FR3055243A1 - Fabrication d'un composite moule renforce par des fibres par infusion sequentielle - Google Patents

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Robert Kaps
Jan-Wilhelm Beißner
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Abstract

En vue de la fabrication d'un composite moulé renforcé par des fibres (1) avec une première couche de fibres (3) et une deuxième couche de fibres (4), la première couche de fibres (3) est disposée dans l'outil de moulage (2) et est infusée avec une première quantité de résine (8). La première quantité de résine (8) est maintenue au-dessus d'une température prédéfinie (19), et n'atteint pas son point de gélification (22). Lors du refroidissement de la première quantité de résine (8) à la température prédéfinie (15), une viscosité minimale de la première quantité de résine à la température prédéfinie vaut toutefois déjà 25 000 Pa s. Ensuite, une deuxième couche de fibres (4) est disposée à côté de la première couche de fibres (3) et est infusée avec une deuxième quantité de résine (14), la première quantité de résine (8) et la deuxième quantité de résine (14) étant maintenues à une température de traitement (23a) qui est au-dessus d'une température de transition vitreuse (20) de la première quantité de résine (8), la première quantité de résine (8) ne dépassant toutefois pas son point de gélification (22). Ensuite seulement la première quantité de résine (8) et la deuxième quantité de résine (14) sont durcies ensemble par un deuxième maintien au-dessus de la température prédéfinie (19).

Description

Titulaire(s) : DEUTSCHES ZENTRUM FUR LUFTUND RAUMFAHRT E.V..
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : IPSILON Société par actions simplifiée.
FABRICATION D'UN COMPOSITE MOULE RENFORCE PAR DES FIBRES PAR INFUSION SEQUENTIELLE.
FR 3 055 243 - A1 ^7) En vue de la fabrication d'un composite moulé renforce par des fibres (1 ) avec une première couche de fibres (3) et une deuxième couche de fibres (4), la première couche de fibres (3) est disposée dans l'outil de moulage (2) et est infusée avec une première quantité de résine (8). La première quantité de résine (8) est maintenue au-dessus d'une température prédéfinie (19), et n'atteint pas son point de gélification (22). Lors du refroidissement de la première quantité de résine (8) à la température prédéfinie (15), une viscosité minimale de la première quantité de résine à la température prédéfinie vaut toutefois déjà 25 000 Pa s. Ensuite, une deuxième couche de fibres (4) est disposée à côté de la première couche de fibres (3) et est infusée avec une deuxième quantité de résine (14), la première quantité de résine (8) et la deuxième quantité de résine (14) étant maintenues à une température de traitement (23a) qui est au-dessus d'une température de transition vitreuse (20) de la première quantité de résine (8), la première quantité de résine (8) ne dépassant toutefois pas son point de gélification (22). Ensuite seulement la première quantité de résine (8) et la deuxième quantité de résine (14) sont durcies ensemble par un deuxième maintien au-dessus de la température prédéfinie (19).
Figure FR3055243A1_D0001
Figure FR3055243A1_D0002
FABRICATION D'UN COMPOSITE MOULÉ RENFORCÉ PAR DES FIBRES PAR INFUSION SÉQUENTIELLE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un composite moulé renforcé par des fibres comprenant une première couche de fibres et une deuxième couche de fibres dans un outil de moulage.
De tels composites moulés renforcés par des fibres qui peuvent être réalisés sous forme de ce qu'on appelle des structures en sandwich avec un matériau structurel léger en tant qu'élément d'espacement rigide en pression entre les couches de fibres, présentent une grande stabilité pour un poids réduit et sont par conséquent utilisés dans de nombreuses applications. Entre autres, les composites moulés renforcés par des fibres sont utilisés pour les aéronefs, les véhicules terrestres et spatiaux de tous types, par exemple dans les fuselages d'avions.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Le document EP 1 897 680 A1 décrit un composant en sandwich avec un noyau en nid d'abeilles construit en plusieurs couches à partir d'une couche de fibres, d'une couche de nid d'abeilles qui forme le noyau en nid d'abeilles, et d'une couche de fibres supplémentaire. Toutes les couches de la structure multicouche sont infusées ensemble avec une résine puis sont durcies.
Les documents DE 101 56 123 A1 et DE 199 15 083 C1 divulguent des procédés de fabrication de composants en plastique renforcés par des fibres. À cet effet, on applique sur une partie d'un produit semi-fini dit pré-imprégné un produit semi-fini textile qui sert à réaliser une structure complexe saillant depuis le produit semi-fini pré-imprégné. On applique une résine sur le produit semi-fini textile. Dans une étape de travail continue, le produit semi-fini textile est infusé avec la résine et le produit semi-fini pré-imprégné et le produit semi-fini textile infusé sont durcis.
Le document EP 0 531 840 A1 divulgue un procédé de fabrication d'une pièce moulée en plastique renforcée par des fibres qui est fabriquée en deux étapes de travail. Dans une première étape de travail, une nappe constituée d'un tissu, d'un tricot ou d'un canevas de fibres est infusée avec une résine. La résine est durcie préalablement par un seul chauffage au3055243
-2dessus d'une température limite. La température limite (d'au moins 50° C) doit être sélectionnée de telle sorte que la nappe soit aussi rigide que possible à la température ambiante mais puisse être façonnée par chauffage, introduction dans un moule puis refroidissement subséquent pour former une préforme. La préforme est durcie par chauffage au-dessus de la température limite. On ajoute à la préforme durcie une composition de moulage renforcée par des fibres qui est également durcie. Afin d'obtenir une bonne liaison mécanique entre la surface déjà durcie de la préforme et la composition de moulage qui lui est ajoutée, la préforme doit présenter une surface durcie rugueuse aussi ouverte que possible. De plus, il peut se produire une liaison chimique.
