WO2021219595A1

WO2021219595A1 - Procede de fabrication d'une preforme a plat

Info

Publication number: WO2021219595A1
Application number: PCT/EP2021/060919
Authority: WO
Inventors: Sébastien GUEROULT; Basile DE PARSCAU DU PLESSIX
Original assignee: Institut De Recherche Technologique Jules Verne
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2021-04-27
Publication date: 2021-11-04
Also published as: FR3109553A1; FR3109553B1

Abstract

Procédé de fabrication d'une préforme à plat (1) comprenant les étapes suivantes : a) déposer au moins une couche de fibres (11) sur un substrat (10) et coudre ladite au moins une couche de fibres (11) avec au moins un fil de couture (110) sur le substrat (10), b) déposer un au moins film (12) en matériau polymère thermoplastique sur ladite au moins une couche de fibres (11), c) fixer ledit au moins un film (12) sur ladite au moins une couche de fibres (11), d) renouveler au moins une fois l'étape a) avec au moins une nouvelle couche de fibres (28) sur le film (12), e) éventuellement, renouveler au moins une fois l'étape b) et l'étape c) avec au moins un nouveau film (29) en matériau polymère thermoplastique.

Description

Titre : PROCEDE DE FABRICATION D’UNE PREFORME A PLAT Domaine technique

La présente invention concerne le domaine de la fabrication de pièces en matériau composite à matrice thermoplastique, en particulier mais non exclusivement dans les secteurs aéronautique, nautique, ferroviaire et automobile, de telles pièces comportant une matrice polymère thermoplastique et un renfort fibreux. En particulier, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une préforme à plat, ainsi qu’une préforme obtenue par un tel procédé. L’invention concerne encore un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite réalisée à partir d’une telle préforme.

Technique antérieure

Pour produire des pièces en matériau composite à matrice thermoplastique, il est connu de réaliser une préforme à plat, puis de mettre en forme la pièce dans un moule par consolidation, en combinant un cycle thermique avec l’application d’une pression et/ou par imprégnation avec un matériau polymère pour former la matrice.

Il existe des machines de placement de fibres, en anglais « Tailored Fiber Placement » (sigle TFP), qui permettent de réaliser des préformes en cousant des fibres sèches sur un substrat. Le procédé mis en œuvre par les machines TFP permet de donner une orientation prédéfinie aux fibres.

Pour mettre en forme une pièce en matériau composite à partir d’une préforme réalisée par machine TFP, il est possible de mettre la préforme dans un moule, puis d’incorporer une matrice en un matériau polymère par injection. Cette technique est bien maîtrisée pour les polymères thermodurcissables. Pour les polymères thermoplastiques, il est nécessaire de chauffer la matière au-dessus de son point de fusion et de l’injecter sous pression en la gardant à l’état fondu. Par conséquent, des problèmes d’imprégnation (zones sèches c’est-à-dire sans matrice, porosités, ...) ainsi que des problèmes de déformations du renfort fibreux sont régulièrement rencontrés. De plus, les niveaux de pression compatibles avec la viscosité importante des polymères thermoplastiques nécessitent l’utilisation de moules et de moyens d’injection onéreux.

Pour améliorer la qualité d’imprégnation de pièces en matériau composites à fibres longues et à matrice thermoplastique obtenues à partir de préformes produites à l’aide d’une machine TFP, il est connu d’utiliser, pour réaliser la préforme, des semi-produits comme des fibres pré-imprégnées ou des fibres sèches mélangées avec des fibres en matériau polymère. Cela permet d’éviter de recourir à une injection, un cycle thermique combiné avec l’application d’une pression étant suffisant pour former la pièce en matériau composite à partir d’une telle préforme. De tels semi-produits sont cependant relativement coûteux, ce qui augmente significativement le coût de production de telles pièces en matériau composite.

EP 2 599 614 décrit un procédé de réalisation d’une préforme pour un composite à matrice thermoplastique, ladite préforme comportant une ou plusieurs couches de fibres de renforcement cousue(s) sur un support à l’aide d’au moins un fil de fixation, le procédé comportant une ou plusieurs étape(s) de dépôt d’une couche de résine thermoplastique sur le support ou sur une couche de fibres de renforcement.

