FR3075688A1 - METHOD FOR MANUFACTURING A HOLLOW PIECE OF COMPOSITE MATERIALS AND HOLLOW PIECE OBTAINED BY SAID METHOD - Google Patents
METHOD FOR MANUFACTURING A HOLLOW PIECE OF COMPOSITE MATERIALS AND HOLLOW PIECE OBTAINED BY SAID METHOD Download PDFInfo
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Abstract
Procédé de fabrication d'une pièce creuse en matériaux composites comprenant les étapes suivantes : a) mettre en place un matériau fibreux sur une première partie de moule femelle et sur une deuxième partie de moule femelle, b) positionner au moins une réservation, c) mettre en place un matériau fibreux, d) déposer au moins un premier élément de renfort e) mettre en place une membrane étanche disposée contre chaque premier élément de renfort et chaque dernière couche dudit matériau fibreux non couverte par le premier élément de renfort, f) associer de manière étanche, g) comprimer chaque membrane contre lesdits matériaux fibreux, h) démouler la première partie de moule femelle et la deuxième partie de moule femelle, i) déposer au moins un second élément de renfort, j) associer de manière étanche la première partie de moule femelle et la deuxième partie de moule femelle, k) assurer le durcissement de la pièce creuse.A method of manufacturing a composite hollow part comprising the following steps: a) placing a fibrous material on a first female mold part and a second female mold part, b) positioning at least one reservation, c) placing a fibrous material, d) depositing at least one first reinforcing element e) setting up a waterproof membrane disposed against each first reinforcing element and each last layer of said fibrous material not covered by the first reinforcing element, f) sealingly, g) compressing each membrane against said fibrous materials, h) demolding the first female mold part and the second female mold part, i) depositing at least one second reinforcing element, j) sealingly joining the first part of the female mold and the second part of the female mold, k) ensuring the hardening of the hollow part.
Description
Domaine technique et état de l'artTechnical field and state of the art
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d’une pièce creuse en matériaux composites.The present invention relates to a method for manufacturing a hollow part made of composite materials.
La pièce creuse en matériaux composites permet la conception de structure mécanique unique. La réalisation d’une pièce en matériaux composites permet d’obtenir une pièce avec des qualités augmentées telles que le rapport résistance / poids, la longévité sous sollicitations de fatigue et la très bonne résistance à la corrosion.The hollow part in composite materials allows the design of a unique mechanical structure. The production of a composite material part makes it possible to obtain a part with increased qualities such as the strength / weight ratio, longevity under fatigue stresses and very good corrosion resistance.
Les applications de la fabrication de pièces creuses sont par exemple des pales d’éolienne ou d’hydrolienne, des éléments de voilure aéronautique, des châssis de véhicule, des éléments structurels, des carters et réservoirs, ou encore des appendices de navires comme par exemple les safrans, les dérives, les quilles, les foils...The applications for manufacturing hollow parts are, for example, wind turbine or tidal turbine blades, aeronautical wing elements, vehicle chassis, structural elements, casings and tanks, or even ship appendages, for example. rudders, daggerboards, keels, foils ...
Si une pièce réalisée en matériaux composites offre des performances accrues, son potentiel est généralement limité par l’importante dispersion de ses propriétés, notamment au niveau de sa résistance à la rupture. Cette variabilité est liée au procédé de fabrication qui engendre des différences de microstructure entre les pièces fabriquées.If a part made of composite materials offers increased performance, its potential is generally limited by the wide dispersion of its properties, particularly in terms of its resistance to rupture. This variability is linked to the manufacturing process which generates differences in microstructure between the parts produced.
Une technique permettant la fabrication de pièce creuse est décrite dans le document FR2992890. Ce document décrit un procédé de fabrication de pièce creuse en matériau fibreux comprenant une première partie de moule femelle sur laquelle sont disposés un matériau fibreux, un élément de renfort et une deuxième partie de moule femelle sur laquelle sont disposés également un matériau fibreux et un autre élément de renfort.A technique for manufacturing hollow parts is described in document FR2992890. This document describes a method of manufacturing a hollow piece of fibrous material comprising a first female mold part on which are arranged a fibrous material, a reinforcing element and a second female mold part on which are also arranged a fibrous material and another reinforcing element.
Les pièces ainsi réalisées permettent d’améliorer la tenue mécanique dans son ensemble. Toutefois, dans certains cas, la résistance mécanique est sollicitée d’une manière complexe, comme la traction perpendiculaire et les pièces creuses réalisées dans le procédé décrit dans le document FR2992890 ne permettent pas de résister suffisamment aux sollicitations complexes.The parts thus produced make it possible to improve the overall mechanical strength. However, in certain cases, the mechanical resistance is stressed in a complex manner, such as the perpendicular traction and the hollow parts produced in the process described in the document FR2992890 do not allow sufficient resistance to complex stresses.
Le but de la présente invention est de pallier à ces inconvénients en proposant un procédé améliorant les caractéristiques mécaniques de la pièce creuse avec au moins un élément de renforcement. Elle apporte également une solution au problème de délaminage lié entre autres aux efforts hors-plan rencontrés lors de sollicitations complexes, en particulier la traction perpendiculaire dans des structures de type coude de foil.The object of the present invention is to overcome these drawbacks by proposing a method improving the mechanical characteristics of the hollow part with at least one reinforcing element. It also provides a solution to the delamination problem linked inter alia to the out-of-plane forces encountered during complex stresses, in particular perpendicular traction in structures of the bend type.