On connaît, d'après le document DE 10 2006 023 865 A1, un procédé de fabrication d'un composant renforcé par des fibres, qui comprend les étapes a) à c) suivantes. À l'étape a), plusieurs couches de matériau sont empilées pour former un premier empilement, on ajoute un matériau de matrice durcissable et le premier empilement est au moins partiellement durci, le premier empilement étant compacté avant et/ou pendant le durcissement. À l'étape b), plusieurs couches de matériau fibreux sont empilées et compactées sur l'empilement au moins partiellement durci pour former un deuxième empilement ; et à l'étape c), un empilement formé selon l'étape a) est réuni à un empilement placé sur celui-ci, formé selon l'étape b), pour former un composant. À l'étape b), l'empilement partiellement durci de l'étape a) peut servir d'outil de moulage pour la réalisation subséquente du deuxième empilement. Le durcissement partiel du premier empilement s'effectue à une température de durcissement inférieure à la température de durcissement typique de la matrice de résine utilisée.
On connaît, d'après le document DE 10 2011 010 384 A1, un procédé de fabrication d'un composite renforcé par des fibres qui comprend les étapes a) à b) suivantes. À l'étape a), une structure primaire est produite par durcissement partiel d'un premier matériau fibreux infiltré avec un matériau de matrice et présentant une couche d'usure extérieure, et la couche d'usure est enlevée du matériau fibreux partiellement durci pour créer une surface de matériau fibreux ondulée sur la structure primaire. À l'étape b), une structure secondaire est ajoutée à ta surface de matériau fibreux ondulée de la structure primaire en ajoutant un matériau fibreux sec sur la structure primaire et en réalisant une infiltration de ce matériau fibreux. Cette infiltration s'effectue à une température d'infiltration supérieure à la température ambiante afin que le matériau de matrice utilisé atteigne la consistance liquide à visqueuse requise. Afin que cette application de température ne conduise pas de manière indésirable à un durcissement supplémentaire du premier matériau fibreux, c'est-à-dire de la structure primaire, déjà partiellement durci à un degré de dureté déterminé, on sélectionne une température d'infiltration
-3qui n'est pas trop élevée et qui est inférieure à la température de transition vitreuse du premier matériau fibreux déjà partiellement durci. On évite ainsi une déformation de la structure primaire pendant le processus d'infiltration.
On connaît, d'après le document DE 10 2014 100 182 A1, un procédé pour former un trou dans une plaque en matériau composite. À cet effet, on positionne une première bande fibreuse sur une table de pose qui présente un outil de moulage qui s'étend depuis une portion de la table vers l'extérieur. La bande fibreuse comprend une pluralité de fibres qui sont orientées le long d'une première direction commune. L'outil de moulage est déplacé à travers la première bande fibreuse de telle sorte qu'un sous-groupe de la pluralité de fibres soit repoussé autour de l'outil à fibres. Une résine est appliquée sur la bande de fibres. La résine est pré-durcie afin de former une pièce pré-imprégnée qui définit un trou autour de l'outil à fibres ; ensuite la pièce préimprégné est enlevée de la table de pose.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention a pour objet de fournir un procédé avec lequel des composites moulés renforcés par des fibres constitués de plusieurs couches ayant une stabilité particulièrement élevée peuvent être fabriqués de manière simple.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composite moulé renforcé par des fibres comprenant une première couche de fibres et une deuxième couche de fibres dans un outil de moulage. Pour la fabrication du composite renforcé par des fibres, les étapes citées ci-dessous sont effectuées dans l'ordre suivant :
La première couche de fibres est disposée dans l'outil de moulage et est infusée avec une première quantité de résine. La première quantité de résine est maintenue au-dessus d'une température prédéfinie, mais n'atteint encore pas son point de gélification.
Ensuite, la première quantité de résine est refroidie à la température prédéfinie, une viscosité minimale de la première quantité de résine à la température prédéfinie étant de 25 000 Pa s, et la deuxième couche de fibres étant disposée à côté de la première couche de fibres. La deuxième couche de fibres est ensuite infusée avec une deuxième quantité de résine. Lors de la fusion de la deuxième couche de fibres avec la deuxième quantité de résine, la première
-4quantité de résine et la deuxième quantité de résine sont maintenues à une température de processus qui est située au-dessus d'une température de transition vitreuse de la première quantité de résine, la première quantité de résine ne dépassant toutefois pas son point de gélification. La première quantité de résine et la deuxième quantité de résine sont ensuite durcies ensemble par un deuxième durcissement au-dessus de la température prédéfinie.
Le durcissement commun de la première quantité de résine et de la deuxième quantité de résine signifie donc que la première quantité de résine et la deuxième quantité de résine sont amenées à dépasser leur point de gélification dans la même étape de procédé. En particulier, la première quantité de résine ne dépasse déjà pas non plus son point de gélification pendant l'agencement de la deuxième couche de fibres et l'infusion de la deuxième couche de fibres avec la deuxième quantité de résine. Ce durcissement commun est particulièrement avantageux parce qu'il entraîne que la première quantité de résine et la deuxième quantité de résine se lient aussi très bien l'une à l'autre chimiquement. II n'est pas nécessaire par exemple que la première quantité de résine, après son durcissement, présente une surface particulièrement poreuse afin que la deuxième quantité de résine puisse bien adhérer sur cette surface poreuse. Au contraire, la première quantité de résine ne forme pas de surface séparée. Dans un cas idéal, en particulier lorsque la première et la deuxième quantité de résine sont des quantités de la même résine, aucune transition entre la première quantité de résine et la deuxième quantité de résine ne peut être constatée après le durcissement.
