de 90°-a et 90°+a, avec a compris entre 0° et 80°, avantageusement 45° ou 60°. L'invention concerne également une pièce pour carlingue d'avion obtenue à partir d'un profil réalisé selon le procédé tel que décrit ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des modes de réalisation décrits ci-après à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels : La figure 1 montre des bandes composites formées d'une, deux ou trois nappes en fibres de renfort parallèle pré-imprégnées de résine selon une orientation d et utilisables selon l'invention. La figure 2 est une vue de dessus en perspective montrant le placement de nappes telles que décrites en référence à la figure 1, superposées, avant compactage pour assurer la cohésion. La figure 3 montre la découpe de bandes obtenues à partir des enroulements de la figure 2, utilisables 30 selon l'invention. Les figures 4A, et 4B montrent en vue de dessus des bandes courbes obtenues avec deux ou trois nappes superposées correspondant aux nappes montrées à la figure 1. La figure 4C illustre en vue de dessus, l'épanouissement progressif de fibres (ici perpendiculaires à l'axe longitudinal) par déformation régulière et croissante de l'ouverture angulaire obtenue sur la longueur de la bande, comme obtenu avec l'invention. La figure 5 est une vue partielle en perspective io d'un mode de réalisation d'un dispositif mettant en ouvre le procédé selon l'invention. La figure 6 montre le résultat avant enrobage d'une bande obtenue avec le dispositif de la figure 5. 15 Les figures 7 et 8 montrent les étapes suivantes d'obtention du profil selon un mode de réalisation de l'invention, par mise au vide d'un espace situé entre une feuille ou bâche de drapage et la bande courbe obtenue avec l'invention. 20 La figure 9 est une vue partielle en perspective et en coupe, après retournement et insertion du profil dans un moule pour solidification du profil de façon connue en elle-même par mise sous pression et cuisson sous vide. 25 Les figures 10 et 11 montrent en perspective des modes de réalisation de profil ou de portion de profil en courbes obtenus avec l'invention. Les figures 12 et 13 montrent en perspective un autre mode de réalisation d'un dispositif pour profil 30 selon l'invention, pour lequel le profil en U ou C est obtenu par poinçonnage de la bande pré-étirée de façon courbe.
La figure 1 montre, de façon schématique, trois nappes rectangulaires 1, 2, 3 constituées de fibres de renfort 4, 5, 6 disposées selon des orientations différentes de celles de l'axe longitudinal 7, 8, 9 de la nappe concernée. Chacune de ces nappes est pré-imprégnée de résine par exemple du type époxy et va permettre de construire une bande utilisable selon l'invention. Mais tout type de résine thermodure ou thermoplastique est bien entendu utilisable. Des exemples de telles bandes ont été représentés en 10 et 11 sur la figure 1. Elles sont formées par l'empilage de deux nappes (bande 10) ou de trois nappes (bande 11).
Plus précisément la bande 10 est formée par l'empilage des nappes 2 et 3 dont les fibres unidirectionnelles forment avec leur axe respectif comme représenté sur la figure, un angle de 15°, ce qui donne une structure en treillis 12 (ou nid d'abeille). La bande 11 est quant-à-elle obtenue par la superposition de trois nappes, à savoir une superposition des nappes 1, 2 et 3 donnant une structure 13 plus dense.
Plus précisément chacune des bandes 10 et 11 est donc formée par l'empilage des nappes correspondantes en fil de renfort unidirectionnel, qui sont donc disposées selon des orientations différentes de celles de l'axe longitudinal de la bande concernée, lesdites nappes étant pré-imprégnées de résine et pré-compactées l'une avec l'autre à une pression et une température déterminée.
