WO2008139077A2 - Procede de fabrication par moulage d'une piece composite thermoplastique - Google Patents

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Definitions

  • thermoplastic composite part
  • the present invention relates to a method of manufacturing by molding a thermoplastic composite part.
  • the present invention is intended to enable the manufacture of composite parts of complex shapes, and having parts or zones to meet different constraints.
  • thermoplastic composite part Processes for molding a thermoplastic composite part are already known for forming a composite material consisting of fibers embedded in a thermoplastic matrix.
  • the fibers may be of different types, for example glass, carbon or aramid, while the matrix is for example epoxide or phenolic or other type.
  • the known processes are, for example, those described in documents EP 0 916 477 and EP 1 382 436.
  • the first concerns a process for molding a composite material part from a nonwoven web of fibers embedded in a thermosetting matrix. or thermoplastic, wherein said web is previously molded, cut into a plurality of rectangular elements which are then arranged three-dimensionally.
  • the three-dimensional arrangement makes it possible to obtain a preferred orientation of the fibers, which have a length between
  • the second relates to a method of molding a composite material part, consisting of placing in a mold a stack of plies taken from a sheet of fibers embedded in a thermosetting or thermoplastic matrix, and arranged in preferential directions of said fibers, then to subjecting said mold to particular conditions of pressure and temperature.
  • This method makes it possible to obtain composite parts of high strength and homogeneity, with good control of the fiber orientations in the case of parts of simple geometry, but in the case of complex geometry, this method does not allow not to completely guarantee the fiber orientations predefined initially to the design activity of parts to be molded, these orientations being directly related to the size of these parts able to withstand multiple constraints.
  • EP 0 255 315 is a process for producing laminated sheets made of reinforced thermoplastic material, which layers whose elasticity and / or degree of reinforcement properties are different, and intended to be used in an operation of molding. Such a method does not solve the problem of manufacturing complex parts.
  • Document EP 1 151 850 also discloses a process for manufacturing reinforced composite material parts. This method proposes to manufacture a part by assembling preformed laminated sheets, then to assemble these preformed plates. and bonded by a heating operation under pressure to achieve a joint adent. In addition to the fact that it is reserved for the treatment of semi-rigid thermosetting resin materials, this method does not solve the problem of the manufacture of parts of complex shapes, that is to say others that come from the assembly of deformed plates, and having parts or zones to meet different constraints.
  • the object of the present invention is to provide a method of manufacturing by molding a thermoplastic composite part making it possible to remedy the various aforementioned drawbacks.
  • the method according to the invention thus makes it possible to obtain a composite part coming from the assembly of several parts each pre-consolidated by a molding operation.
  • the implantation of the pre-consolidated parts makes it possible to obtain optimized control of the positions and orientations of the reinforcing fibers.
  • the nature and the dimensions of the fibers used, as well as their proportion in the composite material, in a part of a part are chosen according to the needs to which said part must respond, namely, for example, the need for resistance to abrasion, impact, need for rigidity, or electrical or thermal conductivity.
  • the method it is possible, among others, to choose to mold one or other of the parts of the composite part to be produced, a composite material consisting of electrically conductive fibers and / or thermally conductive fibers.
  • the particular conditions of pressure consist of high pressure conditions.
  • the high pressure consists of a pressure of between 50 and 200 bar.
  • the particular temperature conditions consist of a heating temperature of between 125 and 135 ° C.
  • FIG. 1 represents a schematic view illustrating a phase of manufacture of a composite part through the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic view illustrating another phase of manufacture of the same piece.
  • FIG. 1 there can be seen three elements 1, 2 and 3 of composite material, each manufactured by a molding method of placing in a mold a composite material consisting of fibers embedded in a thermoplastic matrix, while arranging said material so that the fibers it comprises are oriented in one or more preferred directions, and then subjecting said mold to particular conditions of pressure and temperature.
  • Each of the elements is manufactured and consolidated, and has certain specificities because of the nature and dimensions of the fibers contained in the composite material used, but also according to the orientation given to the fibers during the introduction of the composite material into the mold. .
  • the three elements 1, 2 and 3 are assembled in order to be introduced into a mold and then to subject the latter to particular conditions of pressure and temperature, so that finally, after consolidation, a piece P whose parts have different specificities.
  • thermoplastic matrices used are completely recyclable and can be consolidated several times, which is not possible for example with thermosetting resins.
  • the process is carried out with dry materials which favor the optimal placement of the fibers in a structure.
  • dry materials which favor the optimal placement of the fibers in a structure. These materials can be preformed and pre-welded in given sectors for a good maintenance of the geometry, and then consolidated or reconsolidated to the good shape.

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Abstract

Procédé de fabrication par moulage d'une pièce composite thermoplastique qui consiste à : -réaliser plusieurs parties (1,2,3) de la pièce composite, au, travers d'un procédé de moulage consistant à mettre en place dans un moule un matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique, tout en arrangeant ledit matériau en sorte que les fibres qu'il comporte soient orientées selon une ou plusieurs directions préférentielles, puis à soumettre ledit moule à des conditions particulières de pression et de température, sachant que pour chacune des différentes parties les fibres sont susceptibles d'être de natures et de dimensions différentes, et orientées différemment, tandis que la matrice thermoplastique et celle du matériau utilisé pour fabriquer la première partie sont identiques ou compatibles, - puis assembler les différentes parties (1,2,3) obtenues, les introduire dans un moule, puis à soumettre ce dernier à des conditions particulières de pression et de température.

