FR3034704A1 - - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une couche de fibres (1) pour stratifiés courbes en matériau composite à base de fibres qui est formée au moins par endroits de façon à s'étendre le long d'une voie courbe (l') ayant une longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie et une longueur d'arc plus petite au rayon intérieur de voie, la couche de fibres (1) ouverte en éventail comprenant le long de la voie (1') des unités de dépose (2) alignées les unes à côté des autres et chaque unité de dépose (2) étant réalisée sous la forme d'un faisceau (2) de bandelettes de fibres (5) séparées. Couche caractérisée par une compensation de la longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie est réalisée par une courbure du trajet de dépose (4) d'au moins un des faisceaux adjacents, par laquelle l'angle de fibre φ des bandelettes de fibres (5) disposées parallèlement diminue vers l'extérieur, les limites de la variation d'angle étant fixées par le respect d'une tolérance d'angle de fibre prédéfinie pour la couche de fibres de Δφ = +/- 5°.
Description
1 Couche de fibres pour stratifiés courbes en matériau composite à base de fibres et procédé de dépose de couches de fibres ouvertes en éventail L'invention concerne une couche de fibres pour stratifiés courbes en matériau composite à base de fibres et un procédé de dépose de couches de fibres ouvertes en éventail de ce genre. L'invention présente une possibilité de minimiser les fentes lors de la dépose de couches de fibres ouvertes en éventail pour des stratifiés courbes en matériau composite à base de fibres, appelés ci-après stratifiés FRC (Fiber Reinforced Composite). L'invention fournit également un moyen d'augmenter la largeur de dépose avec une largeur de fente inférieure à 2,5 mm.
Lors de la dépose de couches de fibres avec des angles de fibre cp 00 pour des stratifiés FRC courbes, qui sont nécessaires en particulier pour la fabrication de profils courbes avec système de coordonnées de fibres suivant le profil, celles-ci sont typiquement ouvertes en éventail. Une possibilité de déposer des stratifiés présentant de telles caractéristiques consiste à utiliser la technologie du placement de fibres automatisé (AFP) qui met en oeuvre un faisceau de bandelettes de fibres séparées, guidées parallèlement. Avec cette technologie, l'ouverture en éventail en direction de la voie extérieure entraîne l'apparition de fentes croissantes, aussi appelées « gaps ». L'objet de l'invention est de minimiser ces fentes.
Les procédés existants de génération de couches angulaires courbes sont basés d'une part sur la formabilité à chaud de découpes individuelles de préimprégné. Des couches individuelles ou des ensembles de couches sont mis en forme en partie sous apport de chaleur soit dans un noyau de formage élastique, soit autour d'un moule fixe.
Le document EP 2 403 706 A2 décrit un procédé de fabrication d'un composant en matériau composite profilé, lequel procédé comprend : la pose d'une charge de matériau composite pour former un empilement de couches qui comprend la pose d'au moins une couche de segments de couche de préimprégné de fibres unidirectionnelles possédant une largeur sensiblement constante, la disposition 3034704 2 côte à côte, avec chevauchement, des segments de couche et un alignement des lignes centrales longitudinales des segments de couche dans une orientation polaire par rapport au contour du composant, ainsi que le formage de la charge de matériau composite sensiblement suivant la forme du 5 composant au moyen d'un processus de formage par drapage. On connaît du document US 7670525 B2 un procédé de fabrication d'une poutre courbe en matériau composite à base de fibres qui comprend les étapes suivantes : - formation d'un stratifié composite plat à base de fibres qui est constitué d'une pluralité 10 de couches et d'au moins deux directions de fibre différentes, - disposition du stratifié composite à base de fibres en contact avec un outil mâle, c'est-à-dire intérieur, qui comprend une première joue, une deuxième joue et une âme intermédiaire, lequel outil mâle est courbé dans sa direction longitudinale avec un rayon de courbure R de telle manière que la première joue présente une extension 15 longitudinale plus courte que la deuxième joue, - montage et fixation du stratifié composite à base de fibres sur la première joue de l'outil mâle, - rotation de l'outil mâle et du stratifié composite à base de fibres l'un par rapport à l'autre de façon que le stratifié composite à base de fibres soit mis en contact avec l'âme 20 intermédiaire de l'outil mâle dans un premier mouvement de formage, et mis en contact avec la deuxième joue de l'outil mâle dans un deuxième mouvement de formage, - durcissement du stratifié composite à base de fibres sur l'outil mâle et - séparation de la poutre terminée de l'outil mâle.
25 Le document DE 10 2011 119 220 Al concerne des dispositifs pour fabriquer des composants courbes à partir d'un matériau composite à base de fibres. Ces dispositifs ont pour but de permettre la fabrication des composants d'une manière simple et sans gauchissement et/ou compression des fibres. Pour cela, le dispositif se compose sensiblement d'un support élastique allongé pour au moins un demi-produit en forme de bande constitué du matériau 3034704 3 composite à base de fibres, les fibres faisant un angle différent de zéro avec l'axe longitudinal du support, d'un ancrage élastique en flexion pour la fibre neutre du demi-produit dans le support, d'au moins un entraînement agissant en translation pour courber le support avec le demi-produit et d'un corps de base pour le support et l'entraînement. Le support est couplé à 5 au moins un entraînement agissant en translation au moyen duquel le support et donc le demi-produit disposé dessus sont courbés. Cela permet de manière avantageuse de fabriquer de manière reproductible des composants sous la forme de profils courbes avec des coordonnées de fibres suivant le profil.