Celles-ci vont dépendre à la fois de la résine utilisée, des fibres utilisées et de la solidité et résistance du profil recherché après solidification. Avantageusement la pression du compactage peut par exemple être de l'ordre de 0,8 bar absolu, par exemple obtenue par mise sous vide et plaquage des nappes l'une sur l'autre dans une enceinte correspondante, mais peut être également obtenue par pression externe dans une presse, ou par le biais io d'un rouleau presseur à des pressions pouvant atteindre 3, 4 ou même 5 bars. La température déterminée utilisée pour cette préparation de bande multi-nappes est avantageusement la température ambiante qui permet une bonne 15 souplesse des matériaux sans solidification rapide des résines. Mais une température plus fraîche et/ou plus élevée pour des raisons pratiques à la portée de l'homme du métier, est également possible. On a représenté sur la figure 2 un moyen de 20 réalisation d'une bande utilisée avec le procédé selon l'invention. Pour ce faire, on enroule autour d'un support rectangulaire 16, successivement, trois bandes unidirectionnelles identiques 17 pré-imprégnées dont 25 les fibres 18 sont situées dans le sens longitudinal, en leur donnant des angles d'enrobage différents autour du support rectangulaire 16, par exemple et comme représenté sur la figure, des angles respectivement de 30°, 90° et 120. 30 Il est ainsi formé un ruban de trois nappes superposées dont les angles des fibres sont donc disposés selon des orientations différentes de celles de l'axe du support et qui vont pouvoir être compactées l'une avec l'autre, de façon à obtenir le ruban 20 tel que montré sur la figure 3, et qui correspond à une des faces du support 16. A partir de ce ruban il est possible de découper 5 les bandes 21 de nappes multidirectionnelles du type de la bande 11 représentée sur la figure 1. A partir des bandes 10, 11, 21, comprenant donc des fibres de renfort unidirectionnel disposées selon des orientations différentes de celles de l'axe 10 longitudinal de la bande et entre elles, on drape la bande sur un gabarit comme cela va être décrit ci-après en référence aux figures 5 ou 12. On a représenté sur les figures 4A et 4B les bandes déformées 22 et 23 obtenues selon l'invention, 15 les parties courbes du profil présentant un épanouissement progressif des fibres, comme représenté à titre d'illustration sur la figure 4C appliqué à une seule nappe 1 dont les fibres sont perpendiculaires à l'axe 7 de la nappe dans le plan 20 d'application. On observe ainsi, selon l'invention une déformation régulière ou sensiblement régulière de l'écartement séparant deux fibres adjacentes, qui passe progressivement d'une petite valeur d, à une 25 valeur plus grande d' sur une surface plane. L'angle entre deux fibres notamment adjacentes, est conservé ou sensiblement conservé, sur la largueur de la bande, compte tenu de l'épanouissement effectué de façon régulière comme décrit ci-avant. 30 Si la partie courbe de la bande présente toujours un rayon de courbure identique (cas d'un cercle) la déformation des distances le long d'une même ligne parallèle à la ligne de référence sera identique entre deux fibres initialement séparées, avant courbure, d'une même largeur. Si par contre le rayon de courbure est variable, s la déformation sera alors variable de façon mathématiquement homogène en fonction des variations dudit rayon de courbure sur les parties correspondantes. Par la suite on utilisera les mêmes numéros de Io référence pour désigner des éléments identiques ou similaires. La figure 5 montre un dispositif 30 selon un premier mode de réalisation de l'invention, agencé pour réaliser un profil en matériau composite en U 15 présentant une forme courbe selon un rayon de courbure non nul, à partir d'une bande composite par exemple la bande 11 formée de trois nappes superposées 1,2,3 pré-imprégnées, qui s'étend le long de son axe longitudinal 15 pour obtenir la bande 20 courbe 23. Le dispositif 30 comporte un support 31 de bande composite muni d'un cylindre 32, dérouleur, sur lequel a été enroulée la bande 11 et d'axe perpendiculaire 33 à l'axe longitudinal 15 de ladite 25 bande. Des moyens moteurs (non représentés) permettent le déroulement régulier de ce cylindre. Par ailleurs le dispositif 30 comporte un gabarit 34 formé d'un bloc parallélépipédique courbe 35 de forme complémentaire à la partie interne du profil en 30 U que l'on souhaite réaliser, ledit gabarit présentant une face d'application 36, plane ou sensiblement plane, de forme générale allongée de configuration déterminée correspondant à celle du profil à obtenir. Le dispositif 30 comporte de plus des moyens 37 de drapage progressif de la bande sur le gabarit. Ces moyens comprennent des moyens 38 de préhension du support par exemple constitué par un axe 39 supporté de part et d'autre du cylindre par deux portiques 40 symétriques, mobiles, dont les poteaux 41 comportent des pieds montés sur des roues 42 agencées pour lo suivre la courbure des moyens 43 de guidage du support, qui vont être décrits ci-après. Les moyens 37 de drapage comportent également des moyens moteur, qui peuvent être identiques à ceux mentionnés ci-dessus, permettant le déplacement du 15 rouleau le long du gabarit, et des moyens 44 de mise en pression de la nappe par le support sur la face d'application 36, par exemple formé d'un système à ressorts verticaux permettant de compenser la perte d'épaisseur progressive du rouleau suite au dépôt de 20 la bande sur ladite face du support. Les moyens de mise en pression peuvent également être un dispositif autorisant un glissement facile de la partie horizontale des portiques 40 par exemple formé de bagues à frottement doux sur des axes 25 solidaires et parallèles situés le long des poteaux 41 de soutien, du fait du poids du rouleau lui-même. Il est ainsi exercé lors de l'application de la bande sur le gabarit une pression par exemple comprise entre 200g et 3kg, et avantageusement lkg, 30 qui va permettre un bon épanouissement progressif des fibres dans le plan d'application. Les moyens 43 de guidage du support pour engendrer le drapage de la bande, comportent deux rails et/ou bords de guidage 45 propres à coopérer avec les roues 42 des pieds des portiques de support du rouleau, et présentant la même ligne de référence que celle du gabarit et/ou profil.
