FR2999469A1 - Manufacturing composite material parts with open cell core, comprises placing mold in core provided on face of sealing layer, preforming sealing layer; bonding layer with core, and introducing structural resin between mold and layer - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de fabrication de pièces en matériau composite à âme à cellule ouverte. La présente invention concerne un nouveau procédé de fabrication de pièces en matériau composite à âme à cellule ouverte, typiquement en nid d'abeilles. De telles pièces sont aussi appelées structures composites sandwich nid d'abeilles, et comportent typiquement une âme alvéolaire en nid d'abeille recouverte par une paroi en matériau composite constituée essentiellement d'une résine armée de fibres, cette paroi étant solidarisée avec l'âme lors de la fabrication de la pièce.Process for manufacturing parts made of composite material with an open cell core The present invention relates to a new method for manufacturing parts made of composite material with an open-cell core, typically made of honeycomb. Such parts are also called honeycomb sandwich composite structures, and typically comprise a honeycomb honeycomb core covered by a composite material wall consisting essentially of a resin reinforced with fibers, this wall being secured to the core. during the production of the piece.
Ces pièces ou structures sont particulièrement appréciées pour leur rapport masse/performance, profitant de la haute résistance de la paroi en résine armée, et de la légèreté de l'âme alvéolaire. Cependant, les mises en oeuvre traditionnelles de type « prepreg-autoclave » représentent des contraintes technico-économiques de plus en plus fortes. Etat de la technique Dans le domaine général de la fabrication de pièces en matière composite, plusieurs procédés de moulage connus par imprégnation de fibres avec de la résine peuvent être utilisés pour réaliser ces pièces et, notamment, les procédés de moulage employant des moules fermés. Typiquement, le procédé RTM (pour « resin transfert molding » ou moulage par transfert de résine) consiste, de manière générale, à injecter sous pression de la résine dans un moule fermé dans lequel des fibres de renforcement telles que des fibres de verre, de carbone ou d'aramide ont été préalablement placées. Puis on effectue un chauffage propre à polymériser la résine.These parts or structures are particularly appreciated for their mass / performance ratio, taking advantage of the high strength of the reinforced resin wall, and the lightness of the alveolar core. However, traditional implementations of the "prepreg-autoclave" type represent increasingly high technical and economic constraints. STATE OF THE ART In the general field of manufacturing composite parts, several molding processes known by fiber impregnation with resin can be used to make these parts and, in particular, molding processes using closed molds. Typically, the RTM (resin transfer molding) process generally consists in injecting the resin under pressure into a closed mold in which reinforcing fibers such as glass fibers, resin fibers or carbon or aramid have been previously placed. Then a clean heating is carried out to polymerize the resin.
On obtient ainsi une pièce rigide en matériau composite formé de fibres et de résine polymérisée. Par ailleurs, on connaît aussi le procédé de moulage par infusion de résine, ou LRI (Liquid Resin Infusion), dans lequel, au lieu d'injecter la résine sous pression, celle-ci est amenée à remplir le moule sous l'effet d'une dépression générée dans celui-ci. Dans ce cas, généralement, une seule des parois du moule, appelée matrice, est rigide et conformée selon la forme de la pièce à obtenir, et l'autre paroi est une bâche souple étanche qui est placée au-dessus de l'assemblage des constituants de la pièce à fabriquer, comportant notamment le renfort fibreux. La bâche est liée de manière étanche avec la matrice sur sa périphérie. La dépression est alors créée entre la matrice et ladite bâche, ce qui conduit la résine à infuser à l'intérieur des éléments de renfort fibreux. Puis on fait polymériser la résine, afin d'obtenir la pièce rigide souhaitée.This gives a rigid piece of composite material formed of fibers and polymerized resin. Furthermore, the resin infusion molding process, or LRI (Liquid Resin Infusion), is also known in which, instead of injecting the resin under pressure, it is made to fill the mold under the effect of a depression generated in it. In this case, generally, only one of the walls of the mold, called matrix, is rigid and shaped according to the shape of the part to be obtained, and the other wall is a flexible waterproof sheet which is placed above the assembly of the components of the part to be manufactured, including in particular the fibrous reinforcement. The tarpaulin is sealed with the die on its periphery. Depression is then created between the matrix and said tarpaulin, which causes the resin to infuse inside the fibrous reinforcing elements. Then the resin is polymerized to obtain the desired rigid part.
