WO2014013167A1 - Procédé de fabrication d'une pièce composite en t par moulage par transfert de résine - Google Patents

Procédé de fabrication d'une pièce composite en t par moulage par transfert de résine Download PDF

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WO2014013167A1
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resin
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stacks
plane
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Didier LERETOUR
Sébastien LOUCHARD
Laurent Dubois
Claire DUPUIS
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Aircelle
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    • Y10T428/24182—Inward from edge of web or sheet

Definitions

  • the present patent application relates to the field of the fa b io n d e p e cies e n m ate ri a u x com posites, in particular for aeronautics.
  • pre-impregnated plies of resin can be used, or resin transfer methods can be used.
  • RTM Resin Transfer Molding
  • This technique consists in placing a preform constituted by a ply assembly inside an enclosed mold, in which resin is injected under pressure. This resin thus progresses through the folds, and gradually fills all the gaps available. Once this filling is completed, the temperature of the mold is raised so as to harden the resin.
  • T-pieces that is to say pieces comprising two sections 1, 2 substantially perpendicular to each other, as can be seen in FIGS. 1 and 2 below. attached.
  • Such parts can be used especially for the manufacture of beams.
  • a substantially plane stack A a substantially plane stack A
  • two stacks substantially L, B and C the latter two being joined so as to define the foot of the T.
  • This resin mass devoid of fibers, is a weak point of the part obtained in fine: it can indeed be at the origin of a delamination of the surrounding folds, and limits the resistance to tensile stresses tending to separate the stacks B and C of the stack A (arrow 5 in FIGS. 1 and 2).
  • the first solution is to pre-fill the junction area of the three stacks of a set of fibers held together: this solution, called “nail head" with respect to the shape of the cross section of said junction area , causes many difficulties in the context of an industrial process.
  • the added fibers can move during the resin injection, and finally occupy positions that are not optimal with respect to resistance to external forces.
  • the second solution is to sew between them the stacks A, B, C in their junction area, as can be seen in Figure 2 (stitches 7).
  • This solution has the disadvantage of being able to be implemented only before introduction of the preform constituted by the stacks A, B, C on the RTM mold, the latter comprising in particular two metal cores preventing passage of the needles. sewing at the appropriate places.
  • this seaming solution in practice makes it possible to increase only slightly the resistance to tensile stresses tending to separate the stacks B and C from the stack A.
  • the present invention is thus particularly intended to provide a method of manufacturing a composite T-piece by resin transfer molding, that it is easily industrial isable and has a resistance improved vis-à-vis efforts to separate the two sides of the T from each other.
  • This object of the invention is achieved with a method of manufacturing a T composite part by resin transfer molding, comprising the steps of:
  • the orientation of the fibers forming the loops perpendicularly to the fold plane stack, and the passage of these fibers in the parts of the L-shaped stack of folds which are substantially perpendicular to the fold plane stack is that is, in fact in the foot of the T, offers a particularly remarkable resistance with respect to the efforts that tend to pull the L-shaped stacks of the plane stack.
  • said flat stack and said L-shaped stacks are assembled prior to the introduction of the preform between the two cores of the molding tool;
  • said L-shaped stacks are assembled, introduced between the two cores of the molding tool, and covered with said plane stack;
  • first and a second group of loops are formed, the length and inclination of said first group of loops with respect to the direction perpendicular to said plane stack being greater than those of said second group of loops.
  • the present invention also relates to a composite part obtained from the aforementioned method.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a composite part of the prior art, as described in the preamble of the present description,
  • FIG. 2 is a perspective view of this same piece
  • FIG. 3 is a sectional view of a composite part during manufacture with the process of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of this part once manufactured.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of another part manufactured with the method according to the invention.
  • identical or similar references denote identical or similar members or sets of members.
  • the parts of the stack of folds L, B and C which are substantially perpendicular to the stack of folds A, are placed between the two metal cores M1 and M2 of the molding apparatus M.
  • fold plane stack A can be assembled to the two stack of L, B and C folds prior to the introduction of the preform thus formed between the two cores M1 and M2.