Sur la figure 5 telle que représentée, les rails ont donc les mêmes rayons de courbure (fixe ou variable) que le rayon de courbure du profil à réaliser. D'autres moyens de guidage peuvent bien entendu Io être utilisés. On a représenté sur la figure 6 la première phase de réalisation du mode de réalisation du profil plus particulièrement décrit ici, les moyens de drapage ayant été enlevés après réalisation de celui-ci. 15 La bande 23 ainsi réalisée repose sur la face supérieure 36 du gabarit 34, les bords 50 de la bande dépassant latéralement de cette face, et vont être amenés à venir se rabattre sur les faces latérales 51 du gabarit. 20 Pour ce faire il est prévu dans le dispositif plus particulièrement décrit ici, que le gabarit et les moyens de guidage reposent sur une table 52 munie sur son pourtour 53 de moyens d'étanchéité. Le dispositif permettant de configurer le profil 25 définitif recherché, en U, à partir du profil intermédiaire 23 ci-dessus est plus précisément décrit en référence aux figures 7 et 8. La figure 7 montre en perspective la bande 23 qui repose sur le gabarit 34, lui-même solidaire de la 30 table 52 dont les bords 53 comportent des rainures 54 munies de joints 55, qui vont permettre d'assurer une bonne étanchéité de la toile ou bâche étanche 56, 16 2928294 (solidaire d'un cadre 56 de support) agencée pour recouvrir la table et l'ensemble du profil. Sur la figure 8 on a plus particulièrement représenté le plaquage des bords latéraux 50 du 5 profil par le biais du tirage au vide du volume existant entre la surface de la table 57 et la toile 56. Par l'intermédiaire d'une pompe à vide 58 connectée à la surface de la table en 59, on aspire Io de telle façon que petit à petit la toile 56 vienne plaquer les bords 50 du profil sur le gabarit. Une fois le profil dans sa configuration formelle définitive, il est alors polymérisé sous pression à haute température de façon connue en elle-même. 15 Pour ce faire et par exemple, on place le profil sur un gabarit creux dans un contre-moule métallique comportant une bâche silicone, qui est mise sous pression. A l'intérieur du gabarit creux on réalise ensuite 20 une circulation d'eau à haute température qui, coordonnée avec les pressions exercées, permet de respecter les cycles de cuisson préalablement définis. Puis à l'issue des phases de moulage et de 25 cuisson, la pièce est passée au détourage et au contrôle ultrasons, pour obtenir le profil définitif 63 (cf figure 10) qui va , par exemple, être utilisé pour le cadre d'une carlingue d'aéronef. 30 On a représenté sur la figure 9 un autre mode de réalisation envisagé pour terminer la fabrication du profil définitif.
