FR2993492A1 - Procede de fabrication d'une piece composite en t par moulage par transfert de resine - Google Patents
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Abstract
Ce procédé de fabrication d'une pièce composite en T par moulage par transfert de résine, comprend les étapes consistant à : - constituer une préforme avec un empilement sensiblement plan (A) de plis et avec deux empilements en L (B, C) de plis, - placer ladite préforme de sorte que lesdits empilements en L (B, C) se retrouvent entre deux noyaux (M1, M2) d'un outil de moulage (M) par transfert de résine, - faire entrer et ressortir des fibres à travers ledit empilement plan (A) selon une direction perpendiculaire ou quasi-perpendiculaire à cet empilement (A) et de manière à former des boucles (b) à l'intérieur des parties (81, 82) desdits empilements en L (B, C) qui sont sensiblement perpendiculaires audit empilement plan, - fermer l'outil de moulage (M), - injecter de la résine dans l'outil de moulage (M), et à - chauffer l'outil de moulage (M) de manière à durcir la résine.
Description
La présente demande de brevet se rapporte au domaine de la fabrication de pièces en matériaux composites, notamment pour l'aéronautique. Comme cela est connu en soi, on peut réaliser des pièces en matériaux composites à partir de tissus (fréquemment appelés « plis ») de fibres notamment de carbone ou verre, que l'on imprègne de résine (polyimide par exemple) que l'on polymérise ensuite par élévation de température dans des autoclaves. On obtient de la sorte des pièces pouvant présenter pratiquement n'importe quelle géométrie, ainsi qu'un excellent compromis résistance / poids. Différentes techniques d'imprégnation de résine existent : on peut utiliser des plis pré-imprégnés de résine, ou bien utiliser des procédés de transfert de résine. De tels procédés, couramment utilisés pour la fabrication de pièces 15 dans l'aéronautique, sont désignés de manière générique par RTM (« Resin Transfer Moulding »). Cette technique consiste à placer une préforme constituée par un assemblage de plis à l'intérieur d'un moule clos, dans lequel on injecte de la résine sous pression. Cette résine progresse ainsi à travers les plis, et remplit 20 progressivement tous les interstices disponibles. Une fois ce remplissage terminé, on élève la température du moule, de manière à faire durcir la résine. Cette technique est utilisée notamment pour la fabrication de pièces en T, c'est-à-dire de pièces comprenant deux pans 1, 2 sensiblement perpendiculaires l'un à l'autre, comme cela est visible aux figures 1 et 2 ci-25 annexées. De telles pièces peuvent être utilisées notamment pour la fabrication de poutres. Plus précisément, pour fabriquer une telle pièce, on utilise trois empilements de plis : un empilement sensiblement plan A, et deux 30 empilements sensiblement en L, B et C, ces deux derniers étant jointifs de manière à définir le pied du T.
Lorsque l'on imprègne de résine la préforme constituée par les empilements A, B et C, on constate couramment la formation d'un amas de résine 3 dans la zone de jonction de ces trois empilements. Cet amas de résine, dépourvu de fibres, est un point faible de la 5 pièce obtenue in fine : il peut en effet être à l'origine d'un délaminage des plis environnants, et limite la résistance aux efforts de traction tendant à séparer les empilements B et C de l'empilement A (flèche 5 sur les figures 1 et 2). Pour remédier à ces inconvénients, on utilise à ce jour deux solutions. 10 La première solution consiste à pré-remplir la zone de jonction des trois empilements d'un ensemble de fibres maintenues entre elles : cette solution, dite « de la tête de clou » eu égard à la forme de la section transversale de ladite zone de jonction, occasionne de nombreuses difficultés dans le cadre d'un processus industriel. A titre d'exemple, les fibres ajoutées 15 peuvent se déplacer lors de l'injection de résine, et occuper finalement des positions qui ne sont pas optimales vis-à-vis de la résistance aux efforts extérieurs. La deuxième solution consiste à coudre entre eux les empilements A, B, C dans leur zone de jonction, comme cela est visible sur la figure 2 20 (points de couture 7). Cette solution présente l'inconvénient de ne pouvoir être mise en oeuvre qu'avant mise en place de la préforme constituée par les empilements A, B, C sur le moule de RTM, ce dernier comprenant notamment deux noyaux métalliques empêchant de passage des aiguilles de couture aux endroits appropriés. De plus, cette solution de couture ne permet en pratique 25 d'augmenter qu'assez faiblement la résistance aux efforts de traction tendant à séparer les empilements B et C de l'empilement A. La présente invention a ainsi notamment pour but de fournir un procédé de fabrication d'une pièce composite en T par moulage par transfert de résine, qui soit aisément industrialisable et présente une résistance 30 améliorée vis-à-vis des efforts tendant à séparer les deux pans du T l'un de l'autre.