  • these fibers are brought inside the plane stack of folds A from the free face 11 of the latter, the fiber is penetrated inside the respective part 81, 82 of each stack of folds L, B and C, the loop b is made inside this part, then the fiber is removed by the free face 1 1 of the stacking fold plane A, near the entry point of this fiber in this stack.
  • the general direction of the fiber, outside the loop B, is substantially perpendicular to the plane stack A, as can be seen in FIG. This operation is repeated as many times as necessary, so as to obtain a plurality of fibers each defining loops b1, b2, b3 formed inside the portions 81 and 82 of the L, B and C stacks. fibers having a general direction substantially perpendicular to the plane stack A.
  • This resin will in particular be positioned around the fibers forming the loops b1, b2, b3.
  • the molding tool M is subjected to a rise in temperature, allowing the rapid polymerization of this resin.
  • the fibers forming the loops b1, b2, b3 make it possible to achieve a very strong reinforcement of the junction zone of the three stackings of folds A, B, C.
  • these fibers make it possible to obtain excellent tearing resistance of the L, B and C folds with respect to the stack of A folds.
  • these loops can be made with carbon wire, and be spaced at a pitch of 3 mm from each other, penetrating to about fifty millimeters inside the parts 81 and 82 of the Stacking of folds in L, B and C.
  • the folds forming the stacks A, B and C may be formed of satin carbon.
  • the stack A may comprise for example 20 plies, and the stacks B and C 5 folds each.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which the junction between the stackings of folds A, B, C is further reinforced compared with the embodiment of FIG. 4.
  • a first group of loops b1, b2, b3 and a second group of loops b4, b5 are provided, the length 11 and the inclination a1 of the first group of loops b1, b2, b3 relative to one another. at the perpendicular direction P to the plane stack A being greater than those 12, a2 of the second group of loops b4, b5.

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Abstract

Ce procédé de fabrication d'une pièce composite en T par moulage par transfert de résine, comprend les étapes consistant à : • - constituer une préforme avec un empilement sensiblement plan (A) de plis et avec deux empilements en L (B, C) de plis, • - placer ladite préforme de sorte que lesdits empilements en L (B, C) se retrouvent entre deux noyaux (M1, M2) d'un outil de moulage (M) par transfert de résine, • - faire entrer et ressortir des fibres à travers ledit empilement plan (A) selon une direction perpendiculaire ou quasi-perpendiculaire à cet empilement (A) et de manière à former des boucles (b) à l'intérieur des parties (81, 82) desdits empilements en L (B, C) qui sont sensiblement perpendiculaires audit empilement plan, • - fermer l'outil de moulage (M), • - injecter de la résine dans l'outil de moulage (M), et à • - chauffer l'outil de moulage (M) de manière à durcir la résine.

Description

Procédé de fabrication d'une pièce composite en T par moulage par transfert de résine
La présente demande de brevet se rapporte au domaine de la fa b ri cat io n d e p i èces e n m até ri a u x com posites, notamment pour l'aéronautique.
Comme cela est connu en soi, on peut réaliser des pièces en matériaux composites à partir de tissus (fréquemment appelés « plis ») de fibres notamment de carbone ou verre, que l'on imprègne de résine (polyimide par exemple) que l'on polymérise ensuite par élévation de température dans des autoclaves.
On obtient de la sorte des pièces pouvant présenter pratiquement n'importe quelle géométrie, ainsi qu'un excellent compromis résistance / poids.
Différentes techniques d'imprégnation de résine existent : on peut utiliser des plis pré-imprégnés de résine, ou bien utiliser des procédés de transfert de résine.
De tels procédés, couramment utilisés pour la fabrication de pièces dans l'aéronautique, sont désignés de manière générique par RTM (« Resin Transfer Moulding »).
Cette technique consiste à placer une préforme constituée par un assemblage de plis à l'intérieur d'un moule clos, dans lequel on injecte de la résine sous pression. Cette résine progresse ainsi à travers les plis, et remplit progressivement tous les interstices disponibles. Une fois ce remplissage terminé, on élève la température du moule, de manière à faire durcir la résine.
Cette technique est util isée notamment pour la fabrication de pièces en T, c'est-à-dire de pièces comprenant deux pans 1 , 2 sensiblement perpendiculaires l'un à l'autre, comme cela est visible aux figures 1 et 2 ci- annexées.