Certains procédés combinent la mise en dépression du moule et l'injection sous pression. Pour le cas particulier de la réalisation de pièces composites à âme en nid d'abeille, le procédé RTM n'est pas à ce jour utilisé, notamment parce que l'injection de résine sous pression tend naturellement à remplir les cellules, ce qui est contraire au but général recherché de ces pièces qui est de les alléger. Pour ce types de pièces, le procédé couramment utilisé est le procédé « prepreg-autoclave » précédemment évoqué, selon lequel la paroi est formée à partir d'un tissu de fibres pré-imprégné de résine, appelé « prepreg ». Ce procédé est illustré figure 1. On place sur le moule 1 une première couche 2 de ce tissu pré-imprégné, puis on place sur celle-ci l'âme en nid d'abeille 3 enrobée d'un film de colle 4. On place ensuite une deuxième couche 5 de tissu pré-imprégné, dont les bords sont mis en contact avec la première couche 2 de manière à envelopper complètement l'âme. On place ensuite successivement un tissu d'arrachage 6, ou un film de surface qui pourra être enlevé une fois la pièce terminée, puis un film séparateur 7 et un tissu de drainage 8. On recouvre le tout par une bâche étanche 9, assujetie par sa périphérie avec le moule 1 de manière étanche au moyen d'un joint de mastic 9'. L'ensemble est ensuite placé dans une enceinte pressurisée et thermostatée, de manière que la première couche de tissu préimprégné se conforme exactement au moule, le compactage du tissu pré-imprégné le conduisant par ailleurs à se lier avec l'âme grâce au film de colle, avant de polymériser et durcir pour constituer la paroi de la pièce. Mais comme indiqué précédemment, ce procédé présente plusieurs inconvénients : le tissu de fibre pré-imprégné est coûteux ; il n'est pas facile de le conformer à des pièces de géométrie compliquée.Some processes combine mold vacuum and pressure injection. In the particular case of the realization of honeycomb core composite parts, the RTM process is not currently used, in particular because the injection of resin under pressure naturally tends to fill the cells, which is contrary to the general purpose of these pieces which is to lighten them. For these types of parts, the method commonly used is the "prepreg-autoclave" method previously mentioned, wherein the wall is formed from a resin prepreg fiber fabric, called "prepreg". This process is illustrated in FIG. 1. A first layer 2 of this pre-impregnated fabric is placed on the mold 1, then the honeycomb core 3 coated with a film of glue 4 is placed thereon. then placing a second layer of pre-impregnated fabric, whose edges are brought into contact with the first layer 2 so as to completely envelop the core. A tear-off fabric 6 or a surface film that can be removed once the piece is finished is then successively placed, then a separating film 7 and a drainage fabric 8. The whole is covered by a waterproof tarpaulin 9, which is secured by its periphery with the mold 1 sealingly by means of a sealant 9 '. The assembly is then placed in a pressurized and thermostatically controlled enclosure, so that the first layer of preimpregnated fabric conforms exactly to the mold, the compaction of the preimpregnated fabric also leading it to bind with the soul thanks to the film of glue, before curing and hardening to form the wall of the room. But as indicated above, this method has several disadvantages: the pre-impregnated fiber fabric is expensive; it is not easy to conform to parts of complicated geometry.
Il a donc déjà été envisagé de remplacer ce procédé par d'autres permettant de supprimer ou au moins réduire ces inconvénients. Ainsi, EP1897680 ou US2009/0252921 décrivent la fabrication de telles pièce composites à âme à cellules ouvertes par un procédé du type par infusion. La partie introductive de ces documents de brevet, auxquels on pourra se reporter, décrit aussi différents types connus antérieurement de procédés de fabrication de pièces en matériau composite à âme à cellules ouvertes, et en particulier l'utilisation de la technique du RTM. Selon cette technique du RTM, contrairement au procédé par infusion, la résine est injectée sous pression dans un moule fermé étanche dans lequel l'âme et les couches de fibres sèches ont été préalablement placées. Pour éviter que la résine sous pression s'infiltre dans les cellules de l'âme, il est nécessaire de préparer celle-ci, en obturant préalablement les cellules par une couche de matériau étanche suffisamment résistante pour empêcher ensuite la résine de pénétrer dans les cellules.It has therefore already been envisaged to replace this method with others allowing to eliminate or at least reduce these disadvantages. Thus, EP1897680 or US2009 / 0252921 disclose the manufacture of such open core core composite parts by an infusion type process. The introductory part of these patent documents, to which reference may be made, also describes various previously known types of open cell core composite material manufacturing processes, and in particular the use of the RTM technique. According to this technique of the RTM, unlike the infusion process, the resin is injected under pressure into a sealed closed mold in which the core and the dry fiber layers have been previously placed. To prevent the resin under pressure from infiltrating the cells of the core, it is necessary to prepare the latter, by closing the cells beforehand with a layer of waterproof material sufficiently resistant to then prevent the resin from entering the cells. .
Un problème est alors qu'il n'est plus possible de prévoir une liaison directe des couches composites externes, formées par la résine infiltrée dans le mat de fibres, avec l'âme, puisque la couche étanche empêche la résine d'arriver au contact de l'âme. Une solution connue à ce problème, décrite par exemple dans EP 0770472, consiste à utiliser une fine membrane, par exemple en polyamide ou polyéther-étherketone, pour former la couche étanche. On prépare l'âme de la pièce en plaçant un film de colle sous la couche d'étanchéité, pour assurer la liaison entre cette dernière et l'âme. Puis ce pré-ensemble est chauffé pour assurer la polymérisation et le durcissement de la couche étanche, et en conséquence sa liaison étanche avec l'âme, assurant ainsi l'obturation des cellules de l'âme. On réalise ensuite la couche de recouvrement en matériau composite par RTM de manière classique. Mais alors l'assemblage de la couche étanche par collage sur l'âme doit être effectué dans une première étape, et l'injection de résine dans une deuxième étape, ce qui complique fortement le procédé. De plus, il est nécessaire d'effectuer un traitement de surface spécifique des membranes choisies pour permettre une bonne liaison de celles-ci d'une part avec l'âme, et d'autre part avec la couche de recouvrement. EP 0786330 décrit un procédé