10 Le document WO 2009/115 736 A2 décrit un procédé et un dispositif pour façonner une pièce courbe qui est fabriquée à partir d'un matériau composite. Le profil résultant est réalisé à partir d'au moins une bande en matériau composite s'étendant le long d'un axe longitudinal. La bande est formée par empilement d'au moins deux nappes de fibres de renfort unidirectionnelles. La bande est déposée sur un gabarit ayant une surface plate ou 15 sensiblement plate d'une forme généralement allongée, présentant une configuration spécifique qui correspond au profil souhaité et s'étend autour d'une ligne de référence, de sorte que l'épanouissement progressif des fibres dans le plan d'application et la déformation simultanée le long de la ligne de référence sont partiellement réalisés ou que des parties présentent un rayon de courbure non nul.
20 Comme alternative au formage, il est possible aussi de produire des couches courbes par dépose d'unités de dépose individuelles (bandelettes, rubans de préimprégné) de largeur définie sur des installations d'AFP. La technologie AFP est nécessaire en particulier lorsque des couches de fibres ou des stratifiés entiers doivent être déposés sur des voies courbes. Ce 25 processus est appelé « Tape Steering ». A cet effet, les unités de dépose sont déposées sur des trajets définis dans le plan. Le décalage angulaire par unité de dépose réglé lors de la dépose entraîne une courbure de la couche produite et la formation de fentes en forme de coin avec des flancs droits ou courbes.
3034704 4 Le document US 2012076973 Al décrit un procédé de fabrication d'un composant en matériau composite profilé. La structure composite profilée présente un axe de courbure et au moins une aile courbe. Le procédé comprend les étapes suivantes : dépose d'un empilement plat de couches de fibres préimprégnées ayant chacune une orientation de fibres différente de 5 zéro degré par rapport à l'axe de courbure, dépose d'au moins une couche de fibres préimprégnées ayant une orientation de fibres de zéro degré sur l'empilement, comprenant la disposition des bandelettes de fibres préimprégnées en segments sur au moins une partie de l'empilement, et mise en forme de l'empilement, y compris de la couche de fibres à zéro degré, en une âme et une aile courbe.
10 Le document US 2010285265 Al indique un substrat de fibres de renfort courbe qui présente une forme plane courbe. Le substrat de fibres de renfort comprend une pluralité de fils de renfort, qui sont disposées parallèlement dans une direction s'étendant suivant une direction périphérique de ladite forme courbe, et de fils de trame auxiliaires qui sont disposées dans des 15 directions qui croisent la pluralité de fils de renfort, chaque fil de trame auxiliaire étant disposé dans une direction de ladite direction périphérique. Le document US 2007026215 décrit un procédé pour placer au moins un élément filaire sur une surface, selon lequel au moins un élément filaire est appliqué sur la surface et relié à au 20 moins une partie de la surface, la largeur de l'élément filaire appliqué variant dans la direction longitudinale. Selon ce procédé, la largeur de l'élément filaire est modifiée avant l'application à l'aide de moyens de réglage de sa largeur. L'inconvénient du formage réside dans la diminution d'épaisseur du stratifié, résultant de 25 l'écartement vers le rayon extérieur. En outre, pour des raisons liées au processus, certains procédés de formage ne permettent de former que des armures biaxiales, c'est-à-dire des ensembles de couches composés de deux couches de fibres d'angles de fibre différents. Un formage de couches de fibres avec un angle de fibre çi = 00 n'est pas possible avec les procédés donnés en raison d'un allongement insuffisamment possible et totalement 3034704 5 indésirable des fibres de carbone utilisées. Par conséquent, une structure de couches prédéfinie avec des couches angulaires (y 00) individuelles situées entre des couches de fibres avec un angle de fibre y = 00 n'est pas réalisable avec ces procédés.
5 L'inconvénient de la fabrication de stratifiés sur des installations d'AFP réside dans la formation de fentes décrite dans l'entrée en matière. De telles fentes peuvent être indésirables dans la fabrication d'un composant courbe en matière plastique renforcée de fibres de carbone (FRP) et, par conséquent, la fabrication de tels composants par ce moyen peut ne pas être possible ou être possible seulement avec des restrictions. Pour minimiser ces fentes, une très 10 faible largeur de dépose et donc une dépose inefficace, car plus fragmentée, est nécessaire. Lors d'une dépose courbe de couches de fibres avec des angles y 0°, des fentes discrètes en forme de coin, qui dépendent de la largeur de dépose totale, de la largeur de la voie et de la courbure de la voie, apparaissent sur le rayon extérieur de la voie. Ces fentes conduisent à une 15 réduction des performances du stratifié et à des entailles inhérentes au matériau. Le but de l'invention est de réduire ou selon le cas éliminer ces fentes sans réduire la largeur de dépose totale, c'est-à-dire sans restreindre la productivité du processus d'AFP. Pour atteindre ce but, il faut compenser la longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie 20 avec un nombre constant de bandelettes de fibres (tows). Ce but est atteint par une couche de fibres présentant les caractéristiques décrites ci-après ainsi qu'avec un procédé correspondant pour sa fabrication évoqué dans la description qui suit.