EP 2 338 666 divulgue un produit semi-fini utilisé pour la fabrication d'une pièce composite comprenant au moins une couche de renfort sèche qui est agencée pour être imprégnée avec une matrice d’imprégnation comportant une couche thermoplastique, laquelle est cousue à au moins une couche de renfort en utilisant au moins un fil traversant des perforations réalisées dans la couche thermoplastique et dans ladite au moins une couche de renfort.

Il existe un besoin de disposer de pièces en matériau composite réalisées à partir d’une préforme à plusieurs couches de fibres et avec une matrice répartie de manière homogène.

Exposé de l’invention

Procédé de fabrication d’une préforme à plat

La présente invention y parvient en tout ou partie grâce à, selon l’un de ses aspects, un procédé de fabrication d’une préforme à plat comprenant les étapes suivantes : a) déposer au moins une couche de fibres sur un substrat et coudre ladite au moins une couche de fibres avec au moins un fil de couture, de préférence au moins deux fils de couture, sur le substrat, b) déposer au moins un film en matériau polymère thermoplastique sur ladite au moins une couche de fibres, c) fixer ledit au moins un film sur ladite au moins une couche de fibres, d) renouveler au moins une fois l’étape a) avec au moins une nouvelle couche de fibres sur ledit au moins un film, e) éventuellement, renouveler au moins une fois l’étape b) et l’étape c) avec au moins un nouveau film en matériau polymère thermoplastique.

La succession d’au moins une couche de fibres et d’au moins un film en matière polymère thermoplastique permet d’assurer une bonne imprégnation des fibres lors de la mise en forme de la pièce en matériau composite. En effet, la matrice est formée par le ou les films qui sont intercalés entre les couches de fibres. Une telle préforme possède également l’avantage que toutes les couches de fibres et le ou les films se tiennent entres eux grâce à la couture des couches et à la fixation dudit au moins film, ce qui facilite le transport de la préforme et sa manipulation, notamment en vue de sa consolidation pour former la pièce finale en matériau composite.

De préférence, le matériau du ou des fils de couture de la nouvelle couche de fibres est le même que le matériau du ou des fils de couture de la couche de fibres.

De préférence, les fibres ne comportent que des fibres de renfort. Dans ce cas, les fibres sont dites sèches, c’est-à-dire qu’elles ne contiennent aucun élément susceptible de faire partie de la matrice après la mise en forme de la pièce en matériau composite finale.

Les fibres peuvent en variante comporter un mélange de fibres de renfort et de fibres en matériau polymère.

Les fibres de renfort sont avantageusement choisies dans le groupe constitué par les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres d’aramide, les fibres de céramique, les fibres d’origine végétale, notamment les fibres de lin et un mélange de celles-ci.

Les fibres peuvent être assemblées entre elles sous une forme choisie dans le groupe constitué par les torons, les mèches, les tresses, de préférence les mèches, et un mélange de ceux-ci, par exemple les mèches de torons de fibres.

A l’étape a), ladite au moins une couche de fibres peut être disposée pour donner une orientation majoritaire prédéterminée aux fibres d’une même couche, c’est-à-dire que les fibres de cette couche peuvent être déposées, en majorité, selon une trajectoire sensiblement rectiligne. A l’étape d), ladite au moins une nouvelle couche de fibres peut être disposée pour donner une orientation majoritaire prédéfinie aux fibres d’une même couche.

Dans ces cas, pour chacune ou pour au moins une de ces couches de fibres, au moins 80%, voire 90% des fibres peuvent être disposées sensiblement parallèlement entre elles. Cependant, au moins une proportion de fibres, voire la totalité des fibres dans certains modes de réalisation, peut être déposée selon une trajectoire courbe, par exemple pour s’adapter au contour de la préforme ou à celui d’éventuelles ouvertures traversantes présentes au sein de la préforme.