Pour ce faire le profil non encore solidifié 60 est introduit dans le contre-moule 61 de forme complémentaire. Un noyau en silicone 62 est ensuite placé dans le profil, également de forme s complémentaire au profil recherché, par exemple en bois puis on met sous pression, par exemple en mettant sous vide ou par gonflage du noyau. Ensuite on retire (ou non) le bloc 62 avant cuisson sous vide et sous pression comme décrit ciio avant. Ici encore un système intégré au moule pour réaliser chauffage, vide et pression (non représenté) est prévu et connu en lui-même. Selon un mode de réalisation de l'invention, il 15 est possible de réaliser une deuxième bande, une troisième bande, etc, que l'on superpose à la première bande avant cuisson, avec le dispositif décrit pour déposer la première bande éventuellement réglée un peu différemment. 20 Il est également possible, comme représenté sur la figure 11, d'ajouter des rubans 64 de renforcement unidirectionnel positionnés sur les faces latérales 65 ou sur la face principale 66 du profil en U ou parallélépipédique, ici encore avec un éventuel pré 25 compactage, suivi par le moulage et la cuisson. De tels moyens de renfort sont déterminées en fonction des contraintes et des résistances recherchées dans le cadre de l'utilisation du profil concerné et sont déposés de façon à la portée de 30 l'homme du métier, par déroulement latéraux de rubans par exemple à partir de bobine de nappe unidirectionnelle de fibre de direction parallèles ou non à la ligne de référence, de largueur adéquate, automatiquement ou semi-automatiquement, les rubans étant par exemple comprimés par des galets d'axes verticaux dans le cas d'une dépose sur les bords latéraux du U.
On a représenté (partiellement)en référence aux figures 12 et 13, un autre mode de réalisation d'un dispositif 70 selon l'invention. Il comporte des moyens 71 de drapage de la bande 72 du type décrit en référence à la figure 5, mais cette fois-ci sur un moule femelle 73 muni d'un évidemment 74 correspondant à la configuration du profil recherché, le gabarit étant en fait en forme de cavité. Le dispositif comporte par ailleurs (cf. figure 13) des moyens 75 de poinçonnage comprenant un noyau 76, par exemple en matériau semi-rigide, de section non déformable, ou autre, de forme complémentaire à celle de l'évidemment 74, qui lorsqu'il va être appliqué sur la bande 72 va permettre d'obtenir par poinçonnage la configuration du gabarit en U avant solidification. On va maintenant décrire la réalisation d'un profil en U selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit en référence aux figures 1 à 11.
A partir de trois nappes unidirectionnelles en carbone époxy dont les fibres sont dirigées dans le sens de l'axe longitudinal de la bande, on réalise comme indiqué en référence à la figure 2, un semi-produit qui va permettre d'obtenir par découpe les bandes 21. Les orientations des fibres sont par exemple de moins 450,(ou moins 30°), 90°, (plus 30°ou) plus 450.
L'opération peut se faire à partir de rouleaux comportant les nappes unidirectionnelles pré imprégnées de façon semi-automatisée ou automatisée. Un pré-compactage avant découpe des bandes pour assurer la cohésion et la découpe aux largeurs souhaitées, par exemple de 150mm, est ensuite effectuée (cf figure 3). La bande 21 ainsi obtenue est par exemple enroulée sur le rouleau 32. io Comme indiqué ci-avant le principe est de réaliser un épanouissement progressif équilibré sans dissociation des fibres les unes avec les autres, ce qui permet l'obtention de performances, en résistance notamment, particulièrement importantes sur des 15 gabarits qui traditionnellement, en étant courbe, nécessitaient des montages complexes. En référence aux figures 5, 6 et suivantes on met alors en place le rouleau 11 sur le dispositif de déroulement (moyens de support et moteurs)de la bande 20 21. Le système de déroulement est quant à lui guidé par les rails 45 de guidage intérieur et extérieur, par exemple circulaires si le profil recherché est en arc de cercle. 25 Le drapage s'effectue ensuite progressivement sur le gabarit par exemple en bois ou en silicone de dureté plus ou moins élevée. La déformation d'ouverture angulaire de la bande multi-axiale se fait alors de façon homogène, le 3o déroulement s'effectuant de façon automatique ou semi-automatique à une vitesse lente, par exemple 1 m par minute.
On obtient ainsi une bande du type de celle représentée sur la figure 4B avec un excellent épanouissement, qui repose sur le gabarit 34 (cf figure 7).
On met ensuite en place le cadre 56' muni de sa bâche en silicone 56 extensible, pour plaquer les retours, c'est à dire les flans 50 du profil en C ou en U sur le gabarit 34.
En référence à la figure 8 on réalise le vide io entre la bâche en silicone 56 et la surface 57 de la table, ce qui vient effectivement plaquer les bords 50 le long du gabarit 34.