Description

Procédé de fabrication par moulage d'une pièce composite thermoplastique
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication par moulage d'une pièce composite thermoplastique.
La présente invention a notamment pour but de permettre la fabrication de pièces composites de formes complexes , et présentant des parties ou zones devant répondre à des contraintes différentes .
On connait déjà des procédés de moulage d'une pièce composite thermoplastique, destinés à mettre en forme un matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique. Les fibres peuvent être de différentes natures, par exemple du verre, du carbone ou de l'aramide, tandis que la matrice est par exemple du type époxyde ou phénolique ou autre.
Les procédés connus sont par exemple ceux décrits dans les documents EP 0 916 477 et EP 1 382 436. Le premier concerne un procédé de moulage d'une pièce en matériau composite à partir d'une nappe non tissée de fibres noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, où ladite nappe est préalablement au moulage, découpée en une multiplicité d'éléments rectangulaires qui sont ensuite arrangés tridimensionnellement .
L'arrangement tridimensionnel permet d'obtenir une orientation préférée des fibres , qui présentent une longueur comprise entre
50 et 100 mm, dans une zone définie de la pièce obtenue, en sorte de favoriser la résistance de cette zone destinée à être soumise à un effort particulier, résistance limitée du fait d'une utilisation de fibres discontinues. L'inconvénient d'un tel procédé réside en ce que la mise en œuvre de l'arrangement tridimensionnel demeure une opération délicate et coûteuse en temps de mise en oeuvre, et qu'il est difficile d'obtenir une pièce composite comprenant plusieurs zones susceptibles d'être soumises à des efforts de directions différentes, et d'avoir un bon contrôle des orientations de fibres prédéfinies initialement à la conception et au dimensionnement des pièces à réaliser.
Le second concerne un procédé de moulage d' une pièce en matériau composite, consistant à placer dans un moule un empilement de plis prélevés dans une nappe de fibres noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, et arrangés selon des directions préférentielles desdites fibres , puis à soumettre ledit moule à des conditions particulières de pression et de température .
Ce procédé permet d'obtenir des pièces composites d'une grande résistance et d'une grande homogénéité, avec un bon contrôle des orientations de fibres dans le cas de pièces de géométrie simple, mais dans le cas de géométrie complexe, ce procédé ne permet pas de garantir totalement les orientations de fibres prédéfinies initialement à l ' activité de conception de pièces à mouler, ces orientations étant directement liées au dimensionnent de ces pièces aptes à résister à de multiples contraintes .
On connait également par le document EP 0 255 315 un procédé de fabrication de feuilles laminées en matière thermoplastique renforcée, qui des couches dont les propriétés d'élasticité et/ou de degré de renforcement sont différentes , et destinées à être utilisées dans une opération de moulage . Un tel procédé ne permet pas de résoudre le problème de la fabrication de pièces complexes .
On connait également par le document EP 1 151 850, un procédé de fabrication de pièces en matière composite renforcée . Ce procédé propose de fabriquer une pièce par assemblage de plaques stratifiées préformées, puis d'assembler ces plaques préformées et de les liées par une opération de chauffage sous pression pour réaliser un joint adent. Outre le fait qu'il est réservé au traitement des matériaux semi-rigides à résine thermodurcissable, ce procédé ne permet pas de résoudre le problème de la fabrication de pièces de formes complexes, c'est- à-dire autres que venant de l'assemblage de plaques déformées, et présentant des parties ou zones devant répondre à des contraintes différentes .
La présente invention a pour but de proposer un procédé de fabrication par moulage d'une pièce composite thermoplastique permettant de remédier aux divers inconvénients précités .
Le procédé de fabrication par moulage d'une pièce composite thermoplastique selon l'invention ce caractérise en ce qu'il consiste à :
- réaliser une partie de ladite pièce composite, au travers d'un procédé de moulage consistant à mettre en place dans un moule un matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique, tout en arrangeant ledit matériau en sorte que les fibres qu ' il comporte soient orientées selon une ou plusieurs directions préférentielles , puis à soumettre ledit moule à des conditions particulières de pression et de température ,
réaliser au moins une seconde partie de ladite pièce composite, au travers d'un procédé de moulage consistant à mettre en place dans un moule soit un matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique, tout en arrangeant ledit matériau en sorte que les fibres qu ' il comporte soient orientées selon une ou plusieurs directions préférentielles, soit un matériau constitué de ladite matrice thermoplastique, puis à soumettre ledit moule à des conditions particulières de pression et de température, sachant que pour chacune des différentes parties les fibres , quand elle en contient, sont susceptibles d'être de natures et de dimensions différentes, et orientées différemment, ainsi que dans des proportion différentes , tandis que la matrice thermoplastique et celle du matériau utilisé pour fabriquer la première partie sont identiques ou compatibles ,
puis assembler les différentes parties obtenues , les introduire dans un moule, puis à soumettre ce dernier à des conditions particulières de pression et de température.
Le procédé selon l'invention permet ainsi d'obtenir une pièce composite venant de l'assemblage de plusieurs parties chacune pré-consolidée par une opération de moulage.
L'implantation des parties pré-consolidées permet d'obtenir un contrôle optimisé des positions et orientations des fibres de renfort .
Il est possible d'utiliser des fibres différentes pour chacune des parties, avec toutefois l'obligation d'utiliser une matrice thermoplastique identique ou compatible pour pouvoir réaliser les multiples consolidations .
La nature et les dimensions des fibres utilisées, ainsi que leur proportion dans le matériau composite, dans une partie d'une pièce sont choisies selon les besoins auxquels doit répondre ladite partie , à savoir par exemple , besoin de résistance à l'abrasion, à l'impact, besoin de rigidité, ou de conductibilité électrique ou thermique .
Ainsi, selon le procédé, on peut, entre autres, choisir pour mouler l'une ou l'autre des parties de la pièce composite à réaliser, un matériau composite constitué de fibres conductrices électriquement et/ou de fibres conductrices thermiquement . Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, les conditions particulières de pression consistent en des conditions de haute pression.
Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, la haute pression consiste en une pression comprise entre 50 et 200 bars.
Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, les conditions particulières de température consistent en une température de chauffage comprise entre 125 et 135 0C.
Les avantages et les caractéristiques du procédé selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif.
Dans le dessin annexé :
- la figure 1 représente une vue schématique illustrant une phase de fabrication d'un pièce composite au travers du procédé selon l'invention
- la figure 2 représente une vue schématique illustrant une autre phase de fabrication de la même pièce .
En référence à la figure 1 , on peut voir trois éléments 1 , 2 et 3 en matériau composite, chacun fabriqué selon un procédé de moulage consistant à mettre en place dans un moule un matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique, tout en arrangeant ledit matériau en sorte que les fibres qu ' il comporte soient orientées selon une ou plusieurs directions préférentielles, puis à soumettre ledit moule à des conditions particulières de pression et de température . Chacun des éléments est fabriqué et consolidé, et présente certaines spécificités du fait de la nature et des dimensions des fibres contenues dans le matériau composite utilisé, mais également selon l ' orientation donnée audites fibres lors de la mise en place du matériau composite dans le moule.
En référence maintenant à la figure 2 , on peut voir que les trois éléments 1, 2 et 3 sont assemblés en vue d'être introduits dans un moule puis à soumettre ce dernier à des conditions particulières de pression et de température, en sorte d'obtenir au final après consolidation, une pièce P dont des parties présentent des spécificités différentes .
De manière avantageuse, les matrices thermoplastiques utilisées sont complètement recyclables et permettant d'être consolidées à plusieurs reprises, ce qui n'est par exemple pas possible avec les résines thermodurcissables .
Egalement de manière avantageuse, le procédé est réalisé avec des matériaux secs qui favorisent la mise en place optimale des fibres dans une structure . Ces matériaux peuvent être préformés et pré-soudés dans des secteurs donnés pour un bon maintien de la géométrie, et ensuite consolidés ou reconsolidés à la bonne forme .

