FR3099405A1 - Procédé d’assemblage d’au moins deux pièces en matériau composite thermoplastique comportant des fibres unidirectionnelles et assemblage d’au moins deux pièces ainsi obtenu - Google Patents

Procédé d’assemblage d’au moins deux pièces en matériau composite thermoplastique comportant des fibres unidirectionnelles et assemblage d’au moins deux pièces ainsi obtenu Download PDF

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Abstract

Procédé d’assemblage d’au moins deux pièces en matériau composite thermoplastique comportant des fibres unidirectionnelles et assemblage d’au moins deux pièces ainsi obtenu L'invention a pour objet un procédé d’assemblage d’au moins deux pièces (24, 26) en matériau composite thermoplastique permettant d’obtenir une liaison par soudage (28) entre des surfaces de contact (F24, F26) des première et deuxième pièces (24, 26) consolidées, au moins une des pièces (24, 26) comprenant un empilement de plis (34) de fibres unidirectionnelles et, au niveau de la surface de contact (F24, F26), au moins un pli (36) de fibres tissées orientées selon au moins deux directions. Figure 3

Description

Procédé d’assemblage d’au moins deux pièces en matériau composite thermoplastique comportant des fibres unidirectionnelles et assemblage d’au moins deux pièces ainsi obtenu
La présente demande se rapporte à un procédé d’assemblage d’au moins deux pièces en matériau composite thermoplastique comportant des fibres unidirectionnelles ainsi qu’à un assemblage d’au moins deux pièces ainsi obtenu.
Selon un mode de réalisation connu visible sur la figure 1, deux pièces 10, 12 en matériau composite thermoplastique sont assemblées par une liaison par soudage 14 pour obtenir un assemblage 16.
Les pièces 10, 12 comprennent des fibres, en carbone par exemple, noyées dans une résine thermoplastique. Elles sont obtenues en empilant des nappes de fibres tissées. Ainsi, les fibres sont orientées selon plusieurs directions et entrelacées.
Les pièces 10, 12 consolidées sont reliées entre elles par une opération de soudage qui consiste à plaquer l’une contre l’autre des surfaces de contact F10, F12 des pièces 10 et 12 et à générer une augmentation de température 18 au niveau des surfaces de contact F10, F12 tout en exerçant une pression 20.
L’augmentation de température peut être obtenue par soudage par induction ou grâce à des ultrasons par exemple.
Dans le cas d’un empilement de fibres tissées pour chacune des pièces 10, 12, cette technique d’assemblage peut être mise en œuvre aisément et permet d’obtenir de bonnes propriétés mécaniques.
Certaines pièces en matériau composite thermoplastique comprennent des fibres unidirectionnelles, orientées selon une seule direction, pour améliorer et orienter la résistance mécanique selon la direction des fibres et également induire une réduction de masse.
Ces pièces comprenant des fibres unidirectionnelles peuvent difficilement être assemblées par soudage. En effet, dans le cas de fibres unidirectionnelles, la chaleur se propage préférentiellement selon la direction des fibres mais se propage plus difficilement en profondeur. Par conséquent, la qualité de soudage n’est pas optimale.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé d’assemblage d’au moins deux première et deuxième pièces en matériau composite thermoplastique, au moins une des première et deuxième pièces comprenant un empilement de plis de fibres unidirectionnelles, le procédé d’assemblage comportant une étape de soudage pour obtenir une liaison par soudage entre des surfaces de contact des première et deuxième pièces consolidées, caractérisé en ce qu’au moins une des première et deuxième pièces comprend, au niveau de la surface de contact, au moins un pli de fibres tissées orientées selon au moins deux directions.
Le fait de prévoir au moins un pli de fibres tissées orientées selon au moins deux directions au niveau d’au moins une surface de contact favorise la diffusion de la chaleur en profondeur, ce qui permet de pouvoir utiliser une technique de soudage pour assembler les deux pièces et d’obtenir une qualité de soudage optimale.
Selon un mode de réalisation, chacune des première et deuxième pièces comprend un empilement de plis de fibres unidirectionnelles et, au niveau de la surface de contact, au moins un pli de fibres tissées orientées selon au moins deux directions.
Selon un autre mode de réalisation, chacune des première et deuxième pièces comprend un empilement de plis de fibres unidirectionnelles et une seule des première et deuxième pièces comprend, au niveau de sa surface de contact, au moins un pli de fibres tissées orientées selon au moins deux directions.