Puis le drapage ayant été correctement effectué, on ajoute éventuellement les renforts 15 unidirectionnels sur les bords et/ou le dessus du profil et on répète éventuellement les opérations pour réaliser sur le premier profil obtenu une deuxième bande ou une troisième bande de façon à obtenir un profilé composite multi-bandes multi-axial 20 avec ou sans renfort.
Le profil ainsi obtenu, qui constitue un semi-produit est ensuite solidifié. Pour ce faire, on le place dans un moule muni d'une cavité de forme complémentaire , (cf figure 9), puis on insère dans 25 le produit un noyau en silicone 62 avant de mettre le tout en pression pour plaquer le profil contre les parois dudit moule le mettant sous pression, puis on réalise la cuisson sous pression ou sous vide de façon connue en elle-même.
30 Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation plus particulièrement décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes et notamment celles où la forme du gabarit, et donc du profil obtenu, comporte plusieurs rayons de courbure différents y compris de sens opposés.5
Claims (30)
1. Procédé pour la réalisation d'un profil (63) en matériau composite présentant une configuration ayant au moins une première partie présentant un rayon de courbure non nul, à partir d'au moins une bande composite (11) s'étendant le long d'un axe longitudinal, caractérisé en ce que, la bande étant formée par l'empilage d'au moins deux nappes en fibres de renfort (4, 5, 6) unidirectionnelles disposées selon des orientations différentes de celle de l'axe longitudinal de la bande et entre elles, les nappes étant pré imprégnées de résine et pré compactées l'une avec l'autre à une pression et une température déterminées, on drape la bande sur un gabarit (34, 73) présentant une face d'application (36) plane ou sensiblement plane de forme générale allongée, de configuration déterminée correspondant à celle du profil recherché et s'étendant autour d'une ligne de référence, en appliquant progressivement la bande et en la déformant simultanément selon ladite ligne de référence, de sorte qu'on réalise sur la ou les parties ayant un rayon de courbure non nul un épanouissement progressif des fibres dans le plan d'application.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé 30 en ce que le profil comporte au moins une deuxième partie comportant un rayon de courbure non nul.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première et la deuxième parties ont des rayons de courbures différents.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, la bande (11) étant enroulée sur un cylindre (32) dérouleur, on drape la bande en déroulant ledit cylindre sur le gabarit (34) tout en le guidant lors de son déplacement longitudinal par des moyens (43) io de guidage de même ligne de référence que le gabarit.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on drape une bande dont les fibres unidirectionnelles d'au moins deux des nappes sont symétriques par 15 rapport à l'axe de la bande.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la bande composite est formée à partir de trois nappes superposées et agglomérées par compactage l'une à l'autre, les fibres parallèles de 20 chacune des nappes formant un angle avec l'axe de la bande respectivement de valeur : 90-a°, 90°, 90°+a°.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que a est tel que : 10°< a < 80°.
8. Procédé selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres sont en carbone et la résine une résine époxy.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gabarit (73, 74) présente une cavité (74), pour 30 former ensuite un profil de forme complémentaire, après poinçonnage de la bande dans la cavité, et avant solidification.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le gabarit (34) est en forme de poutre de section rectangulaire ou trapézoïdale, pour former un profil en forme de poutre en U après rabattage des bords de la bande sur les faces latérales du gabarit, et avant solidification.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que on io réalise au moins deux couches successives desdites bandes composites.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on superpose et/ou on intercale entre deux couches, dans 15 le sens longitudinal, au moins une nappe (64) de renfort en matériau composite unidirectionnelle complémentaire dont les fibres de renfort sont parallèles à l'axe.