Un autre but de l’invention est d’obtenir un procédé plus simple à réaliser et plus efficient.Another object of the invention is to obtain a process which is simpler to carry out and more efficient.
Description de l'invention L'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce creuse en matériaux composites comprenant les étapes suivantes : - a) mettre en place un matériau fibreux constitué d’au moins une couche sur une première partie de moule femelle et sur une deuxième partie de moule femelle, de façon à étaler chaque couche selon la forme du moule femelle, b) positionner au moins une réservation formant une moitié d’au moins un bloc sur la dernière couche dudit matériau fibreux de chacune de la première partie de moule femelle et de la deuxième partie de moule femelle, en ayant préalablement disposé un film séparateur démoulant, - c) mettre en place un matériau fibreux constitué d’au moins une couche dans chaque moitié de bloc, d) déposer au moins un premier élément de renfort constitué d’au moins une couche de matériau fibreux, - e) mettre en place une membrane étanche disposée contre chaque premier élément de renfort et chaque dernière couche dudit matériau fibreux non couverte par le premier élément de renfort, - f) associer de manière étanche la première partie de moule femelle et la deuxième partie de moule femelle de façon à ce que l’élément de renfort soit en contact avec la dernière couche dudit matériau fibreux correspondant à l’autre moitié de bloc, - g) comprimer chaque membrane contre lesdits matériaux fibreux, - h) démouler la première partie de moule femelle et la deuxième partie de moule femelle pour extraire chaque bloc du moule femelle et retirer chaque réservation, - i) déposer au moins un second élément de renfort sur chaque bloc constitué d’au moins une couche de matériau fibreux, - j) positionner chaque bloc dans la première partie de moule femelle ou la deuxième partie de moule femelle et associer de manière étanche la première partie de moule femelle et la deuxième partie de moule femelle, - k) assurer le durcissement de la pièce creuse.Description of the invention The invention provides a method of manufacturing a hollow part made of composite materials comprising the following steps: a) placing a fibrous material consisting of at least one layer on a first part of a female mold and on a second female mold part, so as to spread each layer according to the shape of the female mold, b) positioning at least one reservation forming a half of at least one block on the last layer of said fibrous material of each of the first part of female mold and of the second part of female mold, having previously arranged a separating release film, - c) placing a fibrous material consisting of at least one layer in each half of the block, d) depositing at least a first reinforcing element consisting of at least one layer of fibrous material, - e) putting in place a waterproof membrane disposed against each first reinforcing element and each last layer of said fibrous material not covered by the first reinforcing element, - f) sealingly associating the first female mold part and the second female mold part so that the reinforcing element is in contact with the last layer of said fibrous material corresponding to the other half of the block, - g) compressing each membrane against said fibrous materials, - h) demolding the first female mold part and the second female mold part to extract each block from the female mold and remove each reservation, - i) deposit at least one second reinforcing element on each block consisting of at least one layer of fibrous material, - j) position each block in the first female mold part or the second female mold part and associate sealing the first female mold part and the second female mold part, - k) ensuring the hardening of the hollow part.
Il est entendu par matériau composite, une association d’un renfort fibreux (comme par exemple la fibre de carbone, verre, aramide, polyéthylène, bore, lin, chanvre...) et d’une matrice.Composite material is understood to be a combination of a fibrous reinforcement (such as carbon fiber, glass, aramid, polyethylene, boron, flax, hemp, etc.) and a matrix.
Le renfort fibreux est associé à une matrice qui peut être thermodurcissable comme par exemple et sans caractère d’exhaustivité des résines époxy, phénolique, polyester, vinylester, acrylique, ou thermoplastique comme par exemple du polyétheréthercétone (PEEK), polyéthercétone (PEK), polypropylène (PP), polyamide (PA), polyéthylène (PE), polybutylène téréphtalate (PBT), polyuréthanes (TPU), polyméthylméthacrylate (PMMA), le polycarbonate (PC), polyéther-sulfone (PES), polyphénylène (PPS), polyethylenenaphthalate (PEN) et polybutylenenaphthalate (NEA), cyclique poly (1 ,4-butylène téréphtalate) (TCC) et / ou des combinaisons de ceux-ci.The fibrous reinforcement is associated with a matrix which may be thermosetting, for example, and without being exhaustive, epoxy, phenolic, polyester, vinylester, acrylic, or thermoplastic resins, such as, for example, polyetheretherketone (PEEK), polyetherketone (PEK), polypropylene. (PP), polyamide (PA), polyethylene (PE), polybutylene terephthalate (PBT), polyurethanes (TPU), polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyether sulfone (PES), polyphenylene (PPS), polyethylenenaphthalate ( PEN) and polybutylenenaphthalate (NEA), cyclic poly (1,4-butylene terephthalate) (TCC) and / or combinations thereof.
La matrice, qui joue le rôle de liant, a l’avantage de pouvoir être traitée dans son état pré-polymère et pouvant être manipulée en tant que liquide, gel, poudre ou granulé. De cette manière, elle peut être utilisée pour la pré-imprégnation du matériau fibreux, et ainsi former un pré-imprégné.The matrix, which acts as a binder, has the advantage of being able to be treated in its pre-polymer state and which can be handled as a liquid, gel, powder or granule. In this way, it can be used for the prepreg of the fibrous material, and thus form a prepreg.