Le refroidissement de la première quantité de résine à ia température prédéfinie sera lors d'une réalisation pratique du procédé selon l'invention dans de nombreux cas une suite automatique d'un dispositif utilisé pour la fabrication du composite renforcé par des fibres. Avantageusement, le maintien au-dessus de la température prédéfinie s'effectuera à chaque fois dans un espace limité, c'est-à-dire un four qui n'est pas sensiblement plus grand que l'outil de moulage avec le composite moulé renforcé par des fibres fini, de sorte qu'il n'y aura pas beaucoup d'air ambiant chauffé conjointement et inutilement. Cet espace limité devra donc souvent être ouvert pour pouvoir disposer la deuxième couche de fibres. En l'occurrence, un chauffage de l'espace fermé peut par exemple être interrompu, de telle sorte que le refroidissement s'effectue automatiquement à la température prédéfinie. II convient de noter à ce stade que le refroidissement à la température prédéfinie n'exige pas que la première quantité de résine soit maintenue à la température prédéfinie. Au contraire, il est crucial que la première quantité de résine après le refroidissement à la température prédéfinie ne soit jamais à une température plus élevée que la température prédéfinie, afin que la viscosité minimale de la première quantité de résine soit au total de 25 000 Pa s. À cet égard, la première quantité de résine après le
-5refroidissement à la température prédéfinie n'a pas besoin d'atteindre un équilibre thermique avec un environnement déterminé. En particulier, la première quantité de résine, pour le refroidissement à la température prédéfinie, n'a pas besoin d'être amenée à la température ambiante. La température atteinte par la première quantité de résine lors du refroidissement peut également être au-dessus ou en dessous de la température ambiante.
En particulier, la première couche de fibres, pour l'infusion avec la première quantité de résine et pour maintenir la première quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie, peut être enfermée dans un moule pouvant être mis sous vide, qui est par exemple formé entre l'outil de moulage et un sac à vide. Un vide dans un tel moule peut notamment faciliter ou permettre l’infusion sans bulles des couches de fibres. Pour l'agencement de la deuxième couche de fibres à côté de la première couche de fibres, un tel moule doit être ouvert et pour cela le vide doit être supprimé, c'est-à-dire que le moule doit être ventilé.
Grâce au procédé selon l'invention, la suppression du vide est possible sans conséquences négatives pour la première couche de fibres infusées avec la première quantité de résine. En effet, si le vide était supprimé alors que la première quantité de résine présentait une faible viscosité (était fluide), il pourrait alors se former des inclusions de gaz dans la première quantité de résine lors de la suppression du vide. Le composite moulé renforcé par des fibres est soumis à une contrainte de pression avec l'application du vide lorsque le vide est généré par exemple dans un sac à vide qui s'applique contre le composite moulé renforcé par des fibres lors de l'application du vide. Lorsque l'on supprime le vide, le composite moulé renforcé par des fibres se détend à nouveau. En raison de ces mouvements de détente, les inclusions de gaz sont attirées dans le composite moulé renforcé par des fibres. Ces inclusions de gaz resteraient également dans la première couche de fibres après le durcissement et affaibliraient la structure de l'ensemble du composite moulé renforcé par des fibres. Mais si la première quantité de résine après le refroidissement présente une viscosité minimale de 25 000 Pa s, elle est suffisamment visqueuse pour qu'il ne se forme pratiquement plus aucune inclusion de gaz lors de la suppression du vide.
Pour l'infusion de la deuxième couche de fibres avec la deuxième quantité de résine et pour le deuxième maintien de la première et de la deuxième quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie, la première couche de fibres avec la première quantité de résine, et la deuxième couche de fibres, sont enfermées ensemble dans un deuxième moule pouvant être mis sous vide, qui est par exemple formé entre le même outil de moulage que précédemment et le même sac à vide ou un nouveau sac à vide. Après la mise sous vide de ce deuxième moule,
-6la première quantité de résine se ramollit à nouveau sous l'effet de la température de processus qui est située au-dessus d'une température de transition vitreuse de la première quantité de résine, de telle sorte qu'elle se lie intimement avec la deuxième quantité de résine infusée dans la deuxième couche de fibres. Comme ce ramollissement s'effectue sous vide, il n'est pas associé au risque de formation d'inclusions de gaz.
Une couche de fibres peut comprendre une ou plusieurs nappes de fibres. Par exemple, il peut s'agir d'un tissu à mailles, d'un tricot ou d'un canevas de fibres, toutes les fibres aptes à renforcer des composites moulés renforcés par des fibres pouvant être considérées en tant que fibres. Par exemple, les couches de fibres peuvent présenter des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres céramiques, des fibres d'aramide, des fibres de bore, des fibres de basalte, des fibres de nylon et/ou des fibres naturelles. La résine peut être adaptée de manière correspondant au choix des fibres. Toutes les résines synthétiques (duroplastiques ou duromères), qui atteignent un degré de réticulation élevé et par conséquent une viscosité élevée par chauffage et qui durcissent ensuite, sont appropriées, par exemple la résine connue sous le nom commercial RTM 6. Celles-ci sont également appelées résines matricielles.
L'agencement de la deuxième couche de fibres à côté de la première couche de fibres signifie que la deuxième couche de fibres peut être disposée directement ou indirectement à proximité de la première couche de fibres. Dans un cas typique, la première couche de fibres est disposée sur ou dans l'outil de moulage en ayant été déposée dans celui-ci sous l'effet de la force de gravité. La deuxième couche de fibres est alors disposée sur ou au-dessus de la première couche de fibres. En général, la deuxième couche de fibres est disposée sur un côté de la première couche de fibres opposé à l'outil de moulage ou à un outil de moulage.