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé de fabrication par moulage d'une pièce composite thermoplastique caractérisé en ce qu'il consiste à :
- réaliser une partie de ladite pièce composite, au travers d'un procédé de moulage consistant à mettre en place dans un moule un matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique, tout en arrangeant ledit matériau en sorte que les fibres qu ' il comporte soient orientées selon une ou plusieurs directions préférentielles , puis à soumettre ledit moule à des conditions particulières de pression et de température ,
réaliser au moins une seconde partie de ladite pièce composite, au travers d'un procédé de moulage consistant à mettre en place dans un moule soit un matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique, tout en arrangeant ledit matériau en sorte que les fibres qu ' il comporte soient orientées selon une ou plusieurs directions préférentielles, soit un matériau constitué de ladite matrice thermoplastique, puis à soumettre ledit moule à des conditions particulières de pression et de température, sachant que pour chacune des différentes parties les fibres , quand elle en contient, sont susceptibles d'être de natures et de dimensions différentes, et orientées différemment, ainsi que dans des proportion différentes , tandis que la matrice thermoplastique et celle du matériau utilisé pour fabriquer la première partie sont identiques ou compatibles ,
puis assembler les différentes parties obtenues , les introduire dans un moule, puis à soumettre ce dernier à des conditions particulières de pression et de température. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisi , pour mouler l ' une ou l ' autre des parties de la pièce composite à réaliser, un matériau composite constitué de fibres conductrices électriquement.
3) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on choisi, pour mouler l'une ou l'autre des parties de la pièce composite à réaliser, un matériau composite constitué de fibres conductrices thermiquement.
4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que les conditions particulières de pression consistent en des conditions de haute pression.
5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la haute pression consiste en une pression comprise entre 50 et 200 bars .
6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que les conditions particulières de température consistent en une température de chauffage comprise entre 125 et 135 0C.
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