25 La couche de fibres selon l'invention pour stratifiés courbes en matériau composite à base de fibres est formée de façon à s'étendre au moins par endroits le long d'une voie courbe ayant une longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie et une longueur d'arc plus petite au rayon intérieur de voie. Le long de la voie, la couche de fibres ouverte en éventail comprend 3034704 6 des unités de dépose alignées les unes à côté des autres, chaque unité de dépose étant réalisée sous la forme d'un faisceau de bandelettes de fibres séparées, disposées parallèlement le long d'un trajet de dépose avec des angles de fibre p # 00 et avec une largeur de dépose constante. L'angle de fibre p est rapporté à un système de coordonnées de fibres suivant le profil, dans lequel l'abscisse du système de coordonnées de fibres à la position respective de la fibre est orientée parallèlement à la tangente à la courbure de la voie et l'ordonnée associée s'étend par conséquent perpendiculairement, c'est-à-dire à 90°, par rapport à elle, toutes deux chaque fois dans le plan de la voie. Selon l'invention, pour minimiser les fentes dans la zone de la voie courbe de la couche de fibres ouverte en éventail entre les faisceaux adjacents, une 10 compensation de la longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie est réalisée de telle manière que, par une courbure du trajet de dépose d'au moins un des faisceaux adjacents, l'angle de fibre p diminue vers l'extérieur, les limites de la variation d'angle étant fixées par le respect de tolérances d'angle de fibre prédéfinies pour la couche de fibres, la tolérance d'angle de fibre pour la couche de fibres étant Ay = ± 5°, de préférence Ay = ± 3°. Cela 15 signifie que la compensation de la longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie est réalisée par une courbure spéciale du trajet de dépose. De préférence, l'angle de fibre diminue vers l'extérieur de telle façon que l'hypoténuse du faisceau de bandelettes de fibres, tangentielle à la voie, devenant plus grande vers l'extérieur, compense exactement la longueur d'arc plus grande.
20 De préférence, les unités de dépose sont déposées sous la forme de faisceaux de bandelettes de fibres séparées, guidées parallèlement, aussi appelés tows, sous la forme de faisceaux de 16 bandelettes ou de faisceaux de 32 bandelettes. De préférence des bandelettes de fibres d'une largeur de 12,7 mm (1/2 pouce) ou 6,35 mm (1/4 de pouce) sont disposées en faisceaux. De 25 préférence des unités de dépose d'une largeur de dépose de 101,6 mm (4 pouces) à 203,2 mm (8 pouces) sont prévues. L'invention fournit aussi un moyen d'augmenter la largeur de dépose avec une largeur de fente inférieure à 2,5 mm. Ce but est atteint par les caractéristiques additionnelles de couche 30 de fibres et de procédé évoquées ci-après. Dans un mode de réalisation de l'invention, une 3034704 7 dépose en forme d'arc d'une couche à 900 est effectuée à cet effet. Il convient dans ce cas de distinguer deux types de fentes différents. Selon ce mode de réalisation de l'invention, la couche de fibres présente des unités de dépose 5 avec des trajets de dépose en forme d'arc, partant de préférence de 90° au rayon intérieur, des unités de dépose adjacentes étant courbées en sens opposés ou alternativement courbées et non courbées. De cette manière, des fentes en forme de lentille et/ou en forme d'entonnoir sont formées entre les unités de dépose adjacentes. Les fentes en forme de lentille sont des fentes ayant un maximum au centre et tendant vers zéro vers l'extérieur en direction du rayon 10 extérieur de voie et vers l'intérieur en direction du rayon intérieur de voie. Les fentes en forme d'entonnoir sont par contre des fentes qui sont étroites au rayon intérieur de voie et qui s'accroissent vers l'extérieur en direction du rayon extérieur de voie. L'invention permet en particulier la fabrication de composants profilés en matières plastiques 15 renforcées de fibres (FRP) sur la base de la technologie AFP. Cette technologie met en oeuvre un faisceau de bandelettes de fibres (tows) séparées, guidées parallèlement au moyen de machines de dépose à commande numérique. Dans le procédé selon l'invention, de tels faisceaux de bandelettes de fibres séparées, guidées 20 parallèlement le long d'un trajet de dépose avec des angles de fibre 0° sont mis en oeuvre sous la forme d'unités de dépose de largeur de dépose constante au moyen d'une machine de dépose, de préférence de dépose automatisée de bandelettes de fibres (AFP). La largeur de dépose est définie par le nombre de