Le pré-imprégné est un produit semi-fini sous forme soit de nappe unidirectionnelle soit de tissus de fibres. Il ne nécessite pas d’apport de résine supplémentaire.The prepreg is a semi-finished product in the form of either a unidirectional sheet or of fiber fabrics. It does not require the addition of additional resin.
La fabrication d’un pré-imprégné est effectuée à l’aide de film de résine d’une certaine épaisseur en rapport avec le grammage final souhaité. Ce film de résine est ensuite appliqué sur une nappe de fibres et/ou un tissu fibreux pour constituer le pré-imprégné. Dans certains cas, lors de l’imprégnation des fibres, un traitement thermique vise à pré-polymériser la résine afin d’en augmenter légèrement la viscosité.The manufacture of a prepreg is carried out using resin film of a certain thickness in relation to the desired final grammage. This resin film is then applied to a sheet of fibers and / or a fibrous fabric to form the prepreg. In some cases, during the impregnation of the fibers, a heat treatment aims to pre-polymerize the resin in order to slightly increase its viscosity.
Il est possible de distinguer deux types de durcissement : le premier concernant les thermodurcissables et le deuxième concernant les thermoplastiques.It is possible to distinguish two types of hardening: the first for thermosets and the second for thermoplastics.
Les thermoplastiques sont constitués de polymères essentiellement linéaires. A faible température, les macromolécules sont liées entre elles par des multiples liaisons faibles, qui se rompent par un effet de chauffage, ce qui permet le glissement des macromolécules les unes sur les autres et entraîne la fusion. Comme cette transformation est réversible, ces matériaux conservent leurs propriétés.Thermoplastics are made up of essentially linear polymers. At low temperature, the macromolecules are linked together by multiple weak bonds, which rupture by a heating effect, which allows the sliding of the macromolecules on each other and causes fusion. As this transformation is reversible, these materials retain their properties.
Les thermodurcissables sont des plastiques qui prennent une forme définitive au premier refroidissement. Il est entendu par durcissement pour des thermodurcissables, la réaction chimique ou le procédé par lequel des molécules de bas poids moléculaires (par exemple des hydrocarbures de 2 à 10 atomes de carbone) réagissent entre elles pour donner des molécules de poids moléculaires dix, cent ou des millions de fois plus grands. Ces plastiques ont une structure moléculaire tridimensionnelle, dans laquelle les chaînes ne peuvent pas glisser les unes sur les autres. Les constituants qui vont former ces plastiques restent malléables jusqu'à une certaine température. Lorsque ces thermodurcissables sont chauffés au-delà d’une certaine température, ils durcissent de façon irréversible, aussi leur mise en œuvre s'effectue avant qu'ils ne soient totalement polymérisés, la polymérisation se terminant dans le moule. L’étape de durcissement, appelée également polymérisation, peut être accélérée par une cuisson en autoclave ou en étuve, mais elle peut également être liée à la mise en présence d’une base et d’un durcisseur lors de l’imprégnation, injection ou infusion de résine au travers d’un matériau fibreux sec.Thermosets are plastics that take on a definitive shape when first cooled. It is understood by hardening for thermosets, the chemical reaction or the process by which molecules of low molecular weight (for example hydrocarbons of 2 to 10 carbon atoms) react with each other to give molecules of molecular weight ten, one hundred or millions of times greater. These plastics have a three-dimensional molecular structure, in which chains cannot slide over each other. The constituents which will form these plastics remain malleable up to a certain temperature. When these thermosets are heated above a certain temperature, they harden irreversibly, so their implementation takes place before they are fully polymerized, the polymerization ending in the mold. The hardening step, also called polymerization, can be accelerated by baking in an autoclave or in an oven, but it can also be linked to the presence of a base and a hardener during impregnation, injection or resin infusion through dry fibrous material.
Les éléments de renfort sont constitués de matériaux fibreux continus à la fibre neutre de la pièce. Cela améliore sensiblement les caractéristiques de reprise du cisaillement, d’effort tranchant. De plus, la liaison entre le matériau fibreux de la première partie de moule et l’une des lèvres de l’élément de renfort s’effectue loin de la fibre neutre ce qui améliore la reprise des efforts par l’élément de renfort. Ceci est également applicable entre le matériau fibreux de la deuxième partie de moule et l’autre lèvre de l’élément de renfort.The reinforcing elements are made of fibrous materials continuous to the neutral fiber of the part. This appreciably improves the characteristics of resumption of shear, of shearing force. In addition, the connection between the fibrous material of the first mold part and one of the lips of the reinforcing element takes place far from the neutral fiber, which improves the recovery of forces by the reinforcing element. This is also applicable between the fibrous material of the second mold part and the other lip of the reinforcing element.
Le fait que le premier élément de renfort ou le second élément de renfort soit en matériau fibreux constitué du même type de matériau que pour la première partie de moule femelle et la deuxième partie de moule femelle permet d’assurer en une seule étape le durcissement de l’ensemble avec une homogénéité inhérente au durcissement commun de l’ensemble des différents constitutifs.The fact that the first reinforcing element or the second reinforcing element is made of fibrous material made of the same type of material as for the first female mold part and the second female mold part makes it possible to ensure in one step the hardening of the whole with a homogeneity inherent in the common hardening of all the different constituents.