Selon un autre mode de réalisation, la première pièce comprend un empilement de plis de fibres unidirectionnelles et, au niveau de sa surface de contact, au moins un pli de fibres tissées orientées selon au moins deux directions. En complément, la deuxième pièce comprend un empilement de plis de fibres tissées orientées selon au moins deux directions.
Selon une autre caractéristique, pour chacune des première et deuxième pièces comprenant un empilement de plis de fibres unidirectionnelles, le pli de fibres tissées orientées selon au moins deux directions est mis en place avant que la première et/ou deuxième pièce soit consolidée.
Selon une autre caractéristique, la première et/ou deuxième pièce comprend un empilement d’un nombre total de plis de fibres et un nombre de plis de fibres tissées orientées selon au moins deux directions au niveau de la surface de contact inférieur ou égal à 10% du nombre total de plis de fibres.
Selon une autre caractéristique, une couche de résine est intercalée entre les première et deuxième pièces lors du soudage.
L’invention a également pour objet un assemblage d’au moins deux pièces en matériau composite thermoplastique obtenu à partir du procédé d’assemblage selon l’une des caractéristiques précédentes.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels :
est un schéma montrant les étapes d’un procédé d’assemblage par soudage de deux pièces en matériau composite thermoplastique comprenant des fibres tissées orientées selon plusieurs directions qui illustre l’art antérieur,
est une coupe de deux pièces en matériau composite comportant des fibres unidirectionnelles qui illustre un premier mode de réalisation de l’invention,
est une coupe des deux pièces visibles sur la figure 2 lors d’une opération de soudage qui illustre le premier mode de réalisation de l’invention,
est une coupe d’un assemblage des deux pièces visibles sur la figure 2 qui illustre le premier mode de réalisation de l’invention,
est une coupe de deux pièces en matériau composite dont une comporte des fibres unidirectionnelles qui illustre un deuxième mode de réalisation de l’invention,
est une coupe des deux pièces visibles sur la figure 5 lors d’une opération de soudage qui illustre le deuxième mode de réalisation de l’invention,
est une coupe d’un assemblage des deux pièces visibles sur la figure 5 qui illustre le deuxième mode de réalisation de l’invention,
est une coupe de deux pièces en matériau composite comportant des fibres unidirectionnelles et d’une couche de résine qui illustre un troisième mode de réalisation de l’invention,
est une coupe des deux pièces visibles sur la figure 8 lors d’une opération de soudage qui illustre le troisième mode de réalisation de l’invention,
est une coupe d’un assemblage des deux pièces visibles sur la figure 8 qui illustre le troisième mode de réalisation de l’invention.
Sur les figures 4, 7 et 10, on a représenté un assemblage 22 d’au moins deux première et deuxième pièces 24, 26 reliées par une liaison par soudage 28.
Les première et deuxième pièces 24, 26 comprennent des surfaces de contact F24, F26 plaquées l’une contre l’autre au niveau de la liaison par soudage 28. Selon une configuration les surfaces de contact F24, F26 sont sensiblement planes.
Le procédé d’assemblage comprend une étape de soudage pour obtenir la liaison par soudage 28 reliant les surfaces de contact F24, F26 des première et deuxième pièces 24, 26 consolidées. Comme illustré sur les figures 3 et 6, la liaison par soudage 28 est obtenue en plaquant les surfaces de contact F24, F26 l’une contre l’autre et en générant une augmentation de température 30 au niveau des surfaces de contact F24, F26 tout en exerçant une pression 32. L’augmentation de température peut être obtenue par induction ou grâce à des ultrasons par exemple. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ces solutions pour obtenir la liaison par soudage 28.
Les première et deuxième pièces 24, 26 sont en matériau composite thermoplastique. Ainsi, les première et deuxième pièces 24, 26 comprennent des fibres noyées dans une résine thermoplastique. Selon un mode de réalisation, les fibres sont en carbone. La résine peut être de type PAEK (PEEK, PEKK, …), PEI, PPS ou autres. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation pour les fibres et la résine.
Chacune des première et deuxième pièces 24, 26 est obtenue en empilant des plis de fibres pour former une préforme puis en la consolidant.