On atteint ce but de l'invention avec un procédé de fabrication d'une pièce composite en T par moulage par transfert de résine, comprenant les étapes consistant à : - constituer une préforme avec un empilement sensiblement plan de plis et avec deux empilements en L de plis, - placer ladite préforme de sorte que lesdits empilements en L se retrouvent entre deux noyaux d'un outil de moulage par transfert de résine, - faire entrer et ressortir des fibres à travers ledit empilement plan selon une direction perpendiculaire ou quasi-perpendiculaire à cet empilement et de manière à former des boucles à l'intérieur des parties desdits empilements e n L qui sont sensiblement perpendiculaires audit empilement plan, - fermer l'outil de moulage, - injecter de la résine dans l'outil de moulage, et à - chauffer l'outil de moulage de manière à durcir la résine. Grâce à ce procédé dans lequel les fibres entrent et sortent sur la même face de l'empilement plan de plis, on peut donc réaliser la consolidation de la zone de jonction des différents empilements de la préforme une fois que celle-ci a été placée entre les noyaux de l'outil de moulage, ce qui est beaucoup plus simple à mettre en oeuvre dans le cadre d'un processus industriel : les déplacements de la machine à coudre réalisant les boucles de fibres peuvent en effet se limiter à des déplacements linéaires. De plus, l'orientation des fibres formant les boucles perpendiculairement à l'empilement plan de plis, et le passage de ces fibres dans les parties des empilements de plis en L qui sont sensiblement perpendiculaires à l'empilement plan de plis, c'est-à-dire en fait dans le pied du T, offre une résistance particulièrement remarquable vis-à-vis des efforts qui tendent à arracher les empilements en L de l'empilement plan.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles du procédé selon l'invention : - on assemble ledit empilement plan et lesdits empilements en L préalablement à l'introduction de la préforme entre les deux noyaux de l'outil de moulage ; - on assemble lesdits empilements en L, on les introduit entre les 5 deux noyaux de l'outil de moulage, et on les recouvre dudit empilement plan ; - on positionne chacun desdits empilements en L et ledit empilement plan les uns après les autres dans l'outil de moulage ; - on forme des boucles de différentes longueurs ; - on forme des boucles légèrement inclinées par rapport à la 10 direction perpendiculaire audit empilement plan ; - on forme un premier et un deuxième groupe de boucles, la longueur et l'inclinaison dudit premier groupe de boucles par rapport à la direction perpendiculaire audit empilement plan étant supérieures à celles dudit deuxième groupe de boucles. 15 La présente invention se rapporte également à une pièce en composite obtenue à partir du procédé susmentionné. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles : 20 - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une pièce en composite de la technique antérieure, telle que décrite dans le préambule de la présente description, - la figure 2 est une vue en perspective de cette même pièce, - la figure 3 est une vue en coupe d'une pièce en composite en 25 cours de fabrication avec le procédé de la présente invention, - la figure 4 est une vue en coupe transversale de cette pièce une fois fabriquée, et - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une autre pièce fabriquée avec le procédé selon l'invention. 30 Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensemble d'organes identiques ou analogues.
On se reporte à présent à la figure 3, sur laquelle on peut voir que l'on a positionné la préforme définie par l'empilement plan de plis A et par les deux empilements de plis en L, B et C, sur un outil de moulage M. Plus précisément, on place les parties des empilements de plis en 5 L, B et C, qui sont sensiblement perpendiculaires à l'empilement plan de plis A, entre les deux noyaux métalliques M1 et M2 de l'appareil de moulage M. A noter que l'empilement plan de plis A peut être assemblé aux deux empilements de plis en L, B et C préalablement à l'introduction de la préforme ainsi formée entre les deux noyaux M1 et M2. 10 Selon une autre possibilité, on peut commencer par assembler les deux empilements de plis en L, B et C, puis les introduire entre les deux noyaux M1 et M2, puis enfin les recouvrir de l'empilement plan de plis A. Selon encore une autre possibilité, on peut positionner chacun des empilement de plis en L, B et C et l'empilement plan de plis A les uns après les 15 autres, dans l'outil de moulage M. Quelle que soit la séquence d'assemblage retenue, on arrive donc à la configuration représentée à la figure 3, à partir de laquelle on réalise des boucles de fibres b à l'intérieur des parties 81 et 82 des empilements de plis en L, B et C qui sont sensiblement perpendiculaires à l'empilement plan de plis A. 20 Plus précisément, au moyen d'une machine à coudre automatique comportant une aiguille 9, on fait rentrer ces fibres à l'intérieur de l'empilement plan de plis A depuis la face libre 11 de celui-ci, on fait pénétrer la fibre à l'intérieur de la partie respective 81, 82 de chaque empilement de plis en L, B et C, on réalise la boucle b à l'intérieur de cette partie, puis on retire la fibre par 25 la face libre 11 de l'empilement plan de plis A, au voisinage du point d'entrée de cette fibre dans cet empilement. La direction générale de la fibre, en dehors de la boucle B, est sensiblement perpendiculaire à l'empilement plan A, comme cela est visible sur la figure 3. 