La technique de positionnement de la membrane étanche permet la réalisation de pièces fermées à une ou plusieurs extrémités, comme par exemple sur un appendice de navire. Cette technique permet également de réaliser des pièces de fortes discontinuités de forme et de géométrie complexe, par exemple en pied de pale d’éolienne ou de mèche d’un safran.The technique of positioning the waterproof membrane allows the production of parts closed at one or more ends, such as for example on a ship's appendage. This technique also makes it possible to produce parts with strong discontinuities of complex shape and geometry, for example at the foot of a wind turbine blade or a wick of a saffron.
Le procédé permet en plus d’obtenir d’une traite la pièce souhaitée. Il n’est pas nécessaire d’ajouter un noyau ou contre-moule pour assurer le maintien en position de l’élément de renfort lors du durcissement de la pièce.The process also makes it possible to obtain the desired part in one go. It is not necessary to add a core or counter-mold to maintain the reinforcement element in position during the hardening of the part.
Le procédé permet d’assurer une meilleure transmission des efforts tranchants entre les deux faces tendues / comprimées de la pièce soumise à un effort de flexion.The method makes it possible to ensure better transmission of the shear forces between the two tensioned / compressed faces of the part subjected to a bending force.
Le procédé permet également de contenir l’ensemble de ces plis dans le cas de sollicitation de type pelage et/ou traction-compression perpendiculaire, en particulier dans des zones singulières à faible rayon de courbure induisant des contraintes hors-plan importantes.The method also makes it possible to contain all of these folds in the case of stress of the peeling type and / or perpendicular traction-compression, in particular in singular zones with small radius of curvature inducing significant out-of-plane stresses.
Dans un mode de réalisation, ledit procédé comporte en outre à l’étape c), le premier élément de renfort a une section en forme de C comprenant deux lèvres et un fond, de façon à ce qu’une lèvre du premier élément de renfort soit en contact avec la dernière couche dudit matériau fibreux d’une moitié de bloc et qu’une partie du fond soit en appui contre la réservation.In one embodiment, said method further comprises in step c), the first reinforcing element has a C-shaped section comprising two lips and a bottom, so that a lip of the first reinforcing element either in contact with the last layer of said fibrous material of a half block and a part of the bottom is in abutment against the reservation.
Dans un mode de réalisation, à l’étape i), le second élément de renfort a une section en forme de C comprenant deux lèvres et un fond, de façon à ce qu’une partie du fond du second élément de renfort soit en appui avec une partie du fond du premier élément de renfort et que chaque lèvre recouvre une partie du bloc.In one embodiment, in step i), the second reinforcing element has a C-shaped section comprising two lips and a bottom, so that part of the bottom of the second reinforcing element is in support with a part of the bottom of the first reinforcing element and that each lip covers part of the block.
Dans un autre mode de réalisation, à l’étape i), le second élément de renfort 5 est constitué d’au moins une couche de matériau fibreux qui entoure la totalité du bloc.In another embodiment, in step i), the second reinforcing element 5 consists of at least one layer of fibrous material which surrounds the entire block.
Dans un autre mode de réalisation, à l’étape i), le second élément de renfort 5 a une section en forme de I, de façon à ce qu’une partie du second élément de renfort 5 soit en appui avec une partie du fond du premier élément de renfort 4.In another embodiment, in step i), the second reinforcing element 5 has an I-shaped section, so that part of the second reinforcing element 5 is in contact with part of the bottom of the first reinforcing element 4.
Dans un mode de réalisation, la membrane étanche de l’étape e) réalise des allers-retours à l’intérieur de la pièce creuse.In one embodiment, the waterproof membrane of step e) goes back and forth inside the hollow part.
Dans un mode de réalisation, l’étape a) est constituée d’un matériau fibreux s’étendant au-delà de la première partie de moule femelle ou de la deuxième partie de moule femelle de façon à constituer un soyage.In one embodiment, step a) consists of a fibrous material extending beyond the first part of the female mold or the second part of the female mold so as to constitute a plunge.
Le soyage est une technique permettant la juxtaposition de plis adjacents de la première partie de moule et la deuxième partie de moule.Routing is a technique allowing the juxtaposition of adjacent plies of the first mold part and the second mold part.
Dans un mode de réalisation, le premier élément de renfort ou le second élément de renfort en forme de C comprend au moins deux couches superposées de matériau fibreux dont l’orientation d’une couche par rapport à l’autre est alternée.In one embodiment, the first reinforcing element or the second C-shaped reinforcing element comprises at least two superimposed layers of fibrous material whose orientation of one layer relative to the other is alternated.
Dans un mode de réalisation, à l’étape c) est positionné préalablement un film séparateur démoulant. L’invention concerne également une pièce creuse en matériau composite mettant en œuvre le procédé.In one embodiment, in step c) a separating release film is positioned beforehand. The invention also relates to a hollow part made of composite material implementing the method.
Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, réalisée sur la base des dessins annexés. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente l’étape de la mise en place du matériau fibreux 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention, - la figure 2 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments de la figure 1, - la figure 3 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments de la figure 1, - la figure 4 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments de la figure 1, - la figure 5 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments de la figure 1, - la figure 6 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments de la figure 1, - la figure 7 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments de la figure 1, - la figure 8 représente une variante à la figure 7, - la figure 9 représente une autre variante à la figure 7, - la figure 10 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments de la figure 1, - la figure 11 représente une pièce creuse selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, - la figure 12 représente une vue d’un cycle de cuisson en autoclave.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other characteristics and advantages of the invention will become apparent in the light of the description which follows, produced on the basis of the appended drawings. These examples are given without limitation. The description should be read in conjunction with the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows the step of placing the fibrous material 1 according to a first embodiment of the invention, - Figure 2 shows another step of the process and incorporates certain elements of FIG. 1, - FIG. 3 represents another step of the process and incorporates certain elements of FIG. 1, - FIG. 4 represents another step of the process and incorporates certain elements of FIG. FIG. 5 represents another step of the method and takes up certain elements of FIG. 1, - FIG. 6 represents another step of the method and takes up certain elements of FIG. 1, elements of Figure 1, - Figure 8 shows a variant in Figure 7, - Figure 9 shows another variant in Figure 7, - Figure 10 shows another step of the pr given and uses certain elements of FIG. 1, - FIG. 11 represents a hollow part according to a second embodiment of the invention, - FIG. 12 represents a view of an autoclave cooking cycle.
Description de modes de réalisation de l'inventionDescription of embodiments of the invention
Le procédé décrit ci-après permet l’obtention d’une pièce creuse en matériaux composites.The process described below makes it possible to obtain a hollow part made of composite materials.
Un moule femelle est utilisé pour la réalisation de la pièce creuse. Ce moule est constitué de deux parties : une première partie et une deuxième partie. La première partie de moule femelle et la deuxième partie de moule femelle sont symétriques. Dans une variante, si la pièce à réaliser est asymétrique, le moule femelle est nécessairement asymétrique.A female mold is used for the production of the hollow part. This mold consists of two parts: a first part and a second part. The first part of the female mold and the second part of the female mold are symmetrical. In a variant, if the part to be produced is asymmetrical, the female mold is necessarily asymmetrical.
La figure 1 représente l’étape de la mise en place du matériau fibreux 1, par exemple un pré-imprégné en fibre de carbone ou de verre associé à une matrice en résine époxy. Le matériau fibreux 1 est déposé sur la première partie 2a de moule femelle. De façon à augmenter l’épaisseur, le matériau fibreux 1 est déposé en plusieurs couches successives qui suivent le profil de la première partie 2a de moule femelle.Figure 1 shows the step of placing the fibrous material 1, for example a prepreg of carbon fiber or glass associated with an epoxy resin matrix. The fibrous material 1 is deposited on the first part 2a of the female mold. In order to increase the thickness, the fibrous material 1 is deposited in several successive layers which follow the profile of the first part 2a of the female mold.
Il est utilisé la notion de drapage qui décrit les couches successives de matériau fibreux 1 déposées les unes par-dessus les autres sur le moule femelle.The concept of layup is used which describes the successive layers of fibrous material 1 deposited one above the other on the female mold.
Afin de préparer l’assemblage entre le matériau fibreux 1 de la première partie 2a de moule et le matériau fibreux 1 de la deuxième partie 2b de moule, les couches successives s’étendent au-delà de la première partie 2a de moule femelle, de sorte à former un soyage (non représenté). C’est-à-dire que le matériau fibreux 1 de la première partie 2a de moule déborde sur tout ou partie de la longueur du moule femelle, de sorte à former une lèvre adaptée à recevoir le matériau fibreux 1 de la deuxième partie 2b de moule femelle et à permettre son raccordement. Cette particularité permet d’obtenir une pièce creuse longitudinale qui est fermée selon une extrémité sans ajout de matière et sans rupture de forme.In order to prepare the assembly between the fibrous material 1 of the first part 2a of the mold and the fibrous material 1 of the second part 2b of the mold, the successive layers extend beyond the first part 2a of the female mold, so as to form a plunge (not shown). That is to say that the fibrous material 1 of the first mold part 2a extends over all or part of the length of the female mold, so as to form a lip adapted to receive the fibrous material 1 of the second part 2b of female mold and allow its connection. This feature makes it possible to obtain a longitudinal hollow part which is closed at one end without adding material and without breaking the shape.
Dans une variante, le soyage est réalisé sur la deuxième partie 2b du moule femelle.In a variant, the routing is carried out on the second part 2b of the female mold.
Selon une autre variante, non représentée, un élément de juxtaposition est placé à un endroit dans lequel l’angle de la pièce à fabriquer est inférieur à 20°. De cette façon, l’élément de juxtaposition va permettre d’assurer le bon raccordement du matériau fibreux 1 de la première partie 2a de moule femelle et de la deuxième partie 2b de moule femelle. Par exemple, l’élément de juxtaposition est de forme en V.According to another variant, not shown, a juxtaposition element is placed at a location in which the angle of the workpiece is less than 20 °. In this way, the juxtaposition element will make it possible to ensure the good connection of the fibrous material 1 of the first part 2a of the female mold and of the second part 2b of the female mold. For example, the juxtaposition element is V-shaped.