13. Dispositif (30, 70) pour la réalisation d'un 20 profil en matériau composite présentant une configuration ayant au moins une première partie présentant un rayon de courbure non nul, à partir d'au moins une bande composite (11) s'étendant le long d'un axe longitudinal (15), caractérisé en ce 25 que la bande étant formée d'au moins deux nappes (1, 2, 3) en fibres de renfort unidirectionnelles disposées selon des orientations différentes de celle de l'axe longitudinal de la bande et entre elles, les nappes étant pré imprégnées de résine et pré 30 compactées l'une avec l'autre à une pression et une température déterminées, le dispositif comporte au moins un support (31) de bande composite (11), 25 2928294 un gabarit (34) présentant une face d'application (36) plane ou sensiblement plane de forme générale allongée, de configuration déterminée correspondant à celle du profil recherché et s'étendant autour d'une 5 ligne de référence, des moyens (37) de drapage progressif de la bande sur le gabarit comprenant des moyens (38) de préhension du support et de déplacement dudit support le long dudit gabarit, io des moyens (44) de mise en pression de la nappe par le support sur la face d'application du gabarit, des moyens (43) de guidage dudit support pour engendrer un drapage de la bande sur la face d'application selon ladite ligne de référence, de 15 sorte qu'est réalisé sur la ou les parties ayant un rayon de courbure non nul, un épanouissement progressif des fibres dans le plan d'application.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le gabarit présente au moins 20 une deuxième partie comportant un rayon de courbure non nul.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les première et deuxième parties ont des rayons de courbure différents. 25
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le support comporte au moins un cylindre (32) dérouleur et en ce que les moyens de guidage comprennent deux rails, rebords ou sillons guides (45) disposés de 30 part et d'autre du gabarit, de même ligne de référence que le gabarit.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que ilcomporte de plus des moyens de formation de la bande composite comprenant des moyens d'application progressive des dites nappes l'une sur l'autre en donnant aux fibres parallèles de chacune des dites nappes une orientation différente par rapport au(x) rayon(s) de courbure du profil à obtenir et des moyens de compactage de l'une avec l'autre pour en assurer la cohésion à une pression et une température déterminés.
18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que la pression est comprise entre 0,5 et 5 bars et la température est comprise entre 15°C et 80°C.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que les moyens de formation de la bande composite comportent de plus des moyens de superposition d'une troisième nappe et d'application progressive de ladite troisième nappe pour l'agglomérer par compactage avec les autres, les fibres parallèles de chacune des dites nappes formant un angle avec l'axe de la bande respectivement de valeur : 90°-a°, 90°, 90°+a°.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 19, caractérisé en ce que le gabarit (73) est en forme de cavité (74), et en ce qu'il comporte des moyens de poinçonnage de la bande dans la cavité pour former ensuite une gabarit de forme complémentaire, avant solidification.
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 19, caractérisé en ce que le gabarit (35) est en forme de poutre de section rectangulaire ou trapézoïdale, et en ce qu'il comporte des moyens (56, 58, 59) de rabattage desbords de la bande sur les faces latérales du gabarit pour former un profil en forme de poutre en U, avant solidification.
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 20, caractérisé en ce que il comporte des moyens d'application d'au moins deux couches successives desdites bandes composites sur le gabarit.
23. Dispositif selon la revendication 22, io caractérisé en ce que il comporte des moyens de superposition sur ou entre deux couches d'au moins une bande en matériau composite Unidirectionnelle complémentaire de renfort.
24. Profil en matériau composite présentant une 15 configuration ayant une première partie présentant un rayon de courbure non nul, comprenant au moins une bande composite (11) s'étendant le long d'un axe longitudinal, caractérisé en ce que, la bande est formée par 20 l'empilage d'au moins deux nappes (1, 2, 3) en fibres de renfort unidirectionnelles (4, 5, 6) disposées selon des orientations différentes de celle de l'axe longitudinal de la bande et entre elles, les nappes étant pré imprégnées de résine et pré compactées 25 l'une avec l'autre à une pression et une température déterminées, la bande étant déformée selon ladite configuration, et présentant un épanouissement progressif des fibres dans le plan d'application par déformation régulière de l'ouverture angulaire 30 obtenue sur la largeur de la bande.
25. Profil en matériau composite selon la revendication 24, caractérisé en ce que le gabaritprésente au moins une deuxième partie présentant un rayon de courbure non nul.
26 Profil selon l'une quelconque des revendications 24 et 25, caractérisé en ce que les fibres unidirectionnelles de deux des nappes sont symétriques par rapport à l'axe de la bande.
27. Profil selon l'une quelconque des revendications 24 à 26, caractérisé en ce que la bande composite comprend trois nappes superposées et io agglomérées par compactage l'une à l'autre, les fibres parallèles de chacune des nappes formant un angle avec l'axe de la bande respectivement de valeur : 90°-a°, 90°, 90°+a°.
28. Profil selon la revendication 27, caractérisé 15 en ce que a est tel que : 10°< a < 80°.
29. Profil selon l'une quelconque des revendications 24 à 28, caractérisé en ce que les fibres sont en carbone et la résine une résine époxy.
30. Pièce pour carlingue d'avion, caractérisée en 20 ce qu'elle est obtenue à partir d'au moins un profil réalisé à partir du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
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