De tel les pièces peuvent être util isées notamment pour la fabrication de poutres.
Plus précisément, pour fabriquer une telle pièce, on utilise trois em pilements de pl is : un empilement sensiblement plan A, et deux empilements sensiblement en L, B et C, ces deux derniers étant jointifs de manière à définir le pied du T.
Lorsque l'on imprègne de résine la préforme constituée par les empilements A, B et C, on constate couramment la formation d'un amas de résine 3 dans la zone de jonction de ces trois empilements.
Cet amas de résine, dépourvu de fibres, est un point faible de la pièce obtenue in fine : il peut en effet être à l'origine d'un délaminage des plis environnants, et limite la résistance aux efforts de traction tendant à séparer les empilements B et C de l'empilement A (flèche 5 sur les figures 1 et 2).
Pour reméd ier à ces inconvén ients, on utilise à ce jour deux solutions.
La première solution consiste à pré-remplir la zone de jonction des trois empilements d'un ensemble de fibres maintenues entre elles : cette solution, dite « de la tête d e clou » eu égard à l a forme de la section transversale de ladite zone de jonction, occasionne de nombreuses difficultés dans le cadre d'un processus industriel. A titre d'exemple, les fibres ajoutées peuvent se déplacer lors de l'injection de résine, et occuper finalement des positions qui ne sont pas optimales vis-à-vis d e l a résistance aux efforts extérieurs.
La deuxième solution consiste à coudre entre eux les empilements A, B, C dans leur zone de jonction, comme cela est visible sur la figure 2 (points de couture 7). Cette solution présente l'inconvénient de ne pouvoir être mise en œuvre qu'avant mise en place de la préforme constituée par les empilements A, B, C sur le moule de RTM, ce dernier comprenant notamment deux noyaux métalliques empêchant de passage des aiguilles de couture aux endroits appropriés. De plus, cette solution de couture ne permet en pratique d'augmenter qu'assez faiblement la résistance aux efforts de traction tendant à séparer les empilements B et C de l'empilement A.
La présente invention a ainsi notamment pour but de fournir un procédé de fabrication d'une pièce composite en T par moulage par transfert de résine, qu i soit aisément industrial isable et présente une résistance améliorée vis-à-vis des efforts tendant à séparer les deux pans du T l'un de l'autre.
On atteint ce but de l'invention avec un procédé de fabrication d'une pièce composite en T par moulage par transfert de résine, comprenant les étapes consistant à :
- constituer une préforme avec un empilement sensiblement plan de plis et avec deux empilements en L de plis,
- placer ladite préforme de sorte que lesdits empilements en L se retrouvent entre deux noyaux d'un outil de moulage par transfert de résine,
- faire entrer et ressortir des fibres à travers ledit empilement plan selon une direction perpendiculaire ou quasi-perpendiculaire à cet empilement et de manière à former des boucles à l'intérieur des parties desdits empilements e n L qui sont sensiblement perpendiculaires audit empilement plan,
- fermer l'outil de moulage,
- injecter de la résine dans l'outil de moulage, et à
- chauffer l'outil de moulage de manière à durcir la résine.
Grâce à ce procédé dans lequel les fibres entrent et sortent sur la même face de l'empilement plan de plis, on peut donc réaliser la consolidation de la zone de jonction des différents empilements de la préforme une fois que celle-ci a été placée entre les noyaux de l'outil de moulage, ce q u i est beaucoup plus simple à mettre en œuvre dans le cadre d'un processus industriel : les déplacements de la machine à coudre réalisant les boucles de fibres peuvent en effet se limiter à des déplacements linéaires.