Selon une variante, le drapage est alterné entre chaque couche successive de matériau fibreux 1 et 1’ qui se mêlent alors de façon intime en améliorant la tenue mécanique de la pièce. En effet, les efforts extérieurs seront alors mieux répartis sur toute la pièce. Au cours de cette étape, les différentes couches de matériau fibreux 1 et 1’ sont compactées sous vide dans leur position dans le moule femelle pour permettre une meilleure mise en forme et une meilleure résistance en particulier en cas d’épaisseurs importantes et/ou accidents de forme.According to a variant, the layup is alternated between each successive layer of fibrous material 1 and 1 'which then mix intimately while improving the mechanical strength of the part. Indeed, the external forces will then be better distributed over the whole room. During this step, the different layers of fibrous material 1 and 1 ′ are compacted under vacuum in their position in the female mold to allow better shaping and better resistance, in particular in the case of large thicknesses and / or accidents. of form.
La figure 2 reprend certains éléments de la figure 1. Sur cette figure, il est visible une réservation 3 positionnée sur la dernière couche dudit matériau fibreuxl de chaque partie de moule femelle (la première partie 2a et la deuxième partie 2b).Figure 2 shows some elements of Figure 1. In this figure, it is visible a reservation 3 positioned on the last layer of said fibrous materiall of each female mold part (the first part 2a and the second part 2b).
La réservation a pour rôle de former un espace qui serra comblé lors d’une autre étape du procédé.The role of the reservation is to form a space that will be filled during another stage of the process.
Sur cette figure la réservation forme trois moitiés de bloc sur chaque partie de moule femelle (la première partie 2a et la deuxième partie 2b). Lorsque les parties de moule femelle sont associées, la réservation permet de créer trois espaces qui forment trois blocs.In this figure, the reservation forms three block halves on each part of the female mold (the first part 2a and the second part 2b). When the female mold parts are associated, the reservation makes it possible to create three spaces which form three blocks.
Dans une variante, le nombre de bloc dépend de la pièce creuse. Ainsi, il est possible d’avoir un seul bloc. Il est également possible d’avoir une pluralité de blocs.In a variant, the number of blocks depends on the hollow part. Thus, it is possible to have a single block. It is also possible to have a plurality of blocks.
La figure 3 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments des figures précédentes. Sur cette figure, il est montré le positionnement de plusieurs couches successives de matériau fibreux 1’ qui suivent chaque moitié de bloc formé par la réservation 3. L’épaisseur de la couche de matériau fibreux 1’ dépend de la pièce.FIG. 3 represents another step of the process and takes up certain elements of the preceding figures. In this figure, the positioning of several successive layers of fibrous material 1 ’is shown, which follow each half of the block formed by the reservation 3. The thickness of the layer of fibrous material 1 ′ depends on the part.
La figure 4 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments des figures précédentes. Sur cette figure, il est montré un premier élément de renfort 4.FIG. 4 represents another step of the method and takes up certain elements of the preceding figures. In this figure, a first reinforcing element 4 is shown.
Le premier élément de renfort 4 est réalisé à l’aide d’un ou plusieurs conformateurs. Le conformateur est le moule de l’élément de renfort 4 qui est en forme de C et comprend deux lèvres et un fond. Le but est de créer l’élément de renfort 4 en forme de C pour le placer dans le moule femelle à l’intérieur des réservations. Dans cet exemple de réalisation, le premier élément de renfort 4 en forme de C est positionné dans chaque moitié de bloc de façon à ce qu’une lèvre du premier élément de renfort 4 soit en contact avec la dernière couche dudit matériau fibreux 1’ d’une moitié de bloc et qu’une partie du fond soit en appui contre la réservation 3.The first reinforcing element 4 is produced using one or more conformers. The conformator is the mold of the reinforcing element 4 which is C-shaped and includes two lips and a bottom. The goal is to create the C-shaped reinforcement element 4 to place it in the female mold inside the reservations. In this exemplary embodiment, the first C-shaped reinforcing element 4 is positioned in each half of the block so that a lip of the first reinforcing element 4 is in contact with the last layer of said fibrous material 1 'd '' a half of a block and part of the bottom rests against the reservation 3.
Le conformateur, non représenté, va permettre le drapage d’au moins une couche de matériau fibreux. Les dimensions du conformateur sont fonction des dimensions du moule femelle et de l’échantillonnage de la pièce.The former, not shown, will allow the layup of at least one layer of fibrous material. The dimensions of the conformator are a function of the dimensions of the female mold and the sampling of the part.
Les matériaux fibreux possèdent des fibres qui peuvent être unidirectionnelles, par exemple des fibres orientées à 0° suivant l’axe longitudinal principal de la pièce creuse réalisée, en particulier celles constituant l’essentiel de la structure de la mèche. Selon une variante, les couches successives du premier élément de renfort 4 sont réalisées avec des fibres orientées de manière diverse, de préférence sensiblement à +/- 45° par rapport à l’axe transverse de la pièce. De cette façon, la pièce ainsi réalisée à l’aide de ces fibres possède une meilleure reprise de l’effort tranchant. De la même manière que pour le drapage dans le moule femelle, les différentes couches de matériaux fibreux peuvent être compactées sous vide dans leur conformateur pour permettre une meilleure mise en forme et une meilleure tenue en particulier en cas d’épaisseurs importantes et/ou d’accidents de forme.The fibrous materials have fibers which can be unidirectional, for example fibers oriented at 0 ° along the main longitudinal axis of the hollow part produced, in particular those constituting the bulk of the structure of the wick. According to a variant, the successive layers of the first reinforcing element 4 are produced with fibers oriented in various ways, preferably substantially at +/- 45 ° relative to the transverse axis of the part. In this way, the part thus produced using these fibers has better recovery of the shearing force. In the same way as for draping in the female mold, the different layers of fibrous materials can be compacted under vacuum in their shaping device to allow better shaping and better hold, in particular in the case of large thicknesses and / or d 'accidents of form.