similaire, utilisant un film étanche en matériau choisi parmi un polymère fluoré, un polyimide, un polyétherimide ou polyétheréthercétone, ou des mélanges de ceux-ci, et plus particulièrement du fluorure de polyvinyle par exemple. EP0722825 décrit une variante de ces procédés, dans laquelle la couche destinée à assurer l'étanchéité avant l'injection de résine est elle-même une couche de prépreg. Une première étape, consiste à préparer la pièce en plaçant successivement de chaque côté de l'âme, des films de colle, des couches de prépreg, et des couches de fibres sèches destinées à former par la suite la couche de recouvrement extérieure. La pièce ainsi préparée est placée dans le moule, et un chauffage suffisant de celui-ci est réalisé pour assurer la liaison entre le prépreg et l'âme. Un refroidissement permet ensuite de durcir la couche étanche ainsi formée, et de ramener la température à une température adaptée à l'injection de résine. Puis la résine est injectée sous pression dans le moule pour se répandre entre la paroi du moule et la couche W d'étanchéité constituée préalablement, en infiltrant les fibres sèches, pour finalement se conformer à la forme du moule et former la couche de recouvrement finale, de manière connue en soi pour le procédé RTM. Un inconvénient de ce procédé est qu'il nécessite 15 l'utilisation d'une couche de prépreg, susceptible d'augmenter le coût du procédé et dont la mise en place est soumise aux contraintes connues dans l'utilisation des prépregs. Un autre inconvénient est la faiblesse de la liaison entre la couche d'étanchéité durcie et la 20 couche de recouvrement. Objet de l'invention La présente invention a pour but de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus, et vise en particulier à 25 permettre la fabrication effective de pièces en matériau composite à âme à cellule ouverte par le procédé de transfert de résine liquide sous pression. Elle vise ainsi notamment à permettre un étanchement des cellules de l'âme suffisant pour supporter des pressions 30 d'injection de résine pouvant aller jusqu'à 8 bars. Elle vise encore à permettre l'industrialisation du procédé de fabrication, y compris pour la fabrication de pièces ayant une structure complexe, par exemple comportant des éléments de structuration spécifiques, tels que renforts 35 composites passant au travers de l'âme.A problem is then that it is no longer possible to provide a direct connection of the outer composite layers, formed by the resin infiltrated in the fiber mat, with the core, since the sealed layer prevents the resin from coming into contact of soul. A known solution to this problem, described for example in EP 0770472, is to use a thin membrane, for example polyamide or polyether-etherketone, to form the waterproof layer. The core of the part is prepared by placing a glue film under the sealing layer, to ensure the connection between the latter and the core. Then this pre-assembly is heated to ensure the polymerization and hardening of the sealed layer, and consequently its tight connection with the core, thus ensuring the closure of the cells of the core. The RTM composite layer is then produced in conventional manner. But then the assembly of the sealing layer by bonding to the core must be carried out in a first step, and the injection of resin in a second step, which greatly complicates the process. In addition, it is necessary to carry out a specific surface treatment of the selected membranes to allow good bonding thereof on the one hand with the core, and on the other hand with the covering layer. EP 0786330 describes a similar process, using a waterproof film made of a material chosen from a fluorinated polymer, a polyimide, a polyetherimide or polyetheretherketone, or mixtures thereof, and more particularly polyvinyl fluoride for example. EP0722825 describes a variant of these processes, in which the layer intended to seal before resin injection is itself a prepreg layer. A first step is to prepare the workpiece by successively placing on each side of the core, glue films, prepreg layers, and dry fiber layers to subsequently form the outer cover layer. The piece thus prepared is placed in the mold, and sufficient heating thereof is made to ensure the connection between the prepreg and the core. Cooling then makes it possible to harden the sealed layer thus formed, and to bring the temperature to a temperature suitable for resin injection. Then the resin is injected under pressure into the mold to spread between the wall of the mold and the previously formed sealing layer W, by infiltrating the dry fibers, to finally conform to the shape of the mold and form the final covering layer , in a manner known per se for the RTM process. A disadvantage of this method is that it requires the use of a prepreg layer, which can increase the cost of the process and whose implementation is subject to known constraints in the use of prepregs. Another disadvantage is the weakness of the bond between the hardened sealing layer and the covering layer. OBJECT OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the problems mentioned above, and aims in particular at enabling the effective manufacture of open cell core composite parts by the process of transfer of liquid resin under pressure. . It thus aims in particular to allow a sealing of the cells of the core sufficient to withstand resin injection pressures of up to 8 bar. It is also intended to allow industrialization of the manufacturing process, including for the manufacture of parts having a complex structure, for example having specific structuring elements, such as composite reinforcements passing through the core.
L'invention vise aussi à permettre une simplification de la fabrication, par un procédé sans reprise de pièce, toutes les opérations de préformage, d'étanchement de l'âme, d'imprégnation et de cuisson de la résine injectée, étant réalisés dans le même moule, sans besoin d'en changer ni même de l'ouvrir en cours de process. Description générale de l'invention Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces en matériaux composite à âme à cellule ouverte. Lesdites pièces comportent une paroi extérieure et une âme, ou noyau, typiquement en nid d'abeille, comprenant un ensemble de cellules ou alvéoles orientées parallèlement entre elles et transversalement aux surfaces apparentes des dites pièces, les alvéoles étant obturées au moins sur une face par ladite paroi extérieure constituée à partir d'une couche de recouvrement à base de matériau fibreux noyé dans une résine matricielle. Au cours du procédé, on place dans un moule l'âme pourvue sur ladite face d'une couche d'étanchement destinée à réaliser une liaison étanche avec les parois des cellules de l'âme, et surmontée d'une couche de matière fibreuse, puis on procède à une étape de préformage destinée à conformer la couche