De préférence, dans le cas où la trajectoire de dépôt des fibres est essentiellement rectiligne, l’orientation majoritaire des fibres de ladite au moins une nouvelle couche de fibres donnée à l’étape d) est différente de l’orientation majoritaire donnée aux fibres de ladite au moins une couche de fibres à l’étape a). Le changement d’orientation majoritaire des fibres pour deux couches différentes permet d’augmenter la résistance mécanique de la pièce en matériau composite réalisée à partir d’une telle préforme. Deux couches de fibres séparées par au moins un film peuvent avoir une orientation majoritaire décalée de 45° entre elles, ou de 90°, par exemple.

Ladite au moins une couche de fibres, respectivement ladite au moins une nouvelle couche de fibres, peut être déposée à l’étape a), respectivement à l’étape d), de manière à présenter au moins une ouverture traversante. Une telle ouverture traversante sera alors présente dans la pièce finale en matériau composite.

Ladite au moins une couche de fibres peut être réalisée avec le même type de fibres, la même épaisseur et/ou le même contour que ladite au moins une nouvelle couche de fibres.

Les étapes a) et d) sont avantageusement mises en œuvre par une machine à coudre, de préférence une machine de placement de fibres (TFP). Une telle machine permet de fixer les fibres avec au moins un fil de couture sur le substrat par au moins une couture, par exemple, mais non exclusivement, avec des points zig zag, c’est-à-dire en avançant tout en effectuant un déplacement latéral de part et d’ autre des fibres pour piquer de part et d’ autre et le long de celles-ci. De préférence, le fil de couture ne traverse pas les fibres mais pique le substrat sous-jacent de part et d’autre des fibres. Par « coudre », on entend « assembler au moyen d’un fil de couture passé dans une aiguille ». Le résultat obtenu est une couture avec au moins un fil de couture, de préférence avec au moins deux fils de couture. La machine à coudre permet de réaliser une telle opération. Dans ce cas, la couture est de préférence effectuée au moyen de deux fils de couture, avec un fil de couture passé dans une aiguille et un fil de canette. Dans ce cas, le fil de l’aiguille vient faire le tour du fil de canette de manière à créer un point de couture. Différents points de couture peuvent convenir, notamment pour la fixation des fibres après leur dépose, le point de couture préféré étant le point zig zag, comme indiqué plus haut. La largeur du point zig zag peut être adaptée à la largeur de l’ensemble de fibres déposées simultanément sur le substrat ou sur un film.

Le matériau polymère thermoplastique dudit au moins un film peut être choisi dans le groupe constitué par le polyamide (PA), le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polyétherimide (PEI), le polysulfure de phénylène (PPS), le polyétheréthercétone (PEEK), le polyéthercétonecétone (PEKK), le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyuréthane (PU) et leurs mélanges.

A l’étape c), ledit au moins film peut être fixé, en au moins une zone, par couture avec au moins un fil sur ladite au moins une couche de fibres. Il est possible de réaliser cette couture avec la même machine à coudre, notamment la machine de placement de fibres TFP, qui réalise la couture de ladite au moins une couche de fibres. Le point de couture peut être le même ou peut être différent. Par exemple, le point de couture peut être un point zig zag de largeur identique ou différente, ou un autre point de couture, notamment et de manière non exclusive, un point droit, un triple point droit, un point de surjet, un point d’épi, un point satin, ou une combinaison de ceux-ci.

Selon un mode de réalisation particulier, ledit au moins un fil de couture est réalisé dans le même matériau polymère thermoplastique que ledit au moins un film. Dans ce cas, le fil de couture peut fusionner avec ledit au moins un film dans la matrice lors de la mise en forme de la pièce en matériau composite. Cela limite les corps parasites dans la pièce finale en matériau composite.

Selon un autre mode de réalisation, ledit au moins un fil de couture est réalisé dans un matériau différent de celui dudit au moins un film. Dans ce cas, le matériau constituant le fil de couture peut être choisi dans le groupe constitué par les matériaux inorganiques, par exemple du carbone, et les polymères thermoplastiques dont la température de fusion est supérieure à la température de fusion du matériau polymère thermoplastique dudit au moins un film. La différence de matériau entre le fil de couture et le ou les films peut permettre d’améliorer la manipulation à chaud de la préforme par un robot.