Dans l’exemple, lorsque deux premiers éléments de renfort 4 sont en forme de C, ils sont disposés de telle sorte que chaque extrémité de lèvre de la forme en C soit au regard de l’autre, de façon à former un volume qui sera dans la plupart des cas parallélépipédique. L’étape suivante du procédé consiste à mettre en place une membrane étanche disposée contre chaque premier élément de renfort et chaque couche dudit matériau fibreux 1’ non couverte par l’élément de renfort.In the example, when two first reinforcing elements 4 are C-shaped, they are arranged so that each lip end of the C-shape is facing the other, so as to form a volume which will be in most cases parallelepiped. The next step of the process consists in putting in place a waterproof membrane disposed against each first reinforcing element and each layer of said fibrous material 1 ’not covered by the reinforcing element.
La membrane étanche est un sac prévu pour faire le vide, par exemple il est constitué de film plastique, élastomère ou d’autre matériau élastique ; le cas échéant il peut être revêtu d’un agent démoulant.The waterproof membrane is a bag intended to create a vacuum, for example it is made of plastic film, elastomer or other elastic material; if necessary, it can be coated with a release agent.
La figure 5 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments des figures précédentes. Sur cette figure, il est montré l’association de manière étanche de la première partie 2a de moule femelle et de la deuxième partie 2b de moule femelle de façon à ce que l’autre lèvre de l’élément de renfort 4 soit en contact avec la dernière couche dudit matériau fibreux 1 ’ correspondant à l’autre moitié de bloc. L’étape suivante du procédé consiste à comprimer chaque membrane contre lesdits matériaux fibreux, par exemple en appliquant le vide entre la membrane et l’échantillonnage.FIG. 5 represents another stage of the process and takes up certain elements of the preceding figures. In this figure, the association of the first part 2a of the female mold and the second part 2b of the female mold is shown in a sealed manner so that the other lip of the reinforcing element 4 is in contact with the last layer of said fibrous material 1 'corresponding to the other half of the block. The next step in the process is to compress each membrane against said fibrous material, for example by applying the vacuum between the membrane and the sampling.
La figure 6 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments des figures précédentes. Sur cette figure, il est montré les différents éléments sans la première partie 2a de moule femelle ou la deuxième partie 2b de moule femelle. L’étape du procédé consiste à démouler de la première partie 2a de moule femelle et de la deuxième partie 2b de moule femelle chaque bloc du moule femelle et retirer chaque réservation 3.FIG. 6 represents another step of the method and takes up certain elements of the preceding figures. In this figure, the various elements are shown without the first part 2a of the female mold or the second part 2b of the female mold. The process step consists of removing from the first part 2a of the female mold and from the second part 2b of the female mold each block of the female mold and removing each reservation 3.
La figure 7 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments des figures précédentes. Cette étape consiste à déposer au moins un second élément de renfort 5 sur chaque bloc. Le second élément de renfort 5 a une section en forme de C comprenant deux lèvres et un fond. Le second élément de renfort 5 est constitué d’au moins une couche de matériau fibreux de la même façon que le premier élément de renfort. Le second élément de renfort 5 est positionné de façon à ce qu’une partie du fond du second élément de renfort 5 soit en appui avec une partie du fond du premier élément de renfort 4 et que chaque lèvre recouvre une partie du bloc.FIG. 7 represents another step of the method and takes up certain elements of the preceding figures. This step consists in depositing at least one second reinforcing element 5 on each block. The second reinforcing element 5 has a C-shaped section comprising two lips and a bottom. The second reinforcing element 5 is made up of at least one layer of fibrous material in the same way as the first reinforcing element. The second reinforcing element 5 is positioned so that a part of the bottom of the second reinforcing element 5 is in contact with a part of the bottom of the first reinforcing element 4 and so that each lip covers part of the block.
La figure 8 représente une variante à la figure 7 et reprend certains éléments des figures précédentes. Cette étape consiste à déposer au moins un second élément de renfort 5 entre chaque bloc. Le second élément de renfort 5 a une section en forme de I.FIG. 8 represents a variant in FIG. 7 and takes up certain elements of the preceding figures. This step consists in depositing at least one second reinforcing element 5 between each block. The second reinforcing element 5 has an I-shaped section.
Le second élément de renfort 5 est positionné de façon à ce qu’une partie du second élément de renfort 5 soit en appui avec une partie du fond du premier élément de renfort 4.The second reinforcing element 5 is positioned so that part of the second reinforcing element 5 is in contact with part of the bottom of the first reinforcing element 4.