Au moins une des première et deuxième pièces 24, 26 comprend un empilement de plis 34 de fibres unidirectionnelles pré-imprégnées, les fibres de chacun des plis étant orientées selon une direction. Cette configuration permet d’accroître la résistance mécanique selon la direction des fibres.
Selon un premier mode de réalisation visible sur la figure 2, chacune des première et deuxième pièces 24, 26 comprend un empilement de plis 34 de fibres unidirectionnelles pré-imprégnées.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins une des première et deuxième pièces 24, 26 de fibres unidirectionnelles comprend au niveau de la surface de contact F24, F26 au moins un pli 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions, les fibres tissées du pli 36 étant pré-imprégnées. Selon un mode opératoire, ce pli 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions est mis en place avant la consolidation de chaque pièce 24, 26 pour obtenir une cohésion maximale entre les plis 34 de fibres unidirectionnelles et la (ou les) pli(s) 36 de fibres tissées.
Selon un premier mode de réalisation visible sur la figure 2, chacune des première et deuxième pièces 24, 26 de fibres unidirectionnelles comprend au niveau de la surface de contact F24, F26 au moins un pli 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions.
En variante, seule une des première et deuxième pièces 24, 26 de fibres unidirectionnelles comprend au niveau de sa surface de contact F24, F26 au moins un pli 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions.
Selon un deuxième mode de réalisation visible sur la figure 5, la première pièce 24 comprend un empilement de plis 34 de fibres unidirectionnelles pré-imprégnées et la deuxième pièce 26 comprend un empilement de plis 35 de fibres tissées, pré-imprégnées ou non, orientées selon au moins deux directions.
Selon une caractéristique de l’invention, la première pièce 24 de fibres unidirectionnelles comprend au niveau de sa surface de contact F24 au moins un pli 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions, les fibres tissées du pli 36 étant pré-imprégnées. Selon un mode opératoire, ce pli 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions est mis en place avant la consolidation de la pièce 24 pour obtenir une cohésion maximale entre les plis 34 de fibres unidirectionnelles et la (ou les) pli(s) 36 de fibres tissées.
La deuxième pièce 26 de fibres tissées peut comprendre au niveau de sa surface de contact F26 au moins un pli 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions, les fibres tissées du pli 36 étant pré-imprégnées. Selon un mode opératoire, ce pli 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions est mis en place avant la consolidation de la pièce 26.
Les résines des plis 34 de fibres unidirectionnelles et du ou des pli(s) 36 de fibres tissées peuvent être identiques ou différentes mais compatibles.
Selon un troisième mode de réalisation visible sur les figures 8 à 10, une couche de résine 38 est intercalée entre les première et deuxième pièces 24, 26 lors du soudage par induction. La résine de la couche de résine 38 est compatible avec celles des première et deuxième pièces 24, 26 et peut être de type PAEK (PEEK, PEKK, …), PEI, PPS ou autres.
Cette couche de résine 38 peut se présenter sous la forme d’un film, d’un grillage, d’un film perforé ou de fils, ces trois dernières formes permettant d’alléger l’assemblage.
Cette couche de résine 38 amène un surplus de résine qui favorise une meilleure qualité de soudage.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à un unique pli 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions au niveau de la surface de contact F24, F26. Il est possible d’en prévoir plusieurs. Lorsque la pièce 24, 26 comprend un empilement d’un nombre total de plis de fibres unidirectionnelles et tissées orientées selon au moins deux directions 34, 36, le nombre de plis 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions au niveau de la surface de contact F24, F26 est inférieur ou égal à 10% du nombre total de plis formant la première et/ou deuxième pièce 24, 26.
Le fait de prévoir au moins un pli 36 de fibres tissées orientées selon au moins deux directions au niveau d’au moins une surface de contact F24, F26 permet de pouvoir utiliser une technique de soudage classique (soudage par induction, par ultrason ou soudage résistif) pour assembler deux pièces 24, 26 dont au moins une comprend majoritairement des plis de fibres unidirectionnelles.