Ladite au moins une zone de couture peut avoir une surface inférieure ou égale à la surface totale dudit au moins un film, de préférence inférieure. Lorsque ledit au moins un film n’est pas fixé par couture sur toute sa surface mais seulement sur une partie, ledit au moins un film est bien maintenu en place mais le temps nécessaire pour sa fixation est réduit. Cela permet aussi de réduire, dans la pièce finale en matériau composite, les corps parasites formés par le fil de couture si celui-ci n’est pas formé dans le même matériau que ledit au moins un film.

De préférence, ladite au moins une zone de couture dudit au moins un film comprend la périphérie dudit au moins un film.

Lorsque ladite au moins une couche de fibres comporte au moins une ouverture traversante, ledit au moins un film est avantageusement traversé d’au moins une ouverture correspondant à ladite au moins une ouverture traversante. Si la fixation dudit au moins un film sur ladite au moins une couche de fibres est réalisée par couture avec au moins un fil de couture, en au moins une zone, ladite au moins une zone comporte alors de préférence le bord de ladite au moins une ouverture dudit au moins un film.

On peut bien entendu également fixer d’autres parties dudit au moins un film que la périphérie et/ou le bord de la ou des ouvertures présente(s) sur ledit au moins un film.

Dans ce mode de réalisation, on peut utiliser le même matériau de fil de couture pour réaliser la couture dudit au moins un film, celle de ladite au moins une couche de fibres et/ou celle de ladite au moins une nouvelle couche de fibres.

Ledit au moins un film peut être fixé sur ladite au moins une couche de fibres par une autre technique de fixation que la couture, par exemple mais non exclusivement, par soudage ou par collage.

Dans un mode de réalisation, le substrat comporte un film en matériau polymère thermoplastique similaire, voire identique, au film déposé à l’étape b). Dans ce cas, la forme et/ou l’épaisseur des films peuvent être identiques. Toujours dans ce cas, lors de la mise en forme ultérieure de la pièce en matériau composite, réalisée à partir d’une préforme à plat selon ce mode de réalisation, le substrat sous forme de film se transforme par fusion de matière pour former une partie de la matrice de la pièce.

Le procédé peut comporter l’étape consistant à découper au moins une partie du substrat, notamment après réalisation de la préforme à plat.

Préforme

L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, une préforme à plat réalisée à l’aide d’un procédé tel que défini plus haut. La préforme comporte, superposés les uns sur les autres, au moins un substrat, puis au moins une couche de fibres cousue sur le substrat, puis au moins un film fixé à la couche de fibres, puis au moins une nouvelle couche de fibres cousue au substrat, et éventuellement encore un ou plusieurs autres films alternés avec des couches de fibres cousues.

Le nombre de couches de fibres de la préforme, supérieur ou égal à deux, est de préférence déterminé en fonction de l’épaisseur finale et du taux volumique de fibres souhaités, de l’épaisseur des couches et/ou du matériel utilisé pour la mise en œuvre du procédé.

Les films sont avantageusement identiques entre eux pour le matériau, la forme et/ou l’épaisseur.

Deux couches de fibres séparées par au moins un film ont avantageusement une orientation majoritaire des fibres différente, par exemple différente d’au moins 45°.

La préforme peut être traversée d’au moins une ouverture traversante sur toute son épaisseur.

Le ou chaque film recouvre avantageusement au moins 80%, voire au moins 90%, de la surface de couche de fibres sous-jacente, mieux recouvre entièrement la couche de fibres sous-jacente. Le ou chaque film peut présenter le même contour que la couche de fibres sous-jacente.

Plusieurs films peuvent être déposés à l’étape b), par exemple si l’on veut diminuer le taux volumique de fibres et que l’épaisseur du film est fixée à l’avance.

Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite

L’invention concerne également, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comportant les étapes suivantes : réaliser une préforme à plat en mettant en œuvre le procédé tel que défini plus haut, mettre la préforme dans un moule, compresser la préforme tout en lui appliquant un cycle thermique permettant successivement de faire fondre la matrice, la faire fluer dans la préforme puis de la solidifier afin d’obtenir la pièce en matériau composite finale.. Grâce à l’invention, on bénéficie d’une préforme qui ne nécessite pas l’ajout d’un matériau polymère pour former la matrice lors de la mise en forme de la préforme, la mise en forme de la préforme étant constituée par l’étape de compression de la préforme et d’application d’un cycle thermique.