Le premier maintien de la première quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie peut s'effectuer jusqu'à ce qu'une température de transition vitreuse de la première quantité de résine corresponde à la température prédéfinie ou soit située au-dessus de la température prédéfinie. La température de transition vitreuse de la résine est la température en dessous de laquelle la structure amorphe de la résine se rigidifie, c'est-à-dire que la résine devient dure comme du verre. Déjà dans une plage de températures au-dessus de la température de transition vitreuse, qui se rapproche de la température de transition vitreuse, la résine devient de plus en plus visqueuse. Tant que la résine n'a toutefois pas atteint le point de gélification, le dépassement de la température de transition vitreuse est réversible. Cela signifie que la résine rigidifiée peut à nouveau être liquéfiée par chauffage. Si toutefois la température est maintenue à une température à laquelle la résine réticule de manière croissante, alors la température de
-7transition vitreuse se déplace au cours du temps vers des températures plus élevées jusqu'à ce que le point de gélification de la résine soit atteint. Ainsi, si la température de transition vitreuse de la résine se situe au départ (c'est-à-dire à peu près au début de l'infusion) en dessous de la température prédéfinie, si l'on continue à chauffer la résine, la température de transition vitreuse se déplacera finalement au-dessus de la température prédéfinie. Lorsque c'est le cas, la première quantité de résine rigidifie lors du refroidissement à la température prédéfinie. Ceci garantit que lors du dépôt et de l'infusion de la deuxième couche de fibres, aucune inclusion de gaz ne puisse se former dans la première couche de fibres.
La première couche de fibres peut être mise en forme avant le dépôt de la deuxième couche de fibres en étant enlevée de l'outil de moulage et introduite dans un deuxième outil de moulage. Le dépôt de la deuxième couche de fibres, l'infusion de la deuxième couche de fibres et le durcissement commun des quantités de résine peuvent ensuite s'effectuer dans le deuxième outil de moulage. Dans ce cas, on met à profit le fait que la première quantité de résine - au moins après un nouveau chauffage - est encore plastique parce que son point de gélification n'a pas été dépassé. Si le deuxième outil de moulage présente alors une autre forme que le premier outil de moulage, la première couche de fibres infusée peut par exemple être fabriquée dans un premier outil de moulage simple, plat, puis être mise en forme dans un deuxième outil de moulage avec une forme plus complexe, par exemple courbe.
La première quantité de résine et la deuxième quantité de résine peuvent être des quantités de la même résine, c'est-à-dire présenter une composition identique. Ceci entraîne que la première quantité de résine et la deuxième quantité de résine peuvent très bien se lier l'une à l'autre, notamment de telle sorte que la résine durcie forme une seule unité dans le composite moulé total renforcé par des fibres. La mise en œuvre du procédé est également simplifiée car les propriétés de la première quantité de résine et de la deuxième quantité de résine sont identiques. Ceci concerne notamment les températures qui sont nécessaires pour la réticulation et le durcissement. Cela signifie notamment que le durcissement commun de la première quantité de résine et de la deuxième quantité de résine s'effectue de manière fiable.
Tandis que la première quantité de résine est maintenue au-dessus de la température prédéfinie, la température à laquelle la première quantité de résine est maintenue peut varier, en particulier le maintien de la première quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie peut toutefois s'effectuer à une température constante. Ceci permet par exemple une mise en œuvre particulièrement simple du procédé et garantit un comportement prévisible de la première quantité de résine.
-8Le premier maintien de la première quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie peut s'effectuer à une température qui est optimale pour l'infusion avec la première et la deuxième quantité de résine ou à laquelle au moins une fluidité de la première et/ou de la deuxième quantité de résine est assurée. De cette manière, plusieurs étapes de procédé peuvent être effectuées à la même température et le procédé peut être mis en œuvre de manière particulièrement simple. Le maintien de la première quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie peut s'effectuer entre 80°C et 160°C, 80°C et 140°C, 100°C et 135°C, 110°C et 130°C ou à 120°C. En l'occurrence, la température peut être maintenue variée à l'intérieur des plages de température citées ou constante.
Le deuxième maintien de la première quantité de résine et de la deuxième quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie peut s'effectuer entièrement ou en partie à une température supérieure au premier maintien de la première quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie, par exemple entre 175°C et 185°C ou à 180°C. Le premier maintien de la première quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie et le deuxième maintien de la première quantité de résine et de la deuxième quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie peuvent toutefois s'effectuer également à la même température ou dans la même plage de températures. De cette manière une mise en œuvre particulièrement simple du procédé est possible. En particulier, le deuxième maintien de la première quantité de résine et de la deuxième quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie peut s'effectuer à une température plus élevée que l'infusion de la deuxième couche de fibres avec la deuxième quantité de résine. Pendant le deuxième maintien de la première quantité de résine et de la deuxième quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie, la température peut être maintenue constante. La température peut toutefois également être variée, en particulier la température peut être augmentée pendant le deuxième maintien de la première quantité de résine et de la deuxième quantité de résine au-dessus de la température prédéfinie. Dans ce cas, ia température peut à chaque fois être maintenue constante avant l'augmentation et après l'augmentation.
Entre la première couche de fibres et la deuxième couche de fibres peuvent être disposées une ou plusieurs couches supplémentaires. Dans ce cas, la ou une couche supplémentaire peut être une couche de mousse. En tant que structure dite en sandwich avec différentes couches, le composite moulé renforcé par des fibres peut être pourvu de propriétés supplémentaires souhaitées particulières. Par exemple, la couche de mousse peut ajuster une épaisseur du composite moulé renforcé par des fibres sans augmenter de manière notable un poids du composite moulé renforcé par des fibres. La couche de mousse peut également servir en tant
-9qu'amortisseur des chocs, ou en tant que couche d'insonorisation ou de calorifugeage ou remplir d'autres fonctions. De manière similaire par exemple on peut aussi utiliser une structure en nid d'abeilles, notamment une structure en nid d'abeilles étanchéifiée. Lesdites couches ou d'autres couches peuvent aussi satisfaire d'autres exigences fonctionnelles, par exemple un renforcement mécanique ou une conductibilité électrique.