Claims (8)

  1. Procédé d’assemblage d’au moins deux première et deuxième pièces (24, 26) en matériau composite thermoplastique, au moins une des première et deuxième pièces (24, 26) comprenant un empilement de plis (34) de fibres unidirectionnelles, le procédé d’assemblage comportant une étape de soudage pour obtenir une liaison par soudage (28) entre des surfaces de contact (F24, F26) des première et deuxième pièces (24, 26) consolidées, caractérisé en ce qu’au moins une des première et deuxième pièces (24, 26) comprend, au niveau de la surface de contact (F24, F26), au moins un pli (36) de fibres tissées orientées selon au moins deux directions.
  2. Procédé d’assemblage par soudage d’au moins deux pièces (24, 26) en matériau composite thermoplastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des première et deuxième pièces (24, 26) comprend un empilement de plis (34) de fibres unidirectionnelles et, au niveau de la surface de contact (F24, F26), au moins un pli (36) de fibres tissées orientées selon au moins deux directions.
  3. Procédé d’assemblage par soudage d’au moins deux pièces (24, 26) en matériau composite thermoplastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des première et deuxième pièces (24, 26) comprend un empilement de plis (34) de fibres unidirectionnelles et une seule des première et deuxième pièces (24, 26) comprend, au niveau de sa surface de contact (F24, F26), au moins un pli (36) de fibres tissées orientées selon au moins deux directions.
  4. Procédé d’assemblage par soudage d’au moins deux pièces (24, 26) en matériau composite thermoplastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première pièce (24) comprend un empilement de plis (34) de fibres unidirectionnelles et, au niveau de sa surface de contact (F24), au moins un pli (36) de fibres tissées orientées selon au moins deux directions et en ce que la deuxième pièce (36) comprend un empilement de plis (35) de fibres tissées orientées selon au moins deux directions.
  5. Procédé d’assemblage par soudage d’au moins deux pièces (24, 26) en matériau composite thermoplastique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chacune des première et deuxième pièces (24, 26) comprenant un empilement de plis (34) de fibres unidirectionnelles, le pli (36) de fibres tissées orientées selon au moins deux directions est mis en place avant que la première et/ou deuxième pièce (24, 26) soit consolidée.
  6. Procédé d’assemblage par soudage d’au moins deux pièces (24, 26) en matériau composite thermoplastique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première et/ou deuxième pièce (24, 26) comprend un empilement d’un nombre total de plis (34, 36) de fibres et un nombre de plis (36) de fibres tissées orientées selon au moins deux directions au niveau de la surface de contact (F24, F26) inférieur ou égal à 10% du nombre total de plis (34, 36) de fibres.
  7. Procédé d’assemblage par soudage d’au moins deux pièces (24, 26) en matériau composite thermoplastique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une couche de résine (38) est intercalée entre les première et deuxième pièces (24, 26) lors du soudage.
  8. Assemblage d’au moins deux pièces (24, 26) en matériau composite thermoplastique obtenu à partir du procédé d’assemblage selon l’une des revendications précédentes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1990008027A1 (fr) * 1989-01-10 1990-07-26 Courtaulds Plc Assemblage de materiaux composites
US20130119191A1 (en) * 2011-11-10 2013-05-16 General Electric Company Load-bearing structures for aircraft engines and processes therefor

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