De plus, la pièce a une matrice uniformément répartie grâce à la présence du ou des films intercalés entre les couches de fibres.

De surcroît, lorsque les fibres ne comportent pas de fibres en matériau polymère, le coût de fabrication peut être réduit.

Par ailleurs, il n’y a pas de perte de matière entre la fabrication de la préforme et la mise en forme de celle-ci pour réaliser la pièce.

Pièce en matériau composite

L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, une pièce en matériau composite réalisée à l’aide d’un procédé tel que défini plus haut.

La pièce finale peut présenter un relief, par exemple des bords incurvés, formé lors de la mise en forme, dans un moule, de la préforme.

Grâce à l’invention, la matrice formée par le ou les films et éventuellement le substrat est répartie de manière relativement homogène dans la pièce. De plus, il n’est pas nécessaire, lors de la mise en forme de la pièce d’apporter un matériau polymère supplémentaire pour former la matrice. Enfin, on peut utiliser des fibres sèches dépourvues de fibres en matériau polymère, ce qui permet de réduire les coûts.

Brève description des dessins

L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel

[Fig 1] la figure 1 représente de manière schématique et en coupe transversale une préforme à plat réalisée par mise en œuvre d’un procédé selon l’art antérieur,

[Fig 2] la figure 2 représente, de manière schématique en vue de dessus, un support pour la réalisation d’une préforme selon l’invention,

[Fig 3] la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 lors de l’étape de dépôt sur le support d’une couche de fibres, [Fig 4] la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale selon IV de la figure 3,

[Fig 5] la figure 5 est une vue similaire à la figure 3 après le dépôt sur le support d’une couche de fibres,

[Fig 6] la figure 6 est une vue similaire à la figure 5 après le dépôt d’un film sur la couche de fibres,

[Fig 7] la figure 7 est une vue similaire à la figure 6 après fixation du film,

[Fig 8] la figure 8 est une vue similaire à la figure 7 après le dépôt d’une nouvelle couche de fibres,

[Fig 9] la figure 9 représente, de manière schématique et en coupe transversale, la préforme réalisée avec le procédé illustré sur les figures 2 à 8,

[Fig 10] la figure 10 représente, de manière schématique en vue du dessus, une face d’un exemple de préforme réalisée selon le procédé de l’invention,

[Fig 11] la figure 11 représente, de manière schématique en vue du dessous, l’autre face de la préforme de la figure 10, et

[Fig 12] la figure 12 est une vue en coupe transversale schématique d’un exemple de pièce en matériau composite tridimensionnelle réalisée selon le procédé de l’invention. Description détaillée

Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonctions identiques portent le même signe de référence. A des fins de concision de la présente description, ils ne sont pas décrits en regard de chacune des figures, seules les différences entre les modes de réalisation étant décrites.

On a illustré sur la figure 1 une préforme à plat réalisée par une machine de placement de fibres TFP connue en elle-même avec un procédé selon l’art antérieur. Au cours de celui-ci, les fibres sont déposées sur un substrat 30 de manière à former plusieurs couches 31. Les fibres ainsi déposées sont maintenues sur le substrat 30 par une couture 311 avec des fils 310. La couture 311 des fils 310 est sous forme de point zig zag, c’est-à-dire réalisée en avançant tout en effectuant un déplacement latéral de part et d’autre des fibres pour piquer de part et d’autre et le long de celles-ci. Pour pouvoir réaliser une pièce en matériau composite à l’aide de cette préforme, il est nécessaire soit d’utiliser des fibres dites « comélées », c’est-à-dire un mélange de fibres de renfort et de fibres en matériau polymère thermoplastique, qui ont un coût élevé, soit d’ajouter un matériau polymère lors d’une étape de mise en forme de la préforme, qui risque de ne pas pénétrer de manière homogène dans les couches 31.