De plus, l'orientation des fibres formant les boucles perpendiculairement à l'empilement plan de plis, et le passage de ces fibres dans les parties des empilements de plis en L qui sont sensiblement perpendiculaires à l'empilement plan de plis, c'est-à-dire en fait dans le pied du T, offre une résistance particulièrement remarquable vis-à-vis des efforts qui tendent à arracher les empilements en L de l'empilement plan. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles du procédé selon l'invention :
- on assemble ledit empilement plan et lesdits empilements en L préalablement à l'introduction de la préforme entre les deux noyaux de l'outil de moulage ;
- on assemble lesdits empilements en L, on les introduit entre les deux noyaux de l'outil de moulage, et on les recouvre dudit empilement plan ;
- on positionne chacun desdits empilements en L et ledit empilement plan les uns après les autres dans l'outil de moulage ;
- on forme des boucles de différentes longueurs ;
- on forme des boucles légèrement inclinées par rapport à la direction perpendiculaire audit empilement plan ;
- on forme un premier et un deuxième groupe de boucles, la longueur et l'inclinaison dudit premier groupe de boucles par rapport à la direction perpendiculaire audit empilement plan étant supérieures à celles dudit deuxième groupe de boucles.
La présente invention se rapporte également à une pièce en composite obtenue à partir du procédé susmentionné.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une pièce en composite de la technique antérieure, telle que décrite dans le préambule de la présente description,
- la figure 2 est une vue en perspective de cette même pièce,
- la figure 3 est une vue en coupe d'une pièce en composite en cours de fabrication avec le procédé de la présente invention,
- la figure 4 est une vue en coupe transversale de cette pièce une fois fabriquée, et
- la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une autre pièce fabriquée avec le procédé selon l'invention. Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensemble d'organes identiques ou analogues.
On se reporte à présent à la figure 3, sur laquelle on peut voir que l'on a positionné la préforme définie par l'empilement plan de plis A et par les deux empilements de plis en L, B et C, sur un outil de moulage M.
Plus précisément, on place les parties des empilements de plis en L, B et C, qui sont sensiblement perpendiculaires à l'empilement plan de plis A, entre les deux noyaux métalliques M1 et M2 de l'appareil de moulage M.
A noter que l'empilement plan de plis A peut être assemblé aux deux empilements de plis en L, B et C préalablement à l'introduction de la préforme ainsi formée entre les deux noyaux M1 et M2.
Selon une autre possibilité, on peut commencer par assembler les deux empilements de pl is en L, B et C, puis les introduire entre les deux noyaux M1 et M2, puis enfin les recouvrir de l'empilement plan de plis A.
Selon encore une autre possibilité, on peut positionner chacun des empilement de plis en L, B et C et l'empilement plan de plis A les uns après les autres, dans l'outil de moulage M.
Quelle que soit la séquence d'assemblage retenue, on arrive donc à la configuration représentée à la figure 3, à partir de laquelle on réalise des boucles de fibres b à l'intérieur des parties 81 et 82 des empilements de plis en L, B et C qui sont sensiblement perpendiculaires à l'empilement plan de plis A.
Plus précisément, au moyen d'une machine à coudre automatique comportant une aiguille 9, on fait rentrer ces fibres à l'intérieur de l'empilement plan de plis A depuis la face libre 1 1 de celui-ci, on fait pénétrer la fibre à l'intérieur de la partie respective 81 , 82 de chaque empilement de plis en L, B et C, on réalise la boucle b à l'intérieur de cette partie, puis on retire la fibre par la face libre 1 1 de l'empilement plan de plis A, au voisinage du point d'entrée de cette fibre dans cet empilement.
La direction générale de la fibre, en dehors de la boucle B, est sensiblement perpendiculaire à l'empilement plan A, comme cela est visible sur la figure 3. On reproduit cette opération autant de fois qu'il est nécessaire, de manière à obtenir une pluralité de fibres définissant chacune des boucles b1 , b2, b3 formées à l'intérieur des parties 81 et 82 des empilements en L, B et C, ces fibres ayant une d irection générale sensiblement perpendiculaire à l'empilement plan A.
Ce procédé de réalisation de boucles, permettant à une machine de travailler su r u ne seule face de la préforme de pl is com posite, est couramment connu sous le vocable anglais « tufting », signifiant en réalité « touffetage ».
Une fois la mise en place de ces fibres bouclées réalisées, on ferme l'outil de moulage M, et on injecte sous pression à l'intérieur de la résine polymérisable, laquelle va alors remplir l'ensemble des interstices qui se trouvent dans la préforme définie par les empilements de plis A, B, C.