Pour l'infusion de la première couche de fibres et/ou de la deuxième couche de fibres, on peut utiliser un auxiliaire d'écoulement. On peut envisager en tant qu'auxiliaire d'écoulement des tissus à mailles et des tricots de grande perméabilité. Une surface de la couche de fibres à infuser est recouverte avec l'auxiliaire d'écoulement. Entre la première, respectivement la deuxième, couche de fibres et l'auxiliaire d'écoulement peut dans ce cas être disposé un tissu déchirable ou un film de séparation perforé afin de garantir une séparation plus facile entre la couche de fibres et l'auxiliaire d'écoulement. Ensuite, la résine est ajoutée sur la couche de fibres par le biais de l'auxiliaire d'écoulement. L'auxiliaire d'écoulement, par le biais du réseau de canaux qu'il fournit, répartit la résine sur la surface de la couche de fibres et facilite ainsi une imprégnation complète de la couche de fibres avec la résine. Les auxiliaires d'écoulement sont enlevés (arrachés) de la couche de fibres après l'infusion, par exemple au moyen du tissu déchirable ou du film de séparation perforé et sont conçus le plus souvent pour un usage unique de sorte que différents auxiliaires d'écoulement peuvent être utilisés pour la première couche de fibres et la deuxième couche de fibres.
Entre l'outil de moulage et la première couche de fibres peut être disposé un film de séparation qui suit exactement le contour de l'outil de moulage. Le film de séparation facilite ainsi la séparation du composite moulé renforcé par des fibres de l'outil de moulage.
Une teneur volumique en fibres de la première couche de fibres peut être supérieure à une teneur volumique en fibres moyenne du composite moulé renforcé par des fibres. Cela signifie que la teneur volumique en fibres de la deuxième couche de fibres, et de couches supplémentaires éventuellement présentes, est en moyenne inférieure à la teneur volumique en fibres de la première couche de fibres. De cette manière, dans certaines circonstances, après la disposition de la deuxième couche de fibres et le chauffage subséquent, la première quantité de résine peut commencer à remplir la deuxième couche de fibres qui n'est pas encore infusée. De ce fait, une transition entre la première et la deuxième quantité de résine, qui n'est éventuellement plus perceptible après le durcissement, peut être désaccouplée (déplacée) de l'endroit auquel la première couche de fibres et la deuxième couche de fibres sont adjacentes l'une à l'autre.
- 10L'évolution de la réaction de la première quantité de résine peut être surveillée au moyen d'un capteur. En particulier, ce capteur peut être étalonné. On peut considérer dans ce cas par exemple un capteur diélectrique. Les capteurs diélectriques utilisent une spectroscopie diélectrique pour mesurer la permittivité de la substance mesurée en mesurant l'impédance de la substance mesurée en fonction de la fréquence. Si l'on utilise un capteur diélectrique sur une résine chauffée, la permittivité forme une mesure directe de la viscosité de la résine. La température de transition vitreuse peut également être déduite de la mesure par le biais d'un modèle validé. La température de transition vitreuse ou la viscosité est alors aussi une mesure de l'évolution de la réaction. L'évolution de la réaction de la résine peut toutefois également être définie avec d'autres capteurs appropriés, par exemple un capteur à ultrasons, avec lequel la température de transition vitreuse ou la viscosité peut également être déterminée en tant que mesure de l'évolution de la réaction.
Des perfectionnements avantageux de l'invention résultent de la description et des dessins. Les avantages cités dans la description de caractéristiques et de combinaisons de plusieurs caractéristiques sont fournis uniquement à titre d'exemple et peuvent être employés de manière alternative ou de manière cumulée sans que les avantages soient nécessairement obtenus à partir de formes de réalisation selon l'invention. Sans modifier de ce fait l'objet des revendications annexées, en ce qui concerne le contenu de la divulgation des documents de la demande d'origine et du brevet, il convient de noter que : des caractéristiques supplémentaires peuvent être obtenues à partir des dessins - en particulier des géométries illustrées et des dimensions relatives de plusieurs composants les uns par rapport aux autres ainsi que de leur agencement relatif et de leur interaction. La combinaison de caractéristiques de différentes formes de réalisation de l'invention ou de caractéristiques de différentes revendications est également possible à partir des références en retour sélectionnées des revendications et sera suggérée ici. Ceci concerne également des caractéristiques qui sont illustrées dans des dessins séparés ou qui sont citées dans leur description. Ces caractéristiques peuvent également être combinées avec des caractéristiques de différentes revendications. Des caractéristiques citées dans les revendications peuvent également être omises dans d'autres formes de réalisation de l'invention.
Les caractéristiques citées dans les revendications et la description doivent être comprises, en ce qui concerne leur nombre, de telle sorte qu'exactement ce nombre, ou un nombre plus important que le nombre cité, soit présent sans devoir utiliser l'adverbe au moins de manière explicite. Par exemple, s'il est question d'une couche, il faut l'interpréter de telle sorte qu'il s'agisse exactement d'une couche, de deux couches ou de plusieurs couches. Ces
-11 caractéristiques peuvent être complétées par d'autres caractéristiques ou peuvent être les seules caractéristiques à partir desquelles le produit respectif est obtenu.
Les numéros de référence contenus dans les revendications ne constituent aucune limitation du cadre des objets protégés par les revendications. Ils servent uniquement à faciliter la compréhension des revendications.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention va être expliquée et décrite plus en détail ci-dessous à l'aide d'exemples de réalisation préférés illustrés dans les figures.
La Fig. 1 illustre une vue en coupe schématique d'un composite moulé renforcé par des
10 fibres et d'un outil de moulage associé.
La Fig. 2 illustre, dans une vue en coupe correspondant à la figure 1, une infusion d'une première couche de fibres du composite moulé renforcé par des fibres avec une première quantité de résine au moyen d'un auxiliaire d'écoulement.
La Fig. 3 illustre, dans une autre vue en coupe correspondant à la figure 1, la première
15 couche de fibres infusée.
La Fig. 4 illustre, dans une autre vue en coupe correspondant à la figure 1, une couche de mousse appliquée sur la première couche de fibres, et une deuxième couche de fibres qui n'est pas encore infusée.