La figure 9 représente une autre variante à la figure 7 et reprend certains éléments des figures précédentes. Cette étape consiste à déposer au moins un second élément de renfort 5 entourant chaque bloc. Le second élément de renfort 5 est positionné de façon à ce que la totalité du bloc soit recouvert par au moins une couche de matériau fibreux. L’étape suivante du procédé consiste à positionner chaque bloc dans la première partie 2a du moule femelle ou la deuxième partie 2b du moule femelle.FIG. 9 represents another variant in FIG. 7 and takes up certain elements of the preceding figures. This step consists in depositing at least one second reinforcing element 5 surrounding each block. The second reinforcing element 5 is positioned so that the entire block is covered by at least one layer of fibrous material. The next step in the process consists in positioning each block in the first part 2a of the female mold or the second part 2b of the female mold.
La figure 10 représente une autre étape du procédé et reprend certains éléments de la figure 7. Sur cette figure, il est montré l’association de manière étanche de la première partie 2a de moule femelle avec la deuxième partie 2b du moule femelle. L’étape suivante consiste à assurer le durcissement de la pièce creuse. Le durcissement en autoclave est réalisé en maîtrisant les paramètres de cuisson tels que la température, le vide et la pression environnante. Leur contrôle précis permet l’obtention de pièces en matériaux composites qui ont des propriétés élevées.FIG. 10 represents another step of the process and takes up certain elements of FIG. 7. In this figure, it is shown the sealing association of the first part 2a of the female mold with the second part 2b of the female mold. The next step is to harden the hollow part. The autoclave hardening is carried out by controlling the cooking parameters such as temperature, vacuum and surrounding pressure. Their precise control makes it possible to obtain parts made of composite materials which have high properties.
La figure 11 représente un deuxième mode de réalisation et on retrouve des éléments de la figure 10.FIG. 11 represents a second embodiment and we find elements of FIG. 10.
Sur cette figure, il y a deux deuxièmes éléments de renfort 5 secondaires qui sont en appui par le fond et forment ensemble un IPN (poutrelle en I à profil normal). Il y a deux blocs représentés et insérés dans la pièce creuse. A l’intérieur de chaque bloc il y a quatre premiers éléments de renfort dont deux forment un volume sensiblement parallélépipédique.In this figure, there are two second secondary reinforcing elements 5 which are supported by the bottom and together form an IPN (I-beam with normal profile). There are two blocks shown and inserted in the hollow part. Inside each block there are four first reinforcing elements, two of which form a substantially parallelepiped volume.
La figure 12 représente un cycle de fonctionnement d’un autoclave suivant les étapes suivantes : - appliquer le vide complet (0,9 bar), voir la courbe 6, - appliquer une pression de 7 bars autoclave jauge, voir la courbe 7, - réduire le vide pour une valeur de sécurité de 0,2 bar lorsque la pression autoclave atteint environ 1 bar, voir la courbe 6, - chauffer à 1 -3 ° C / minute jusqu’à 120 ° C, voiria courbe 8, - tenir à 120 ° C pendant 60 minutes, voir la courbe6, - refroidir à 2-5 ° C / min, voir la courbe 6, - évacuer la pression de l'autoclave lorsque la pièce creuse atteint 60 °C.FIG. 12 represents an operating cycle of an autoclave according to the following steps: - apply the complete vacuum (0.9 bar), see curve 6, - apply a pressure of 7 bar autoclave gauge, see curve 7, - reduce the vacuum for a safety value of 0.2 bar when the autoclave pressure reaches approximately 1 bar, see curve 6, - heat at 1 -3 ° C / minute to 120 ° C, see curve 8, - hold at 120 ° C for 60 minutes, see curve 6, - cool to 2-5 ° C / min, see curve 6, - release the pressure from the autoclave when the hollow part reaches 60 ° C.
Ces paramètres peuvent être modifiés en fonction de l’épaisseur des matériaux constitutifs et de leur nature.These parameters can be modified according to the thickness of the constituent materials and their nature.
Dans une autre variante, il peut être envisagé, sans sortir du cadre de l’invention, d’adapter les proportions, les formes d’une pièce creuse en matériaux composites tels que ceux décrits précédemment par de simples dispositions constructives qui apparaîtront directement et sans effort excessif à l’Homme du métier, de sorte à pouvoir utiliser ce procédé de fabrication afin d’obtenir des pièces creuses dans différents domaines tels que par exemple, et sans caractère d’exhaustivité, la fabrication de pale d’éolienne, d’hydrolienne, d’éléments de voilure aéronautique ou d’appendices de navires.In another variant, it can be envisaged, without departing from the scope of the invention, to adapt the proportions, the shapes of a hollow part made of composite materials such as those described above by simple constructive arrangements which will appear directly and without excessive effort by a person skilled in the art, so as to be able to use this manufacturing process in order to obtain hollow parts in different fields such as for example, and without being exhaustive, the manufacture of wind turbine blades, tidal turbine, aeronautical wing elements or ship appendages.
Nomenclature 1,1’ matériau fibreux 2a première partie de moule femelle 2b deuxième partie de moule femelle 3 réservation 4 premier élément de renfort 5 second élément de renfort 6 courbe du vide 7 courbe de la pression 8 courbe de la températureNomenclature 1,1 ’fibrous material 2a first part of female mold 2b second part of female mold 3 reservation 4 first reinforcement element 5 second reinforcement element 6 vacuum curve 7 pressure curve 8 temperature curve
Claims (10)
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