30 On reproduit cette opération autant de fois qu'il est nécessaire, de manière à obtenir une pluralité de fibres définissant chacune des boucles b1, b2, b3 formées à l'intérieur des parties 81 et 82 des empilements en L, B et C, ces fibres ayant une direction générale sensiblement perpendiculaire à l'empilement plan A. Ce procédé de réalisation de boucles, permettant à une machine de travailler sur une seule face de la préforme de plis composite, est 5 couramment connu sous le vocable anglais « tufting », signifiant en réalité « touffetage ». Une fois la mise en place de ces fibres bouclées réalisées, on ferme l'outil de moulage M, et on injecte sous pression à l'intérieur de la résine polymérisable, laquelle va alors remplir l'ensemble des interstices qui se 10 trouvent dans la préforme définie par les empilements de plis A, B, C. Cette résine va en particulier se positionner tout autour des fibres formant les boucles b1, b2, b3. Une fois cette introduction de résine réalisée, on soumet l'outil de moulage M à une élévation de température, permettant la polymérisation 15 rapide de cette résine. Les fibres formant les boucles bl, b2, b3 permettent de réaliser un renfort très résistant de la zone de jonction des trois empilements de plis A, B, C. En particulier, ces fibres permettent d'obtenir une excellente 20 résistance à l'arrachement des plis en L, B et C par rapport à l'empilement de plis A. On notera de plus que la possibilité de réaliser le touffetage une fois que la préforme se trouve sur l'outil de moulage M est d'une grande commodité d'un point de vue industriel, par rapport à des opérations de 25 couturage. classiques telles que représentées à la figure 2, nécessitant le déplacement d'une ou plusieurs machines à coudre sur plusieurs faces de la préforme. Bien entendu, on peut choisir à volonté les caractéristiques des fibres formant les boucles b1, b2, b3, ainsi que la forme et la répartition spatiale 30 de ces boucles. A titre d'exemple, ces boucles peuvent être réalisées avec du fil de carbone, et être espacées d'un pas de 3 mm les unes par rapport aux autres, pénétrant à une cinquantaine de millimètres à l'intérieur des parties 81 et 82 des empilements de plis en L, B et C. A titre d'exemples également, les plis formant les empilements A, B et C peuvent être formés en carbone satin.
L'empilement A pourra comprendre par exemple 20 plis, et les empilements B et C 5 plis chacun. La figure 5 montre un mode de réalisation dans lequel la jonction entre les empilements de plis A, B, C est encore renforcée par rapport au mode de réalisation de la figure 4.
Dans ce mode de réalisation, on prévoit en fait un premier groupe de boucles b1, b2, b3 et un deuxième groupe de boucles b4, b5, la longueur 11 et l'inclinaison al du premier groupe de boucles b1, b2, b3 par rapport à la direction perpendiculaire P à l'empilement plan A étant supérieures à celles 12, a2 du deuxième groupe de boucles b4, b5.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à tire de simples exemples.
Claims (4)
- REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce composite en T par moulage par transfert de résine, comprenant les étapes consistant à : - constituer une préforme avec un empilement sensiblement plan (A) de plis et avec deux empilements en L (B, C) de plis, - placer ladite préforme de sorte que lesdits empilements en L (B, C) se retrouvent entre deux noyaux (M1, M2) d'un outil de moulage (M) par transfert de résine, - faire entrer et ressortir des fibres à travers ledit empilement plan (A) selon une direction perpendiculaire ou quasi-perpendiculaire à cet empilement (A) et de manière à former des boucles (b1, b2, b3) à l'intérieur des parties (81, 82) desdits empilements en L (B, C) qui sont sensiblement perpendiculaires audit empilement plan, - fermer l'outil de moulage (M), - injecter de la résine dans l'outil de moulage (M), et à - chauffer l'outil de moulage (M) de manière à durcir la résine.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on assemble ledit empilement plan (A) et lesdits empilements en L (B, C) préalablement à l'introduction de la préforme entre les deux noyaux (M1, M2) de l'outil de 25 moulage (M).
- 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on assemble lesdits empilements en L (B, C), on les introduit entre les deux noyaux (M1, M2) de l'outil de moulage (M), et on les recouvre dudit empilement plan (A).
- 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on positionne 30 chacun desdits empilements en L (B, C) et ledit empilement plan (A) les uns après les autres dans l'outil de moulage (M). . Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on forme des boucles de différentes longueurs (b1, b2, b3 et b4, b5). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, dans lequel on forme des boucles (b1, b3 et b4, b5) légèrement inclinées (al et a2) par rapport à la direction perpendiculaire (P) audit empilement plan (A). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on forme un premier (b1, b2, b3) et un deuxième (b4, b5) groupes de boucles, la longueur et l'inclinaison dudit premier groupe de boucles (b1, b2, b3) par rapport à la direction perpendiculaire (P) audit empilement plan étant supérieures à celles dudit deuxième groupe de boucles (b4, b5). 8. Pièce composite en T obtenue par un procédé conforme à l'une 15 quelconque des revendications précédentes.
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