La Fig. 5 illustre, dans une autre vue en coupe correspondant à la figure 1, une infusion de
20 la deuxième couche de fibres d'un composite moulé renforcé par des fibres au moyen d'un auxiliaire d'écoulement.
La Fig. 6 illustre un diagramme temps-température du procédé selon l'invention avec une température de transition vitreuse croissante d'une résine.
la Fig. 7 illustre un diagramme de déroulement du procédé selon l'invention.
-12DESCR1PTION DES FIGURES
La Fig. 1 illustre un composite moulé renforcé par des fibres 1 et un outil de moulage associé 2. Dans ce cas, il est illustré une coupe longitudinale de sorte que la structure en couches du composite moulé renforcé par des fibres 1 ainsi que sa mise en forme par l'outil de moulage 2 soient clairement visibles.
Le composite moulé renforcé par des fibres illustré peut par exemple être un nez d'aile pour une aile portante d'un aéronef. Le composite moulé renforcé par des fibres illustré, dans sa forme concrète, constitue toutefois seulement un exemple de toutes formes de composite moulé renforcé par des fibres qui peuvent être utilisées par exemple sur des aéronefs, des véhicules ou dans d'autres domaines d'application.
Le composite moulé renforcé par des fibres 1 présente une première couche de fibres 3 et une deuxième couche de fibres 4. Dans le cas du composite moulé renforcé par des fibres illustré, la première couche de fibres 3 pourrait également être désignée par couche de fibres extérieure et la deuxième couche de fibres 4 pourrait être désignée également par couche de fibres intérieure ou du fait de l'agencement suivant la force de gravité dans l'outil de moulage 2, la première couche de fibres 3 pourrait être désignée par couche de fibres inférieure et la deuxième couche de fibres 4 pourrai être désignée par couche de fibres supérieure. Entre la première couche de fibres 3 et la deuxième couche de fibres 4 est par exemple disposée une couche supplémentaire 5, qui est réalisée en tant que couche de mousse 6. La couche de mousse 6 forme un noyau de mousse du composite moulé renforcé par des fibres 1 fini.
Les Fig. 2 à 5 illustrent une fabrication du composite moulé renforcé par des fibres 1, dans lesquelles on a sélectionné la même coupe à travers le composite moulé renforcé par des fibres 1 et l'outil de moulage 2 que dans la figure 1.
Dans la Fig. 2, la première couche de fibres 3 est disposée sur la surface intérieure conférant la forme 7 de l'outil de moulage 2. La surface 7 peut être recouverte d'un film de séparation (non illustré). Là où les fibres de la couche de fibres 3 sont disposées de manière non liée, par exemple sous forme de tissu, de tricot ou de canevas, la première couche de fibres 3 est illustrée en pointillés. Là où la première couche de fibres 3 est illustrée en traits pleins, elle est déjà infusée avec une première quantité de résine 8.
-13Le processus d’infusion a lieu sous vide, le vide étant généré entre l'outil de moulage 2 et un film de mise sous vide 9. Le film de mise sous vide 9 est étanchéifié avec un joint d'étanchéité 10 par rapport à l'outil de moulage 2. Pour l'introduction de la première quantité de résine 8 dans la région du vide, le film de mise sous vide 9 présente des tubulures de remplissage 11. Celles-ci prédéfinissent une direction 12 par laquelle la première quantité de résine 8 est appliquée sur la première couche de fibres 3. À partir des tubulures de remplissage 11, la première quantité de résine 8 est distribuée dans des directions 13 sur toute la première couche de fibres 3. En l'occurrence, un auxiliaire d'écoulement (non illustré) peut être utilisé en tant qu'aide. L'étalement progressif de la première quantité de résine 8 est illustré ici avec la première quantité de résine 8 indiquée en traits pleins dans la région des tubulures de remplissage 11, et en pointillés dans les directions 13 s'éloignant des tubulures de remplissage
11. Au cours de l'infusion, toute la première couche de fibres 3 est infiltrée avec la première quantité de résine 8.
La première couche de fibres 3 complètement infusée avec la première quantité de résine 8 est maintenue au-dessus d'une température prédéfinie, la première quantité de résine n'atteignant toutefois pas encore son point de gélification. Ensuite, la première quantité de résine est refroidie à la température prédéfinie, une viscosité minimale de la première quantité de résine à la température prédéfinie étant de 25 000 Pa s. Ensuite a lieu l'enlèvement du film de mise sous vide 9 illustré dans la Fig. 3. Alors que la première quantité de résine 8 n'a pas encore atteint la viscosité minimale, l'enlèvement du film de mise sous vide 9 pourrait donner lieu, à l'intérieur de la première quantité de résine 8 et par conséquent également à l'intérieur de la première couche de fibres 3, à la formation d'inclusions de gaz qui affaibliraient le composite moulé renforcé par des fibres 1.
Dans la Fig. 4, la couche de mousse 6 est déjà disposée sur la première couche de fibres 3 et par-dessus celle-ci, la deuxième couche de fibres 4. Dans l'exemple illustré, la couche de mousse 6 ne s'étend pas sur toute la première couche de fibres 3. La deuxième couche de fibres 4 est par conséquent disposée en partie sur la couche de mousse 6 et en partie directement sur la première couche de fibres 3, de sorte que la couche de mousse 6 est complètement incluse entre la première couche de fibres 3 et la deuxième couche de fibres 4. La deuxième couche de fibres 4 est disposée sur la couche de mousse 6 sous forme encore non liée et est donc illustrée en pointillés.