bandelettes de fibres déposées parallèlement en une course de machine. La dépose de la couche de fibres s'effectue au moins par endroits le long 25 d'une voie courbe ayant une longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie et une longueur d'arc plus petite au rayon intérieur de voie, des unités de dépose étant alignées les unes à côté des autres dans la couche de fibres ouverte en éventail. Pour minimiser les fentes dans la zone de la voie courbe de la couche de fibres ouverte en éventail entre les faisceaux adjacents, une compensation de la longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie est réalisée de telle manière que, 3034704 8 par une courbure du trajet de dépose d'au moins un des faisceaux adjacents, l'angle de fibre cp diminue vers l'extérieur, de sorte que la longueur d'arc plus grande se trouve compensée, les limites de la variation d'angle étant fixées par le respect de tolérances d'angle de fibre prédéfinies pour la couche de fibres. Les limites du procédé sont fixées par le respect des 5 tolérances d'angle de fibre prédéfinies Ay = ± 50, de préférence Acp = ± 3°, pour la couche de fibres. Selon un autre aspect de l'invention, les unités de dépose de l'invention sont déposées avec des trajets de dépose en forme d'arc, partant de préférence de 900 au rayon intérieur de voie, 10 des unités de dépose adjacentes étant courbées en sens opposés ou alternativement courbées, de sorte que des fentes en forme de lentille, c'est-à-dire des fentes ayant un maximum au centre et tendant vers zéro vers l'extérieur en direction du rayon extérieur de voie et vers l'intérieur en direction du rayon intérieur de voie, et/ou des fentes en forme d'entonnoir, c'est-à-dire des fentes qui sont étroites au rayon intérieur de voie et qui s'accroissent vers 15 l'extérieur en direction du rayon extérieur de voie, sont formées entre les unités de dépose adjacentes, les limites des variations d'angle de l'angle de fibre dans une bandelette de fibres étant fixées par le respect de tolérances d'angle de fibre prédéfinies pour la couche de fibres et la tolérance d'angle de fibre pour la couche de fibres étant Acp = ± 5°, de préférence Acp = ± 3°.
20 Selon un mode de réalisation avantageux, des demi-produits en fibres préimprégnés de résine (prepregs) sont utilisés comme matériau pour les couches de fibres. On utilise de préférence comme résine une résine époxy thermodurcissable.
25 Il est également possible d'utiliser comme matériau pour les couches de fibres des fibres préimprégnées de thermoplastiques, c'est-à-dire des prepregs thermoplastiques, de préférence en polyamide (PA), sulfure de polyphénylène (PPS) ou polyétheréthercétone (PEEK). Comme alternative, on peut aussi utiliser comme matériau pour les couches de fibres des demi-produits en fibres secs qui sont fixés par application d'un liant thermoplastique, de préférence 30 d'un adhésif fusible.
3034704 9 L'invention constitue par conséquent un moyen de compenser la formation de fentes, l'inconvénient majeur de la dépose de couches de fibres avec des angles de fibre y # 00 sur une installation d'AFP, et permet donc la fabrication de stratifiés courbes, d'une structure de 5 couches quelconque et quasi exempts de fentes dans les couches angulaires avec une grande largeur de dépose et les temps de fabrication réduits associés. D' autres détails, caractéristiques et avantages de modes de réalisation de l'invention résultent de la description ci-après d'exemples de réalisation faisant référence aux dessins associés.
10 Sont montrées : Fig. lA : l'ouverture en éventail d'une couche de fibres à 45° courbe avec trajet de dépose droit, selon l'état de la technique, 15 Fig.
1B : l'ouverture en éventail d'une couche de fibres à 45° courbe avec trajet de dépose légèrement courbé dans le système de coordonnées polaires, selon l'état de la technique, Fig.
1C: l'ouverture en éventail d'une couche de fibres à 90° courbe avec trajet de 20 dépose droit dans le système de coordonnées polaires, selon l'état de la technique, Fig. 2: l'ouverture en éventail d'une couche de fibres à 90° courbe avec une finesse variable des unités de dépose, selon l'état de la technique, 25 Fig. 3: une représentation schématique du principe de l'hypoténuse devenant plus grande dans une couche de fibres courbe avec des trajets de dépose courbes, 3034704 10 Fig. 4: une couche de fibres courbe avec des faisceaux de seize bandelettes de fibres (disposition de 16 tows) comme unités de dépose et trajet de dépose courbe, et Fig. 5: une couche de fibres à 90° courbe avec des évidements.