d'étanchement et la lier avec l'âme. On introduit ensuite entre le moule et la couche d'étanchement une résine structurale qui, en imprégnant la couche de matière fibreuse, vient au contact de la couche d'étanchement et du moule pour former après polymérisation ladite paroi extérieure de la pièce. Selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce que la couche d'étanchement est constituée d'un complexe d'obturation associant un film adhésif de résine adhésive structurale, disposée au contact de l'âme, et un pli de fibres unidirectionnelles associé audit film adhésif. Les fibres unidirectionnelles sont partiellement noyées dans la résine du film adhésif non polymérisé, de manière à présenter une partie de ces fibres unidirectionnelles émergeante du film adhésif du côté opposé à l'âme, de manière que la résine introduite ensuite dans le moule imprègne simultanément la couche de matière fibreuse et la partie émergeante des fibres unidirectionnelles La résine structurale peut être introduite dans le W moule sous pression, selon la technique du RTM, ou par infusion, ou encore en combinant une dépression générée dans le moule et une injection de résine sous pression. Le complexe d'obturation est composé de fibres dont la technique de confection permet la suppression ou au 15 moins la minimisation des embuvages locaux. Les embuvages locaux sont des phénomènes liés à l'imprégnation de la résine. Notamment, dans le cas de certains tissages, la résine pénètre préférentiellement aux croisements des fibres. Dans le contexte de l'invention, ceci est 20 problématique, puisque cela crée des hétérogénéités et des zones non étanches à la résine Selon un premier mode de réalisation, le complexe d'obturation est préfabriqué. Le complexe d'obturation 25 peut être préparé par association du film adhésif non polymérisé avec le pli de fibres unidirectionnelles, de manière que les fibres soient déjà partiellement enrobées dans la résine du film adhésif. Ce complexe est ainsi un assemblage de matériaux semi-intime entre un pli de 30 fibres et un film de résine thermodurcissable adhésive structurale. Selon un deuxième mode de réalisation, le complexe d'obturation est constitué dans le moule lors de l'étape de préformage, le film adhésif et le pli de fibres 35 unidirectionnelles étant déterminés de manière que, lors du préformage, le film adhésif ramolli vient en liaison collée étanche avec l'âme et simultanément les fibres unidirectionnelles s'intègrent partiellement dans le film adhésif ramolli, laissant subsister, après polymérisation de ce film, une partie de ces fibres unidirectionnelles émergeante du film adhésif. La résine adhésive associée aux fibres unidirectionnelles semi imprégnées dans celle-ci forme une couche d'étanchement composite fibres-matrice extrêmement résistante, en particulier apte à résister à W des pressions pouvant aller jusqu'à 8 bars, ce qui garantit qu'il n'y aura pas de rupture de cette couche d'étanchement lors de l'injection ultérieure de résine structurale sous pression. De plus, on assure une liaison particulièrement 15 résistante de l'âme avec la peau extérieure constituée de résine structurale armée par la couche de matière fibreuse, du fait que les fibres du pli de fibres unidirectionelles sont noyées à la fois dans le film de colle solidaire de l'âme et dans ladite résine 20 structurale. La liaison entre la résine structurale adhésive et la résine structurale des peaux est non seulement une liaison adhésive, mais également une liaison mécanique. On résout ainsi les problèmes posés par l'utilisation des films d'étanchéité mentionnés dans 25 l'art antérieur ainsi que ceux posés par l'utilisation d'un prépreg. L'âme peut être typiquement un matériau nid d'abeille présentant des cellules hexagonales de 3 à 5 mm ou plus. Les cellules peuvent aussi être rectangulaires 30 ou d'autres formes, avec des dimensions jusqu'à 10 mm ou plus. L'âme peut être réalisée en papier imbibé de résine, de type NOMEX CD par aluminium, verre, etc. Le film de résine adhésive ou en KEVLAR CD, structurale est fait exemple, 35 d'une résine thermodurcissable polymérisable à environ 180 °C, avec une épaisseur de l'ordre de 0,1 mm et un grammage d'environ 300g/m2. Cette couche peut optionnellement être supportée par une trame de fibres. Le pli de fibres unidirectionnelles est une nappe mince, d'environ 0,1 mm d'épaisseur et de densité 5 d'environ 150g/m2, constituée de mèches étalées maintenues entre elles par un procédé conventionnel de type thermofixage. Les fibres de cette nappe peuvent être des fibres de carbone, verre, Kevlar CD, ayant un diamètre de l'ordre de 10 pm. W La couche de matière fibreuse peut être constituée d'un ou plusieurs plis de fibres tissées ou non tissées, de 1 à 20 mm d'épaisseur. Le taux volumique de fibres dans la pièce est de préférence supérieur à 50%, de préférence supérieur à 57%. 15 La résine injectable est une résine thermodurcissable ou thermoplastique, de viscosité inférieure à 1000 centipoises, préférentiellement comprise entre 50 et 500 centipoises. 20 Lors de l'étape de préformage, le moule est porté à une température de 120 à 180 °C, pendant une à deux heures, pour ramollir le film adhésif et, en réduisant ainsi la viscosité de la colle, permettre à celle ci de mouiller les bords des parois des cellules de l'âme pour 25 former un ménisque de liaison entre ledit film et les dites parois du nid d'abeille. Puis la température est abaissée à environ 60 °C, avant de procéder à l'introduction de la résine structurale dans le moule. 30 Selon un mode de réalisation préférentiel, la résine est introduite dans le moule sous pression, typiquement sous une pression de 1 à 8 bars, plus particulièrement sous une pression de 3 bars environ. Cette pression, qui sera adaptée notamment en fonction de 35 l'épaisseur souhaitée de la paroi extérieure et donc de l'épaisseur de la couche de renfort fibreux, doit être suffisante pour que la résine injectée remplisse complètement le moule en s'infiltrant et enrobant correctement les fibres de la couche de matière fibreuse. Par ailleurs, la pression n'est pas trop élevée ce qui garantit que la couche d'étanchement conserve son intégrité lors de l'injection. Pratiquement, des évents sont formés dans le moule, de dimensions et en des endroits prédéterminés distants du ou des points d'injection de résine, et l'injection est arrêtée lorsque la résine parvient à ces évents, gage que le moule est totalement rempli. En fonction de la résine utilisée, on peut procéder à une post-cuisson par exemple à 120°C pendant 3 heures avant de procéder au refroidissement et au démoulage.The invention also aims to allow a simplification of the manufacture, by a process without part recovery, all operations of preforming, sealing the core, impregnation and firing of the injected resin, being made in the same mold, without the need