Dans la Fig. 5, l'outil de moulage 2 est à nouveau relié hermétiquement à un film de mise sous vide 9, qui peut être le même film de mise sous vide 9 que celui illustré dans la figure 2 ou qui
- 14peut être un autre film de mise sous vide 9. Après une mise sous vide renouvelée de l'espace entre l'outil de moulage 2 et le film de mise sous vide 9, une deuxième quantité de résine 14 est appliquée sur la deuxième couche de fibres 4 par le biais des tubulures de remplissage 11, à nouveau le long des directions 12, laquelle deuxième quantité de résine se répartit de manière connue dans les directions 13 sur la deuxième couche de fibres 4, de telle sorte que la deuxième couche de fibres 4 soit complètement infiltrée. Dans ce cas également on peut utiliser un auxiliaire d'écoulement, qui peut être une partie du même auxiliaire d'écoulement ou bien un autre auxiliaire d'écoulement que celui éventuellement utilisé pour la première couche de fibres 3. En maintenant le composite moulé renforcé par des fibres 1 ainsi formé, et par conséquent notamment la première quantité de résine 8 et la deuxième quantité de résine 14, au-dessus de la température prédéfinie, la première quantité de résine 8 et la deuxième quantité de résine 14 sont durcies ensemble. Ensuite, le film de mise sous vide 9 peut être enlevé, de sorte que le composite moulé renforcé par des fibres 1 fini peut être enlevé de l'outil de moulage 2.
La Fig. 6 illustre, dans une représentation sous forme de graphique, une température 16 en fonction d’un temps 15. L'allure du temps 15 commence avec la fourniture de l'outil de moulage 2 et la disposition de la première couche de fibres 3, ainsi que l'infusion de la première couche de fibres 3 avec la première quantité de résine 8. II est illustré en pointillés un intervalle de temps 17 pendant lequel la première quantité de résine 8 est maintenue au-dessus d'une température prédéfinie 19 et qui peut être superposé à l'infusion de la première couche de fibres 3. À titre de comparaison, on a illustré dans le graphique d'une part la température prédéfinie 19 en pointillés et d'autre part une température de processus 18, à laquelle la première quantité de résine 8 est maintenue, sous forme de ligne en trait continu. La température de processus 18 est illustrée ici sous forme de température constante, mais peut également varier au-dessus de la température prédéfinie 19.
Au cours du maintien de la première quantité de résine 8 au-dessus de la température prédéfinie 19, la réticulation de la première quantité de résine 8 se développe. Avec la réticulation augmente également une température de transition vitreuse 20. A un instant 21, la réticulation s'est développée suffisamment largement pour qu'à la température prédéfinie 19, une viscosité minimale d'au moins 25 000 Pa s soit atteinte. Ensuite, la première quantité de résine 8 est refroidie activement ou passivement à la température prédéfinie 19. Dans le cas illustré, la viscosité minimale est choisie de telle sorte que la première quantité de résine 8, lors du refroidissement à la température prédéfinie 19, atteigne juste la température de transition vitreuse 20. Cela signifie que la structure amorphe de la première quantité de résine 8 se rigidifie sous l'effet du refroidissement.
-15Ensuite, la deuxième couche de fibres 4 est disposée à côté de la première couche de fibres 3 et est infusée avec la deuxième quantité de résine 14, l'infusion étant superposée à un deuxième intervalle de temps 24 dans lequel la deuxième quantité de résine 14 et la première quantité de résine 8 sont à nouveau maintenues à une température de traitement 23a qui correspond ici à la température de traitement 18. De ce fait, la deuxième quantité de résine 14 commence à réticuler et la réticulation de la première quantité de résine 8 se poursuit. Entre la température de transition vitreuse 20 atteinte à la fin de l'intervalle de temps 24 et le point de gélification 22 pour la première quantité de résine 8, existe un écart de température 25. Celui-ci garantit que lors de l'infusion de la deuxième couche de fibres 4, la première quantité de résine 8 et la deuxième quantité de résine 14 puissent se lier et ne constituent pas de surfaces délimitées l'une par rapport à l'autre comme cela serait le cas si la première quantité de résine 8 devait dépasser son point de gélification 22 encore pendant l'infusion.
À la fin de l'intervalle de temps 24 et après le dépassement du point de gélification 22, la première quantité de résine 8 et la deuxième quantité de résine 14 peuvent à nouveau être maintenues à la température de traitement 23a. Dans l'exemple illustré, la température de traitement 23b est tout d'abord augmentée. Ensuite, la température de traitement augmentée 23c est à nouveau maintenue constante. De cette manière, la réticulation de la première quantité de résine 8 et de la deuxième quantité de résine 14 se poursuit jusqu'à leur durcissement final.
La Fig. 7 illustre une représentation schématique du procédé selon l'invention 26.
À l'étape 27, l'outil de moulage 2 est tout d'abord fourni. En option, l'outil de moulage 2 peut être revêtu d'un film de séparation à l'étape 28.
À l'étape 29, la première couche de fibres 3 est d'abord disposée dans l'outil de moulage 2. Ensuite, à l'étape 30, la première couche de fibres 3 est infusée avec la première quantité de résine 8. À l'étape 31, la première quantité de résine 8 est ensuite maintenue au-dessus de la température prédéfinie 19 jusqu'à ce qu'une progression de la réaction de la première quantité de résine 8 soit atteinte, laquelle correspond à une viscosité minimale de la première quantité de résine 8 d'au moins 25 000 Pa s à la température prédéfinie 19. Ensuite, à l'étape 32, la première quantité de résine 8 est refroidie à la température prédéfinie 19.
En option, à l'étape 33, la première couche de fibres infusée 3 peut être mise en forme, en étant enlevée de l'outil de moulage 2 et en étant introduite dans un outil de moulage supplémentaire.
-16Si la viscosité minimale est choisie de telle sorte que la première quantité de résine 8 soit rigidifiée après l'étape 32, l'étape 33 exige un nouveau chauffage de la première couche de fibres infusée 3.
Sur la première couche de fibres infusée 3 peut être disposée une couche supplémentaire 5, à 5 l'étape 34. L'étape 34 peut aussi être répétée une ou plusieurs fois. En plus de la première couche de fibres 3, c'est-à-dire sur la première couche de fibres 3 ou sur l'une des couches 5, est disposée la deuxième couche de fibres 4, à l'étape 35. Celle-ci est infusée avec la deuxième quantité de résine 14 à l'étape 36.