5 Des couches de fibres 1 en forme d'arc, ouvertes en éventail, pour des stratifiés courbes en matériau composite à base de fibres peuvent être produites sur des installations d'AFP par dépose d'unités de dépose individuelles 2 (bandelettes, rubans de préimprégné) d'une largeur de dépose définie 3. Les unités de dépose 2 sont déposées pour cela sur des trajets de dépose 10 définis 4 dans le plan. Lors de la dépose de couches de fibres avec des angles de fibre 0° pour des stratifiés FRC courbes, qui sont nécessaires en particulier pour la fabrication de profils courbes avec système de coordonnées de fibres suivant le profil, celles-ci sont typiquement ouvertes en éventail. Par système de coordonnées de fibres suivant le profil, il faut comprendre que l'abscisse du système de coordonnées de fibres est orientée 15 parallèlement à la tangente de la ligne de profil, dans l'exemple représenté la courbure de la voie 1, et que l'ordonnée s'étend par conséquent perpendiculairement, c'est-à-dire à 90° par rapport à elle, toutes deux chaque fois dans le plan de la dépose. Ceci est représenté schématiquement sur la fig. 1 à deux positions, à savoir au début et à la fin de la voie 1, chaque fois à l'aide d'un système de coordonnées de fibres associé à la position avec la 20 tangente à la trajectoire comme abscisse à 0°, l'ordonnée à 90° et l'orientation des fibres à 45°. La fig. lA montre l'ouverture en éventail d'une couche de fibres à 45° 1 avec un trajet de dépose droit 4 selon l'état de la technique. La technologie dite du placement de fibres 25 automatisé (AFP) met en oeuvre comme unités de dépose 2 un faisceau de bandelettes de fibres 5 (tows) séparées, guidées parallèlement au moyen de machines de dépose à commande numérique. Le décalage angulaire des unités de dépose 2 réglé lors de la dépose entraîne une courbure de la couche de fibres 1 produite le long d'une voie 1 courbée dans le plan, ayant une largeur de voie, une longueur d'arc plus grande à un rayon extérieur de voie 6 et une 3034704 11 longueur d'arc plus petite à un rayon intérieur de voie 7. En raison du trajet de dépose droit 4, il se forme des fentes en forme de coin 8 avec des flancs droits ou courbes. La largeur de dépose 3 constante de l'unité de dépose 2 résulte selon la fig.
1 A de la disposition d'un faisceau 2 de seize bandelettes de fibres 5, aussi appelée disposition de 16 tows.
5 La couche de fibres plane, au moins partiellement en forme d'arc, plus ou moins ouverte en éventail qui est produite par un tel procédé peut être décrite non seulement au moyen d'un système de coordonnées de fibres suivant le profil, mais aussi par un ou plusieurs systèmes de coordonnées de fibres polaires, comme le montre la fig.
1B. Comme le montre la fig.
1B, la 10 définition de l'angle de fibre local 9 dépend de la position du point P considéré dans le système de coordonnées de fibres polaires, qui est lui-même défini par un angle polaire a et un rayon r. Un angle de fibre de 9 = 00 correspond à la direction tangentielle au point P respectif, un angle de fibre de 90° correspond au point P à la direction radiale au point P du système de coordonnées polaires. Toutes les autres orientations de fibre en découlent de façon 15 correspondante. Le modèle de description du système de coordonnées de fibres polaires peut être appliqué au moins localement, sachant que le même système de coordonnées polaires ne doit pas s'appliquer pour toute la couche de fibres en forme d'arc, par exemple en cas de sauts dans le rayon de la forme courbe. La fig.
1B représente schématiquement la disposition d'une couche de fibres composée d'unités de dépose présentant un angle de fibre 9 constant avec 00 20 <q <90°, par exemple 9 = 45°. La fig.
1B montre qu'il se produit dans cette zone une légère courbure du trajet de dépose 4 même avec un angle de fibre 9 constant et que des fentes 8 se forment néanmoins entre les unités de dépose 2 ou faisceaux de bandelettes de fibres 2 adjacent(e)s.
25 La fig.
1C montre une couche de fibres plane, en forme d'arc, ouverte en éventail selon l'état de la technique dans une section d'angle polaire Da d'un système de coordonnées polaires, la couche de fibres présentant dans le système de coordonnées polaires un rayon intérieur rinnen et un rayon extérieur rauBen- L'orientation des fibres de chaque faisceau de fibres 2 correspond à un angle de fibre de 90°. Un faisceau de fibres 2 est formé par un faisceau 2 de bandelettes 3034704 12 de fibres séparées, disposées parallèlement, ce qui correspond à une unité de dépose 2 dans le procédé de dépose. La largeur de faisceau de fibres 3 correspond par conséquent aussi à la largeur de dépose 3. Selon la figure 1C, le trajet de dépose 4 n'est pas courbe, c'est-à-dire que l'angle de fibre reste constant dans un faisceau de fibres, 900 dans l'exemple représenté.
5 Les fentes 8 se forment dans de telles couches de fibres en forme d'arc à cause de l'ouverture en éventail de l'orientation de fibres à 90° des différents faisceau de fibres 2 et de la longueur d'arc croissante de la couche de fibres 1 du rayon intérieur au rayon extérieur. Cela est le cas dans toutes les orientations de fibres avec cp > 0° dans le cas d'un angle de fibre constant le long du trajet de dépose 4.
10 La formation des fentes 8 est un inconvénient majeur lors de la fabrication de stratifiés courbes en matériau composite à base de fibres sur des installations d'AFP. De telles fentes 8 peuvent être indésirables lors de la fabrication d'un composant courbe en matière plastique renforcée de fibres de carbone (FRP) et, par conséquent, la fabrication de tels composants par 15 ce moyen peut ne pas être possible. Selon l'état de la technique, les fentes qui en résultent sont essentiellement minimisées en réduisant la largeur des nappes de fibres 2, respectivement des unités de dépose 2. Pour réduire ces fentes 8 au minimum, une très faible largeur de dépose 3 et donc une dépose 20 inefficace, car plus fragmentée, comme on peut le voir sur la fig. 2, dans la zone A, est nécessaire, dans laquelle l'unité de dépose 2 présente une largeur de dépose 3A de chaque fois deux bandelettes de fibres 5 (disposition de 2 tows) et seulement de petites fentes 8A. La fig. 2 montre une ouverture en éventail d'une couche de fils à 90° avec une finesse variable selon l'état de la technique. Dans la zone B, une unité de dépose 2 comprend huit bandelettes de 25 fibres 5 (disposition de 8 tows), la courbure entraînant la formation de fentes 8B plus grandes entre les unités de dépose 2. Les inconvénients de cet état de la technique consistent d'une part en un coût de fabrication élevé et, d'autre part, en ce que la somme de toutes les largeurs de fente reste aussi inchangée dans la couche de fibres ouverte en éventail.