to change or even open during the process. GENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION With these objectives in view, the subject of the invention is a process for manufacturing parts made of composite materials with an open-cell core. Said parts comprise an outer wall and a core, or core, typically honeycomb, comprising a set of cells or cells oriented parallel to each other and transversely to the apparent surfaces of said parts, the cells being closed at least on one side by said outer wall formed from a cover layer of fibrous material embedded in a matrix resin. During the process, the core provided on said face with a sealing layer intended to make a tight connection with the walls of the cells of the core, and surmounted by a layer of fibrous material, is placed in a mold. then we proceed to a preforming step intended to form the sealing layer and bind with the core. Then introduced between the mold and the sealing layer a structural resin which, by impregnating the layer of fibrous material, comes into contact with the sealing layer and the mold to form after polymerization said outer wall of the workpiece. According to the invention, the method is characterized in that the sealing layer consists of a closure complex associating a structural adhesive resin adhesive film, disposed in contact with the core, and a fold of associated unidirectional fibers. audit adhesive film. The unidirectional fibers are partially embedded in the resin of the unpolymerized adhesive film, so as to have a portion of these unidirectional fibers emerging from the adhesive film on the opposite side to the core, so that the resin introduced into the mold simultaneously impregnates the layer of fibrous material and the emerging part of the unidirectional fibers The structural resin can be introduced into the mold under pressure, according to the RTM technique, or by infusion, or by combining a vacuum generated in the mold and a resin injection under pressure. The closure complex is composed of fibers whose manufacturing technique allows the removal or at least the minimization of local embossments. Local burrs are phenomena related to the impregnation of the resin. In particular, in the case of certain weaves, the resin penetrates preferentially to the crossings of the fibers. In the context of the invention, this is problematic, since it creates heterogeneities and non-watertight zones in the resin. According to a first embodiment, the closure complex is prefabricated. The sealing complex may be prepared by combining the unpolymerized adhesive film with the unidirectional fiber ply so that the fibers are already partially embedded in the adhesive film resin. This complex is thus a semi-intimate assemblage of materials between a fold of fibers and a structural adhesive thermosetting resin film. According to a second embodiment, the closure complex is formed in the mold during the preforming step, the adhesive film and the fold of unidirectional fibers being determined so that, during preforming, the softened adhesive film comes in bonding sealed with the core and simultaneously unidirectional fibers partially integrate into the softened adhesive film, leaving, after polymerization of this film, a portion of these unidirectional fibers emerging from the adhesive film. The adhesive resin associated with semi-impregnated unidirectional fibers in it forms an extremely resistant matrix-fiber composite sealing layer, in particular capable of withstanding pressures of up to 8 bar, which guarantees that it There will be no breakage of this sealing layer during the subsequent injection of structural resin under pressure. In addition, a particularly strong bonding of the core with the outer skin made of structural resin reinforced by the layer of fibrous material is ensured by the fact that the fibers of the unidirectional fiber ply are embedded in both the glue film. integral with the core and in said structural resin. The bond between the adhesive structural resin and the structural resin of the skins is not only an adhesive bond, but also a mechanical bond. This solves the problems posed by the use of the sealing films mentioned in the prior art as well as those posed by the use of a prepreg. The core may typically be a honeycomb material having hexagonal cells 3 to 5 mm or larger. The cells may also be rectangular or other shapes, with dimensions up to 10 mm or more. The core can be made of paper impregnated with resin, type NOMEX CD by aluminum, glass, etc. The adhesive resin or KEVLAR CD structural film is exemplary of a thermosetting polymerizable resin at about 180 ° C, having a thickness of about 0.1 mm and a basis weight of about 300 g / m 2. This layer may optionally be supported by a fiber frame. The unidirectional fiber ply is a thin ply, about 0.1 mm thick and about 150 g / m 2 in density, consisting of spread slivers held together by a conventional heat-setting method. The fibers of this sheet may be carbon fibers, glass, Kevlar CD, having a diameter of the order of 10 μm. The layer of fibrous material may consist of one or more plies of woven or non-woven fibers 1 to 20 mm thick. The volume content of fibers in the part is preferably greater than 50%, preferably greater than 57%. The injectable resin is a thermosetting or thermoplastic resin with a viscosity of less than 1000 centipoise, preferably between 50 and 500 centipoise. During the preforming step, the mold is heated to a temperature of 120 to 180 ° C for one to two hours to soften the adhesive film and, thereby reducing the viscosity of the glue, allow the glue to wetting the edges of the cell walls of the core to form a connecting meniscus between said film and said walls of the honeycomb. Then the temperature is lowered to about 60 ° C, before proceeding to the introduction of the structural resin into the mold. According to a preferred embodiment, the resin is introduced into the mold under pressure, typically at a pressure of 1 to 8 bar, more particularly at a pressure of about 3 bar. This pressure, which will be adapted in particular as a function of the desired thickness of the outer wall and therefore of the thickness of the fibrous reinforcing layer, must be sufficient for the injected resin to completely fill the mold by infiltrating and coating correctly the fibers of the layer of fibrous material. In addition, the pressure is not too high which ensures that the sealing layer maintains its integrity during injection. Practically, vents are formed in the mold, of dimensions and at predetermined locations remote from the resin injection point (s), and the injection is stopped when the resin reaches these vents, so that the mold is completely filled. Depending on the resin used, it is possible to post-cure for example at 120 ° C for 3 hours before proceeding to cooling and demolding.