Le procédé selon l’invention dont un exemple de mise en œuvre est illustré sur les figures 2 à 8 permet de résoudre tout ou partie de ces problèmes. Au cours de la mise en œuvre du procédé selon l’invention pour fabriquer une préforme 1 à plat, on fixe tout d’abord un substrat 10, visible sur la figure 2, sur un cadre S d’une machine à coudre, en l’espèce une machine de placement de fibres TFP. Le substrat 10 est dans cet exemple réalisé sous forme d’un film en un matériau polymère thermoplastique, en l’espèce du polyamide.

Le substrat 10 peut être réalisé dans un autre matériau, par exemple un tissé ou un matériau hydrosoluble, sans sortir du cadre de l’invention.

Dans cet exemple, le substrat 10 s’étend sur une surface délimitée par un contour périphérique 14.

Sur les figures 3, 5, 6, 7 et 8, le cadre S n’est pas visible pour des raisons de clarté du dessin.

Puis on dépose, comme illustré sur la figure 3, au moins une couche 11 de fibres

15 sur le substrat 10. Dans cet exemple, les fibres 15 sont des fibres sèches de verre assemblées entre elles sous forme de torons, eux-mêmes assemblés sous forme de mèche enroulée en une bobine non illustrée sur la figure dans un souci de clarté du dessin. La mèche

16 de fibres 15 est déroulée et déposée sur le substrat 10 et cousue par la machine de placement de fibres TFP.

Les fibres 15 sont cousues sur le substrat 10 avec deux fils de couture 110, l’un étant déplacé à l’aide d’une aiguille 21 et l’autre étant déroulé d’au moins une canette 22 de manière à réaliser des points de couture 17. Les points de couture 17 traversent le substrat 10 de part et d’autre de la mèche 16 de fibres 15, de préférence en évitant de traverser celle- ci. Le support S se déplace relativement à l’aiguille 21 de manière à réaliser la couture 111 en point zig zag tout en avançant le long de la mèche 16 au cours de son dépôt. Un système de guidage de la mèche 16 avant son dépôt est également prévu même si non illustré dans un souci de clarté du dessin, de manière connue en soi. La couture 111 est ainsi réalisée par une alternance de points 17 de part et d’autre de la mèche 16 de fibres 15 déposées.

La figure 5 est une vue schématique de la préforme 1 après le dépôt d’une première couche 11 de fibres 15. Dans cet exemple, les mèches 16 et donc les fibres 15 ont été disposées sous forme de segments 18 s’étendant entre des extrémités 19 et 23. Les segments sont sensiblement parallèles entre eux définissant une orientation majoritaire des fibres, de manière prédéfinie. Au niveau de l’extrémité 19, une courbure 24 est donnée à la mèche 16 de manière à l’orienter pour former le segment 18 suivant. De même, au niveau de l’extrémité 23, une courbure 25 est donnée à la mèche 16 de manière à l’orienter pour former le segment 18 suivant. Les segments 18 sont disposés les uns contre les autres deux à deux, en contact ou non entre eux. La couche 11 est déposée de manière à réaliser une ouverture traversante 13. Pour ce faire, dans la zone autour de l’ouverture traversante 13, les segments 18 sont plus courts et disposés de part et d’autre de l’ouverture, tout en conservant l’orientation majoritaire des fibres 15. La couche 11 comporte alors une ouverture traversante 13. A la fin de son dépôt, la couche 11 recouvre en partie le substrat 10.

Dans une étape ultérieure, on dépose, comme illustré sur la figure 6, un film 12 sur la couche 11 de fibres. Le film 12 est un film de matériau polymère thermoplastique, dans cet exemple du polyamide. Comme visible sur cette figure, le film 12 est déposé de manière à épouser la forme de la couche 11. Le film 12 comporte la même ouverture traversante 13 coïncidant avec l’ouverture de la couche 11. Le film 12 est alors fixé sur la couche 11 de fibres, dans cet exemple par couture à l’aide de la machine TFP sur le substrat 10 comme illustré sur la figure 7.

Le film 12 est fixé par une couture 121 avec les fils 120 sur une partie seulement de sa surface, en au moins une zone qui comprend dans cet exemple la périphérie 26 du film 12 et le bord 27 de l’ouverture traversante 13. Le point de couture peut être identique ou différent de celui qui a permis de fixer la couche de fibres.