3034704 13 La fig. 3 montre schématiquement la dépose d'une couche de fibres 1 ouverte en éventail, le principe selon l'invention de l'hypoténuse 9 devenant plus grande étant appliqué. L'hypoténuse est le côté opposé à l'angle droit dans un triangle rectangle avec cathète adjacente, cathète opposée et l'angle de fibre ç respectif comme angle intérieur. L'angle de 5 fibre ç momentané respectif détermine la direction de la cathète adjacente, de sorte que la cathète adjacente correspond à l'orientation actuelle des fibres en un point du faisceau de fibres. La longueur de la cathète opposée correspond à la largeur de dépose constante 3. La largeur de dépose est toujours mesurée perpendiculairement à l'orientation actuelle des fibres et forme avec l'orientation des fibres l'angle droit qui est opposé à l'hypoténuse. La 10 compensation de la longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie 6 par rapport à la longueur d'arc plus petite au rayon intérieur de voie 7 est réalisée selon l'invention par une courbure ou flexion du trajet de dépose 4, aussi appelée cours de courbure 4. Cela doit se faire de telle façon que l'angle de fibre p diminue vers l'extérieur, c'est-à-dire du rayon intérieur de voie 7, où l'angle de fibre pi est présent, au rayon extérieur de voie 6, où l'angle de fibre (P2 15 est présent, de sorte que l'hypoténuse 9 du faisceau de bandelettes de fibres 2 ou de l'unité de dépose 2, tangentielle à la voie, compense exactement la longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie 6. Cela signifie que l'hypoténuse 9b au rayon extérieur de voie 6 est plus grande que l'hypoténuse 9a au rayon intérieur de voie 7. Il ne faut pas confondre cette courbure/flexion du trajet de dépose 4 avec la légère courbure du trajet de dépose 4, 20 représentée schématiquement sur la fig.
1B, qui se produit sur les unités de dépose 2 dans une couche de fibres s'étendant le long d'une voie courbe lorsque l'angle de fibre constant présente une valeur ç > 00 et ç <90° et qui ne conduit pas à la compensation des fentes entre les unités de dépose 2/faisceaux de bandelettes de fibres 2 adjacent(e)s.
25 La fig. 4 montre schématiquement une couche de fibres 1 avec une disposition de 16 tows, c'est-à-dire que des faisceaux 2 de chaque fois seize bandelettes de fibres 5 sont déposés successivement en tant qu'unités de dépose 2, le trajet de dépose 4 étant courbé selon l'invention de telle façon que l'angle de fibre diminue vers l'extérieur, de sorte que la longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie 6 par rapport à la longueur d'arc au 3034704 14 rayon intérieur de voie 7 soit compensée, tandis que la largeur de dépose 3 à l'intérieur d'une unité de dépose 2 reste constante. La fig. 5 montre un exemple de réalisation pour la dépose d'une couche de fibres à 900 courbe 5 1. La couche de fibres 1 courbée le long d'une voie 1 présente des évidements 10 à intervalles réguliers sur le grand côté de la voie 1. L'invention constitue un moyen d'augmenter la largeur de dépose avec une largeur de fente inférieure à 2,5 mm. On effectue également une dépose en forme d'arc pour cette couche de fibres à 90°, la courbure d'unités de dépose 2 adjacentes ayant lieu de façon opposée. De cette manière, deux types de fentes, c'est-à-dire 10 deux types d'espaces différents peuvent être produits. Des fentes en forme de lentille 11 ont un maximum au centre et tendant vers zéro vers l'extérieur. Des fentes en forme d'entonnoir 12 commencent étroites dans la courbe intérieure et croissent ensuite. En outre, la couche de fibres 1 selon la fig. 5 comprend aussi des unités de dépose droites 2a, 15 c'est-à-dire des unités de dépose 2a avec trajet de dépose droit. De manière avantageuse, la répartition des différents types de fentes 11, 12 sur la géométrie est réalisée de la manière suivante : 20 Les fentes en forme de lentille 11 sont placées approximativement au centre entre les évidements 10. Cette zone est aussi appelée zone d'aile extérieure 13. La largeur de dépose 3 est choisie de façon que la couche de fibres 1 soit entièrement recouverte dans la zone de sa largeur normale, la zone d'aile extérieure 13.