Selon un mode de réalisation alternatif, la résine est introduite dans le moule en conséquence d'une dépression générée dans celui-ci, de manière similaire au procédé de moulage par infusion. Selon une autre disposition préférentielle, l'introduction de la résine dans le moule est effectuée en continuité avec l'étape de préformage, en conservant le moule fermé. En variante, l'introduction de la résine peut être faite dans une opération séparée de l'étape de préformage, après un éventuel changement de moule. Cette variante peut notamment être préférée pour la réalisation de pièces de géométrie complexe, avec par exemple des variations localisées relativement importantes de l'épaisseur de la paroi extérieure, où il peut alors être avantageux de réaliser le préformage dans un moule ayant une forme spécifique adaptée pour constituer la couche d'étanchement, et de réaliser l'injection sous pression, ou l'infusion, dans un moule ayant la forme de la pièce souhaitée.35 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un procédé conforme à l'invention.According to an alternative embodiment, the resin is introduced into the mold as a result of a depression generated therein, similarly to the infusion molding process. According to another preferred arrangement, the introduction of the resin into the mold is carried out in continuity with the preforming step, while maintaining the closed mold. Alternatively, the introduction of the resin can be done in an operation separate from the preforming step, after a possible mold change. This variant may in particular be preferred for producing parts of complex geometry, with, for example, relatively large localized variations in the thickness of the outer wall, where it may then be advantageous to perform the preforming in a mold having a specific shape adapted to form the sealing layer, and to perform the pressure injection, or the infusion, in a mold having the shape of the desired part. Brief description of the drawings Other features and advantages will become apparent in the description which will be made of a process according to the invention.
On se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation d'un procédé selon l'art antérieur, déjà décrite dans la partie introductive de ce mémoire, W - la figure 2 est une vue schématique de détail illustrant le complexe d'obturation utilisé selon l'invention, - la figure 3 est une vue schématique de détail montrant schématiquement la constitution de la paroi 15 d'une pièce formée selon l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe schématique d'une pièce réalisée par le procédé selon l'invention, - les figures 5 à 7 illustrent les différentes phases successives du procédé, 20 - la figure 8 est un graphique représentatif des variations de température et de pression au cours d'un exemple de mise en oeuvre du procédé. Description des exemples et informations 25 complémentaires La figure 2 représente en coupe le complexe d'obturation 10 pouvant être utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention. Ce complexe comporte un pli 11 de film adhésif polymérisable associé avec un pli de fibres 30 unidirectionnelles 12, par exemple des fibres de carbone de 10 pm de diamètre, assemblées en mèches étalées pour former uen couche mince, typiquement de l'ordre de 0,1 mm. Le pli 11 de film adhésif présente des 35 caractéristiques qui lui permettent d'une part d'assurer, après polymérisation et durcissement, sa liaison avec l'âme en nid d'abeille et, d'autre part, d'intégrer partiellement les fibres 12, comme on le voit sur la figure 2, lors du ramollissement de la résine constitutive dudit film lorsque celui-ci est chauffé. Le pli de fibres unidirectionnelles présente donc une partie 12a noyée dans le pli de film adhésif 11, et une partie 12b émergeante à la surface de pli. La figure 3 illustre la constitution de la paroi 20 W obtenue finalement par le procédé selon l'invention. On y voit le film adhésif 11 polymérisé et lié à l'âme en nid d'abeille 13, la peau de résine structurale 14 armée de deux plis de fibres tissées ou non tissées 15. On notera en particulier que la résine structurale 14, en 15 s'infiltrant jusqu'au contact de la surface du film adhésif, s'est aussi imprégnée dans la partie 12b des fibres unidirectionnelles 12 qui n'était pas noyée dans le pli de film adhésif 11, et se trouve également renforcée par ces fibres. Mais le rôle le plus important 20 de ces fibres est d'assurer une liaison mécanique entre le film adhésif 11 et la résine structurale 14, qui complète de manière particulièrement efficace la liaison collée provenant du seul contact de ces couches. 25 Le procédé selon l'invention permet la réalisation de pièce à âme en nid d'abeilles structurée, c'est-à-dire que l'âme inclus une ou plusieurs peaux composites résine/renfort fibreux. Ainsi, il est possible de reprendre des efforts locaux importants par exemple via 30 un insert métallique, ou d'augmenter la rigidité de la pièce. La figure 4 illustre à titre d'exemple une pièce structurée réalisable grâce à l'invention. Cette pièce comporte trois pavés 21, 22 chacun formé d'une âme en nid 35 d'abeilles 23 enrobée d'une couche de complexe d'obturation. Les pavés sont séparés par des raidisseurs 25 constitués de composite fibres-résine. Le pavé central 22 comporte de plus un insert métallique 27, par exemple destiné à un assemblage vissé de la pièce structurée avec une autre pièce. Une peau composite 26 recouvre l'ensemble de la pièce et en constitue la paroi extérieure. Dans l'exemple représenté, ladite paroi est en fait constituée d'une paroi composite inférieure 26a, d'une paroi composite supérieure 26b, et les parois latérales 26 c sont formées par des prolongements des W parois composites formant les raidisseurs 25. Cet exemple n'est bien sûr pas limitatif, mais illustre la possibilité de réalisation de pièces complexes par le procédé selon l'invention. 15 Dans les exemples précédents, il a été considéré que le complexe d'obturation 10 était préfabriqué, et placé ainsi sur l'âme, au moment de la fabrication de la pièce. Les figures 5 à 7 illustrent un autre mode de mise 20 en oeuvre, dans lequel le complexe d'obturation 10 est en fait constitué dans le moule, lors du préformage. Dans ce cas, comme illustré figure 5, on prépare la pièce en plaçant le film adhésif polymérisable 11 sur l'âme en nid d'abeilles 13. Puis on place dessus le pli de fibres 25 unidirectionnelles 12, et enfin le ou les plis de matériau fibreux tissé 15. L'ensemble est placé dans le moule dont la fermeture génère la pression requise pour le compactage des tissus et du complexe d'obturation. Plus précisément, la fermeture du four provoque 30 l'application en pression du film adhésif 11 sur l'âme 13, via la pression, selon la flèche F, de la paroi du moule 101 sur les plis de matériaux fibreux 15 qui eux-mêmes pressent le pli de fibres unidirectionnelles 12 sur le film adhésif 11. 