Cette résine va en particulier se positionner tout autour des fibres formant les boucles b1 , b2, b3.
Une fois cette introduction de résine réalisée, on soumet l'outil de mou lage M à une élévation de température, permettant la polymérisation rapide de cette résine.
Les fibres formant les boucles b1 , b2, b3 permettent de réaliser un renfort très résistant de la zone de jonction des trois empilements de plis A, B, C.
En particul ier, ces fibres permettent d'obtenir une excellente résistance à l'arrachement des plis en L, B et C par rapport à l'empilement de plis A.
On notera de plus que la possibilité de réaliser le touffetage une fois que la préforme se trouve sur l'outil de moulage M est d'une grande commodité d'un point de vue industriel , par rapport à des opérations de couturage. classiques telles que représentées à la figure 2, nécessitant le déplacement d'une ou plusieurs machines à coudre sur plusieurs faces de la préforme. Bien entendu, on peut choisir à volonté les caractéristiques des fibres formant les boucles b1 , b2, b3, ainsi que la forme et la répartition spatiale de ces boucles.
A titre d'exemple, ces boucles peuvent être réalisées avec du fil de carbone, et être espacées d'un pas de 3 mm les unes par rapport aux autres, pénétrant à une cinquantaine de millimètres à l'intérieur des parties 81 et 82 des empilements de plis en L, B et C.
A titre d'exemples également, les plis formant les empilements A, B et C peuvent être formés en carbone satin.
L'empilement A pourra comprendre par exemple 20 plis, et les empilements B et C 5 plis chacun.
La figure 5 montre un mode de réalisation dans lequel la jonction entre les empilements de plis A, B, C est encore renforcée par rapport au mode de réalisation de la figure 4.
Dans ce mode de réalisation, on prévoit en fait un premier groupe de boucles b1 , b2, b3 et un deuxième groupe de boucles b4, b5, la longueur 11 et l'inclinaison a1 du premier groupe de boucles b1 , b2, b3 par rapport à la direction perpendiculaire P à l'empilement plan A étant supérieures à celles 12, a2 du deuxième groupe de boucles b4, b5.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à tire de simples exemples.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'une pièce composite en T par moulage par transfert de résine, comprenant les étapes consistant à :
co n st itu e r u n e p réfo rm e avec u n em p i l e m e n t sensiblement plan (A) de plis et avec deux empilements en L (B, C) de plis,
placer ladite préforme de sorte que lesdits empilements en L (B, C) se retrouvent entre deux noyaux (M1 , M2) d'un outil de moulage (M) par transfert de résine, fa ire entrer et ressortir des fibres à travers led it empilement plan (A) selon une direction perpendiculaire ou quasi-perpendiculaire à cet empilement (A) et de manière à former des boucles (b1 , b2, b3) à l'intérieur des parties (81 , 82) desdits empilements en L (B, C) qui sont sensiblement perpendiculaires audit empilement plan,
fermer l'outil de moulage (M),
injecter de la résine dans l'outil de moulage (M), et à chauffer l'outil de moulage (M) de manière à durcir la résine.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel on assemble ledit empilement plan (A) et lesdits empilements en L (B, C) préalablement à l'introduction de la préforme entre les deux noyaux (M 1 , M2) de l'outil de moulage (M).
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel on assemble lesdits empilements en L (B, C), on les introduit entre les deux noyaux (M1 , M2) de l'outil de moulage (M), et on les recouvre dudit empilement plan (A).
4. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel on positionne chacun desdits empilements en L (B, C) et ledit empilement plan (A) les uns après les autres dans l'outil de moulage (M).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on forme des boucles de différentes longueurs (b1 , b2, b3 et b4, b5).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on forme des boucles (b1 , b3 et b4, b5) légèrement inclinées (a1 et a2) par rapport à la direction perpendiculaire (P) audit empilement plan (A).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on forme un premier (b1 , b2, b3) et un deuxième (b4, b5) groupes de boucles, la longueur et l'inclinaison dudit premier groupe de boucles (b1 , b2, b3) par rapport à la direction perpendiculaire (P) audit empilement plan étant supérieures à celles dudit deuxième groupe de boucles (b4, b5).
8. Pièce composite en T obtenue par un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
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