25 La zone des évidements 10 est par contre partiellement pourvue d'unités de dépose 2a étroites, en partie aussi droites. La largeur de dépose 3 est adaptée de façon que, pour la prochaine section d'aile extérieure, les fentes en forme de lentille 11 puissent de nouveau être placées approximativement au centre et qu'une largeur de dépose 3 puisse être choisie de telle sorte que la zone d'aile extérieure 13 soit entièrement recouverte. Des fentes en forme 3034704 15 d'entonnoir 12 sont chaque fois formées entre les unités de dépose 2 de la zone d'aile extérieure 13 et les unités de dépose 2a adjacentes de la zone des évidements 10, de même que partiellement entre les unités de dépose 2a dans la zone des évidements 10. Des bandelettes de fils de compensation 14 (tows de compensation 14) sont prévues aussi en partie 5 dans la zone des évidements. Les avantages de ce mode de réalisation consistent en une réduction des trajets de la machine, une dépose plus rapide des couches de fibres à 90° et une faible largeur de fente.
10 3034704 16 Liste des références 1 couche de fibres (ouverte en éventail) l' voie 5 2 dépose, unités de dépose, faisceau 3 largeur de dépose 4 trajet de dépose, cours de courbure 5 bandelette de fibres, tow 6 rayon extérieur de voie 10 7 rayon intérieur de voie 8 fente 9 hypoténuse 9a hypoténuse (au rayon intérieur de voie 7) 9b hypoténuse (au rayon extérieur de voie 6) 15 10 évidements 11 fente en forme de lentille 12 fente en forme d'entonnoir 13 zone d'aile extérieure 14 bandelette de fils de compensation 20 9 angle de fibre (Pi angle de fibre (au rayon intérieur de voie 7) 92 angle de fibre (au rayon extérieur de voie 6)
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Couche de fibres (1) pour stratifiés courbes en matériau composite à base de fibres qui est formée au moins par endroits de façon à s'étendre le long d'une voie courbe (1') ayant une longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie et une longueur d'arc plus petite au rayon intérieur de voie, la couche de fibres (1) ouverte en éventail comprenant le long de la voie (1') des unités de dépose (2) alignées les unes à côté des autres et chaque unité de dépose (2) étant réalisée sous la forme d'un faisceau (2) de bandelettes de fibres (5) séparées, disposées parallèlement le long d'un trajet de dépose (4) avec des angles de fibre y 0° et avec une largeur de dépose (3) constante, l'angle de fibre y étant rapporté à un système de coordonnées de fibres suivant le profil, dans lequel l'abscisse du système de coordonnées de fibres à la position respective de la fibre (5) est orientée parallèlement à la tangente à la courbure de la voie (1') et l'ordonnée associée s'étend par conséquent perpendiculairement, c'est-à-dire à 90°, par rapport à elle, toutes deux chaque fois dans le plan de la voie (1'), caractérisée en ce que, pour minimiser les fentes (8) dans la zone de la voie courbe (1) de la couche de fibres (1) ouverte en éventail entre des faisceaux (2) adjacents, une compensation de la longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie est réalisée par une courbure du trajet de dépose (4) d'au moins un des faisceaux adjacents, par laquelle l'angle de fibre y des bandelettes de fibres (5) disposées parallèlement diminue vers l'extérieur, les limites de la variation d'angle étant fixées par le respect de tolérances d'angle de fibre prédéfinies pour la couche de fibres et la tolérance d'angle de fibre pour la couche de fibres (1) étant Ay = ± 5°, de préférence 3,y = ± 3°.
- 2. Couche de fibres (1) pour stratifiés courbes en matériau composite à base de fibres qui est formée au moins par endroits de façon à s'étendre le long d'une voie courbe (1') ayant une longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie et une longueur d'arc plus petite au rayon intérieur de voie, la couche de fibres (1) ouverte en éventail comprenant le long de la voie (1') des unités de dépose (2) alignées les unes à côté des autres et chaque 3034704 18 unité de dépose (2) étant réalisée sous la forme d'un faisceau (2) de bandelettes de fibres (5) séparées, disposées parallèlement le long d'un trajet de dépose (4) avec des angles de fibre ç # 00 et avec une largeur de dépose (3) constante, l'angle de fibre ç étant rapporté à un système de coordonnées de fibres suivant le profil, dans lequel l'abscisse du système 5 de coordonnées de fibres à la position respective de la fibre (5) est orientée parallèlement à la tangente à la courbure de la voie (1') et l'ordonnée associée s'étend par conséquent perpendiculairement, c'est-à-dire à 90°, par rapport à elle, toutes deux chaque fois dans le plan de la voie (1?), caractérisée en ce que la couche de fibres (1) présente des unités de dépose (2) avec des trajets de dépose (4) en forme d'arc, partant de préférence de 90° au 10 rayon intérieur de voie (7), des unités de dépose (2) adjacentes étant courbées en sens opposés ou alternativement courbées et droites, de sorte que des fentes en forme de lentille (11), c'est-à-dire des fentes ayant un maximum au centre et tendant vers zéro vers l'extérieur en direction du rayon extérieur de voie (6) et vers l'intérieur en direction du rayon intérieur de voie (7), et/ou des fentes en forme d'entonnoir (12), c'est-à-dire des 15 fentes qui sont étroites au rayon intérieur de voie (7) et qui s'accroissent vers l'extérieur en direction du rayon extérieur de voie (6), sont formées entre les unités de dépose (2) adjacentes, les limites des variations d'angle de l'angle de fibre dans une bandelette de fibres (5) étant fixées par le respect de tolérances d'angle de fibre prédéfinies pour la couche de fibres (1) et la tolérance d'angle de fibre pour la couche de fibres (1) étant Ay 20 = ± 50, de préférence Ag) = ± 3°.