À l'étape 37, la première quantité de résine 8 et la deuxième quantité de résine 14 sont 10 finalement durcies ensemble. Au terme du procédé 26, la fabrication du composite moulé renforcé par des fibres 1 est finie.
- 17LISTE DES NUMEROS DE REFERENCE
Composite moulé renforcé par des fibres Outil de moulage Première couche de fibres Deuxième couche de fibres Couche
Couche de mousse
Contour
Première quantité de résine Film de mise sous vide Joint d'étanchéité Tubulure de remplissage Direction Direction
Deuxième quantité de résine Temps Température Intervalle de temps Température de traitement Température prédéfinie Température de transition vitreuse Instant
Point de gélification
Température de traitement
Intervalle de temps
Intervalle de temps
Procédé
Étape

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé (26) pour la fabrication d'un composite moulé renforcé par des fibres (1) comprenant une première couche de fibres (3) et une deuxième couche de fibres (4) dans un outil de moulage (2), comprenant les étapes suivantes :
    - disposition de la première couche de fibres (3) dans l'outil de moulage (2) et infusion de la première couche de fibres (3) avec une première quantité de résine (8),
    - premier maintien de la première quantité de résine (8) au-dessus d'une température prédéfinie (19),
    - refroidissement de la première quantité de résine (8) à la température prédéfinie (15), une viscosité minimale de la première quantité de résine à la température prédéfinie étant de 25 000 Pa s, et
    - disposition de la deuxième couche de fibres (4) à côté de la première couche de fibres (3) et infusion de la deuxième couche de fibres (4) avec une deuxième quantité de résine (14),
    - durcissement commun de la première quantité de résine (8) et de la deuxième quantité de résine (14) par un deuxième maintien au-dessus de la température prédéfinie (19), caractérisé en ce que
    - lors du premier maintien de la première quantité de résine (8) au-dessus de la température prédéfinie (19), la première quantité de résine (8) n'atteint pas son point de gélification (22) et
    - la première quantité de résine (8) et la deuxième quantité de résine (14), lors de l'infusion de la deuxième couche de fibres (4) avec la deuxième quantité de résine (14), sont maintenues à une température de traitement (23a) qui est au-dessus d'une température de transition vitreuse (20) de la première quantité de résine (8), et
    - la première quantité de résine (8), lors de l'infusion de la deuxième couche de fibres (4) avec la deuxième quantité de résine (14), ne dépasse pas son point de gélification (22).
  2. 2. Procédé (26) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche de fibres (3), pour l'infusion avec la première quantité de résine (8) et pour le maintien de la première quantité de résine (8) au-dessus de la température prédéfinie (19), est enfermée dans un moule pouvant être mis sous vide et le moule est mis sous vide,
    - 19pour la disposition de la deuxième couche de fibres (4) à côté de la première couche de fibres (3), le moule est ventilé et ouvert et pour l'infusion de la deuxième couche de fibres (4) avec la deuxième quantité de résine (14) et pour le deuxième maintien de la première quantité de résine (8) et de la deuxième quantité de résine (14) au-dessus de la température prédéfinie (19), la première couche de fibres (3) avec la première quantité de résine (8) et la deuxième couche de fibres (4) sont introduites ensemble dans un deuxième moule pouvant être mis sous vide et le deuxième moule est mis sous vide.
  3. 3. Procédé (26) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier maintien de la première quantité de résine (8) au-dessus de la température prédéfinie (19) s'effectue jusqu'à ce que la température de transition vitreuse (20) de la première quantité de résine (8) corresponde à la température prédéfinie (19) ou soit au-dessus de la température prédéfinie (19).
  4. 4. Procédé (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première couche de fibres (3) est mise en forme avant la disposition de la deuxième couche de fibres (4), en étant enlevée de l'outil de moulage (2) et ajoutée dans un deuxième outil de moulage, de telle sorte que la disposition de la deuxième couche de fibres (4), l'infusion de la deuxième couche de fibres (4) et le durcissement commun des quantités de résine (8, 14) s'effectuent dans le deuxième outil de moulage.
  5. 5. Procédé (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première quantité de résine (8) et la deuxième quantité de résine (14) sont des quantités de la même résine.
  6. 6. Procédé (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier maintien de la première quantité de résine (8) s'effectue au-dessus de la température prédéfinie (19) à une température constante (18).
  7. 7. Procédé (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier maintien de la première quantité de résine (8) s'effectue au-dessus de la température prédéfinie (19) entre 110°C et 130°C.
  8. 8. Procédé (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier maintien de la première quantité de résine (8) au-dessus de la température
    -20prédéfinie (19) et le deuxième maintien de la première quantité de résine (8) et de la deuxième quantité de résine (14) au-dessus de la température prédéfinie (19) s'effectuent à la même température.
  9. 9. Procédé (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'entre la première couche de fibres (3) et la deuxième couche de fibres (4) sont disposées une ou plusieurs couches supplémentaires (5).
  10. 10. Procédé (26) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la ou une couche supplémentaire (5) est une couche de mousse (6).
  11. 11. Procédé (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour l'infusion de la première couche de fibres (3) et/ou pour l'infusion de la deuxième couche de fibres (4), on utilise un auxiliaire d'écoulement.
  12. 12. Procédé (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'entre l'outil de moulage (2) et la première couche de fibres (3) est disposé un film de séparation qui suit exactement le contour de l'outil de moulage (2).
  13. 13. Procédé (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une teneur volumique en fibres de la première couche de fibres (3) est supérieure à une teneur volumique en fibres moyenne du composite moulé renforcé par des fibres (1).
  14. 14. Procédé (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de transition vitreuse de la première quantité de résine (8) est surveillée au moyen d'un capteur.
  15. 15. Procédé (26) selon la revendication 14, caractérisé en ce que le capteur est un capteur diélectrique ou un capteur à ultrasons.
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