35 La montée subséquente du four en température provoque le ramollissement du film adhésif 11, conduisant celui-ci à adhérer à l'âme 13 en mouillant les bords des parois 131 des cellules 132 et en formant ainsi des ménisques 111 qui contribuent à la résistance de la liaison entre le film adhésif 11 et l'âme 13. Par ailleurs, le ramollissement du film adhésif 11, alors que le pli de fibres unidirectionnelles 12 est appliqué en pression sur ce film du fait de la pression résultant de la fermeture du moule, permet aux fibres unidirectionnelles 12 de pénétrer partiellement dans la résine du film adhésif ; laissant une partie 12b de ces fibres dépassant dudit film adhésif, comme représenté figure 6. Le four est maintenu en température, à environ 160 °C pendant un temps suffisant, de 1 à 2 heures, pour assurer la polymérisation de la résine du film adhésif et former ainsi la couche d'étanchement 10 résistante, puis sa température est abaissée à environ 60°C. La résine structurale 14 de faible viscosité est alors introduite dans le moule, entre la paroi 101 du moule et la couche d'étanchement 10 précédemment formée, sous une pression de 2 à 3 bars, jusqu'à imprégnation totale de la matière fibreuse 15 et de la partie émergeante 15 des fibres unidirectionnelles et remplissage de l'espace entre la paroi 101 du moule et la couche d'étanchement 10, comme illustré figure 7. La température du four est à nouveau augmentée vers 120°C pour terminer la polymérisation de la résine injectée 14 et constituer le composite fibre-résine formant la paroi extérieure définitive 16 de la pièce. Un cycle typique de fabrication, à partir de la fermeture du moule et jusqu'au démoulage est représenté figure 8. Le tracé 3 représente les variations de température et le tracé 4 représente les variations de pression dans le moule. La première partie 3a correspond au chauffage destiné au ramollissement du film adhésif, suivi par une phase 3b de chauffage complémentaire et de maintien à température élevée, destiné à assurer la polymérisation et le durcissement du complexe d'obturation, avant de réduire la température (phase 3c). Ensuite pendant l'injection de la résine 14, le four est remis en chauffe (phase 3d), simultanément à la 5 montée en pression 4a de la résine injectée. Comme illustré, cette étape peut être réalisée en deux phases, avec un palier intermédiaire. S'ensuit un maintien en température 3e et sous pression 4b. Puis le four est refroidi alors que la pression est ramenée à la pression W atmosphérique, pour permettre l'ouverture du four et le démoulage de la pièce fabriquée. Pour des formes de pièce standard, il est possible de réaliser en une seule opération, c'est-à-dire sans 15 réouverture du moule, toutes étapes du procédé. Les temps de main d'oeuvre sont ainsi considérablement réduits. Concernant les performances mécaniques de 20 l'interface entre la paroi extérieure et l'âme, des essais ont permis de valider que la résistance à l'interface paroi extérieure/âme est très suffisante. Il a en effet constaté lors d'essai que, sous une charge de traction perpendiculaire à la paroi pouvant aller jusqu'à 25 5.5 Mpa, une rupture dans l'âme a été constatée, avant que se produise une rupture de la liaison entre âme et paroi extérieure. Le fait de l'âme rompt en premier indique de cette interface est au moins aussi performante que les propriétés intrinsèques de l'âme. 30 Le procédé selon l'invention rend possible la réalisation de pièces avec un chanfrein, c'est-à-dire des portions de parois, en particulier les parois latérales d'une pièce, orientés avec une pente jusqu'à 35 900 par rapport aux faces principales de la pièce, c'est- à-dire des parois sensiblement parallèles à l'orientation générale des cellules de l'âme en nid d'abeilles. En effet, la présence d'un contre moule rigide et l'absence possible de vide pendant le cycle permet de contrôler la déformation de l'âme.Reference is made to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a representation of a method according to the prior art, already described in the introductory part of this specification; FIG. 2 is a schematic view of detail illustrating the complex; 3 is a diagrammatic detail view schematically showing the constitution of the wall 15 of a part formed according to the invention; FIG. 4 is a schematic sectional view of a Part made by the method according to the invention, - Figures 5 to 7 illustrate the different successive phases of the process, - Figure 8 is a representative graph of temperature and pressure variations in an exemplary implementation of the process. DESCRIPTION OF THE EXAMPLES AND ADDITIONAL INFORMATION FIG. 2 shows in section the closure complex 10 that can be used for the implementation of the invention. This complex comprises a fold 11 of polymerizable adhesive film associated with a fold of unidirectional fibers 12, for example carbon fibers of 10 μm in diameter, assembled in wicks spread to form a thin layer, typically of the order of 0, 1 mm. The fold 11 of the adhesive film has characteristics which enable it, on the one hand, to ensure, after polymerization and hardening, its bond with the honeycomb core and, on the other hand, to partially integrate the fibers. 12, as seen in Figure 2, during the softening of the constituent resin of said film when it is heated. The fold of unidirectional fibers thus has a portion 12a embedded in the fold of adhesive film 11, and a portion 12b emerging on the fold surface. Figure 3 illustrates the constitution of the wall 20 W finally obtained by the method according to the invention. It shows the adhesive film 11 polymerized and bonded to the honeycomb core 13, the structural resin skin 14 armed with two plies of woven or non-woven fibers 15. It should be noted in particular that the structural resin 14, in Infiltrating to the surface of the adhesive film, also impregnated in the portion 12b of unidirectional fibers 12 which was not embedded in the fold of adhesive film 11, and is also reinforced by these fibers . But the most important role of these fibers is to provide a mechanical bond between the adhesive film 11 and the structural resin 14, which completes particularly effectively the bonded bond from the single contact of these layers. The process according to the invention allows the production of a structured honeycomb core part, that is to say that the core includes one or more composite fiber resin / reinforcement skins. Thus, it is possible to take up significant local