- 3. Couche de fibres selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les unités de dépose sont déposées sous la forme de faisceaux (2) de bandelettes de fibres (5) séparées, guidées parallèlement, sous la forme de faisceaux de 16 bandelettes ou de 25 faisceaux de 32 bandelettes.
- 4. Couche de fibres selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que des bandelettes de fibres (5) d'une largeur de 12,7 mm (1/2 pouce) ou 6,35 mm (1/4 de pouce) 3034704 19 sont disposées en faisceaux (2) sous la forme d'unités de pose (2) ayant une largeur de dépose (3) de 101,6 mm (4 pouces) à 203,2 mm (8 pouces).
- 5. Procédé de dépose de couches de fibres ouvertes en éventail pour stratifiés courbes en 5 matériau composite à base de fibres selon l'une des revendications 1, 3 ou 4, selon lequel des faisceaux de bandelettes de fibres séparées, guidées parallèlement le long d'un trajet de dépose avec des angles de fibre cp 00 sont mis en oeuvre sous la forme d'unités de dépose de largeur de dépose constante au moyen d'une machine de dépose, de préférence de dépose automatisée de bandelettes de fibres (AFP), la dépose de la couche de fibres 10 s'effectuant au moins par endroits le long d'une voie courbe ayant une longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie et une longueur d'arc plus petite au rayon intérieur de voie, des unités de dépose étant alignées les unes à côté des autres dans la couche de fibres ouverte en éventail, caractérisé en ce que, pour minimiser les fentes (8) dans la zone de la voie courbe (1) de la couche de fibres (1) ouverte en éventail entre des 15 faisceaux (2) adjacents, une compensation de la longueur d'arc plus grande au rayon extérieur de voie est réalisée par une courbure du trajet de dépose (4) d'au moins un des faisceaux adjacents, par laquelle l'angle de fibre p des bandelettes de fibres (5) disposées parallèlement diminue vers l'extérieur, les limites de la variation d'angle étant fixées par le respect de tolérances d'angle de fibre prédéfinies pour la couche de fibres (1) et la 20 tolérance d'angle de fibre pour la couche de fibres (1) étant A9 = ± 5°, de préférence A9 = 3..
- 6. Procédé de dépose de couches de fibres ouvertes en éventail pour stratifiés courbes en matériau composite à base de fibres selon l'une des revendications 2 à 4, selon lequel des 25 faisceaux de bandelettes de fibres séparées, guidées parallèlement le long d'un trajet de dépose avec des angles de fibre cp 00 sont mis en oeuvre sous la forme d'unités de dépose de largeur de dépose constante au moyen d'une machine de dépose, de préférence de dépose automatisée de bandelettes de fibres (AFP), la dépose de la couche de fibres s'effectuant au moins par endroits le long d'une voie courbe ayant une longueur d'arc 3034704 20 plus grande au rayon extérieur de voie et une longueur d'arc plus petite au rayon intérieur de voie, des unités de dépose étant alignées les unes à côté des autres dans la couche de fibres ouverte en éventail, caractérisé en ce que des unités de dépose sont déposées avec des trajets de dépose (4) en forme d'arc, partant de préférence de 90° au rayon intérieur 5 de voie (7), des unités de dépose (2) adjacentes étant courbées en sens opposés ou alternativement courbées, de sorte que des fentes en forme de lentille (11), c'est-à-dire des fentes ayant un maximum au centre et tendant vers zéro vers l'extérieur en direction du rayon extérieur de voie (6) et vers l'intérieur en direction du rayon intérieur de voie (7), et/ou des fentes en forme d'entonnoir (12), c'est-à-dire des fentes qui sont étroites au 10 rayon intérieur de voie (7) et qui s'accroissent vers l'extérieur en direction du rayon extérieur de voie (6), sont formées entre les unités de dépose (2) adjacentes, les limites des variations d'angle de l'angle de fibre dans une bandelette de fibres (5) étant fixées par le respect de tolérances d'angle de fibre prédéfinies pour la couche de fibres (1) et la tolérance d'angle de fibre pour la couche de fibres (1) étant Acp = ± 5°, de préférence 39 15 = 30. 20
- 7. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que des fibres préimprégnées (prepregs) de résines thermodurcissables, par exemple de résine époxy, sont utilisées comme matériau pour les couches de fibres. 25
- 8. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que des fibres préimprégnées de thermoplastiques (prepregs thermoplastiques), de préférence en polyamide (PA), sulfure de polyphénylène (PPS) ou polyétheréthercétone (PEEK) sont utilisées comme matériau.
- 9. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que des demi-produits en fibres secs qui sont fixés par application d'un liant thermoplastique, de préférence d'un adhésif fusible, sont utilisés comme matériau pour les couches de fibres.
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