forces, for example via a metal insert, or to increase the rigidity of the part. FIG. 4 illustrates, by way of example, a structured part that can be produced thanks to the invention. This piece comprises three pavers 21, 22 each formed of a honeycomb core 23 coated with a sealing complex layer. The pavers are separated by stiffeners 25 made of fiber-resin composite. The central block 22 further comprises a metal insert 27, for example for a screw connection of the structured part with another part. A composite skin 26 covers the entire part and constitutes the outer wall. In the example shown, said wall is in fact made of a lower composite wall 26a, an upper composite wall 26b, and the side walls 26c are formed by extensions of the W composite walls forming the stiffeners 25. This example is of course not limiting, but illustrates the possibility of producing complex parts by the method according to the invention. In the previous examples, it was considered that the sealing complex 10 was prefabricated, and thus placed on the core, at the time of manufacture of the workpiece. Figures 5 to 7 illustrate another embodiment, in which the closure complex 10 is in fact formed in the mold during preforming. In this case, as illustrated in FIG. 5, the part is prepared by placing the polymerizable adhesive film 11 on the honeycomb core 13. Then the fold of unidirectional fibers 12 is placed on top of it, and finally the fold or folds of Woven fibrous material 15. The assembly is placed in the mold whose closure generates the pressure required for compaction of the tissues and the closure complex. More specifically, the closing of the furnace causes the pressure application of the adhesive film 11 on the core 13, via the pressure, according to the arrow F, of the wall of the mold 101 on the folds of fibrous materials 15 which themselves press the fold of unidirectional fibers 12 onto the adhesive film 11. The subsequent rise of the oven temperature causes the softening of the adhesive film 11, leading it to adhere to the core 13 by wetting the edges of the walls 131 of the cells 132 and thereby forming meniscuses 111 which contribute to the strength of the bond between the adhesive film 11 and the core 13. Moreover, the softening of the adhesive film 11, while the fold of unidirectional fibers 12 is applied under pressure on this film due to the pressure resulting from the closure of the mold, allows the unidirectional fibers 12 to partially penetrate the resin of the adhesive film; leaving a portion 12b of these fibers protruding from said adhesive film, as shown in FIG. 6. The oven is maintained at a temperature, at about 160 ° C for a sufficient time, from 1 to 2 hours, to ensure the polymerization of the adhesive film resin and thereby forming the resistant sealing layer, then its temperature is lowered to about 60 ° C. The low-viscosity structural resin 14 is then introduced into the mold, between the wall 101 of the mold and the previously formed sealing layer 10, under a pressure of 2 to 3 bars, until the fibrous material 15 has been completely impregnated. the emergent portion 15 of the unidirectional fibers and filling the space between the wall 101 of the mold and the sealing layer 10, as shown in FIG. 7. The temperature of the oven is again increased towards 120 ° C. to complete the polymerization of the the injected resin 14 and constitute the fiber-resin composite forming the final outer wall 16 of the part. A typical cycle of manufacture, from the closing of the mold until demolding is shown in FIG. 8. The plot 3 represents the temperature variations and the plot 4 represents the pressure variations in the mold. The first part 3a corresponds to the heating intended for the softening of the adhesive film, followed by a phase 3b of complementary heating and holding at high temperature, intended to ensure the polymerization and hardening of the closure complex, before reducing the temperature (phase 3c). Then, during the injection of the resin 14, the oven is heated again (phase 3d), simultaneously with the increase in pressure 4a of the injected resin. As illustrated, this step can be carried out in two phases, with an intermediate stage. This results in maintaining the temperature 3rd and under pressure 4b. Then the oven is cooled while the pressure is reduced to the atmospheric pressure W, to allow the opening of the oven and demolding of the manufactured part. For standard part shapes, it is possible to perform all steps of the process in a single operation, that is to say without reopening the mold. The labor time is thus considerably reduced. As regards the mechanical performance of the interface between the outer wall and the core, tests have made it possible to validate that the resistance at the outer wall / core interface is very sufficient. It has indeed been found during the test that, under a tensile load perpendicular to the wall of up to 5.5 MPa, a rupture in the core has been observed, before a break in the connection between the core occurs. and outer wall. The fact of soul breaks first indicates this interface is at least as powerful as the intrinsic properties of the soul. The method according to the invention makes it possible to produce parts with a chamfer, that is to say portions of walls, in particular the side walls of a workpiece, oriented with a slope up to 35 900 relative to to the main faces of the part, that is to say the walls substantially parallel to the general orientation of the cells of the honeycomb core. Indeed, the presence of a rigid counter mold and the possible absence of vacuum during the cycle makes it possible to control the deformation of the core.
Le procédé de fabrication selon l'invention est particulièrement prévu pour être mis en oeuvre avec un moule formé de deux ou plusieurs parties rigides. Toutefois, le préformage de la pièce, ou d'un ou W plusieurs éléments constituant celle-ci dans le cas d'une pièce de géométrie plus complexe, peut aussi être réalisé sous vide sur un moule rigide et un contre moule souple. L'injection de résine structurale peut aussi être assistée par une dépression, de préférence inférieur à 5 15 mbars, créée dans le moule. 20The manufacturing method according to the invention is particularly intended to be implemented with a mold formed of two or more rigid parts. However, the preforming of the part, or one or more elements constituting it in the case of a piece of more complex geometry, can also be performed under vacuum on a rigid mold and a flexible mold against. Injection of structural resin may also be assisted by a vacuum, preferably less than 5 mbar, created in the mold. 20
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