Dans un autre mode de réalisation non illustré, le film 12 est fixé par collage, ou soudage, à la couche 11 de fibres.

Le substrat 10 et le film 12 peuvent être réalisés dans un même matériau polymère thermoplastique. De même, les fils 110 et 120 peuvent être réalisés dans le même matériau polymère que le film.

Dans l’exemple illustré, comme visible sur la figure 8, le procédé comporte encore l’étape de déposer au moins une nouvelle couche 28 de fibres 15 sur le film 12 déposé précédemment et de coudre cette couche 28 sur le substrat 10, les fils de couture traversant le film 12, la couche 11 de fibres et le substrat 10. Cette étape est réalisée de manière analogue à la dépose et la couture de la couche 11 de fibres. Cependant, dans cet exemple, la nouvelle couche 28 de fibres possède une orientation majoritaire des mèches 16 de fibres 15 différente de celle de la couche 11, avec une différence d’orientation de 90° des fibres 15 entre les deux couches 11 et 28 dans cet exemple.

Eventuellement, le procédé comporte l’étape de déposer et fixer un nouveau film 29 sur la nouvelle couche 28 de fibres. Le film 29 peut être identique au film 12. En variante, il présente une forme, une épaisseur et/ou un matériau différent. Le film 29 peut être fixé comme le film 12, par exemple par couture sur une partie de sa surface, comme pour le film 12.

On obtient alors, comme illustré sur la figure 9, une préforme à plat 1 réalisée selon le procédé de l’invention comportant le substrat 10, la couche 11 de fibres, le film 12, la nouvelle couche 28 de fibres et le film 29. La face inférieure 30 de la préforme 1 est constituée de la face inférieure du substrat 10, opposée à la face supérieure du substrat 10 en contact avec la couche 11 de fibres, face inférieure du substrat 10 qui est occupée par une partie des fils 110 et 120 des multiples points de couture des différentes couches et films. La face supérieure 30 de la préforme 1 est dans cet exemple formée par la face supérieure 31 du nouveau film 29.

Le procédé peut encore comporter l’étape consistant à découper le substrat 10 afin qu’il possède un contour 14 coïncidant avec le contour 26 du film 12 et le contour 14 de la couche 11 de fibres ainsi que présenter une ouverture traversante 13 identique à l’ouverture traversante du film 12 et de la couche 11 de fibres.

D’autres formes sont possibles pour la préforme 1, avec une absence d’ouverture traversante ou, au contraire une pluralité d’ouvertures traversantes 13. On a ainsi illustré sur les figures 10 et 11 un autre exemple de préforme 1 à plat obtenue à l’aide du procédé selon l’invention comportant deux ouvertures traversantes 13. Sur la figure 10, on voit la face supérieure 31 de la préforme 1. Sur la figure 11, on voit la face inférieure 30 de la préforme 1.

Dans cet exemple, la plupart des fibres 15 de la couche 11 sont déposées selon une trajectoire courbe 60. Les fibres 15 sont disposées sous forme de spirale 62 autour des ouverture traversantes 13 en suivant le contour 61 ou suivent le contour de la préforme 1.

Selon l’invention, on peut réaliser, à partir de la préforme 1 à plat, une pièce 50, par exemple tridimensionnelle, en matériau composite. Pour ce faire, on dispose la préforme 1 dans un moule et on chauffe la préforme 1 de manière à faire fondre le substrat 10 et le film 12 et éventuellement 29 voire d’autres films, et éventuellement les fils 110 et 120 de couture. On a illustré un exemple d’une telle pièce 50 sur la figure 12 formée à partir d’un autre exemple de préforme 1 et présentant un bord 32 relevé.

L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.

En particulier, le nombre de films et/ou de couches de fibres peut être différent sans sortir du cadre de l’invention.

A la place des courbures 24 et 25 aux extrémités des segments 18 de fibres, les mèches 16 peuvent être coupées à ces endroits.

Claims

Revendications

1. Procédé de fabrication d’une préforme à plat (1) comprenant les étapes suivantes : a) déposer au moins une couche de fibres (11) sur un substrat (10) et coudre ladite au moins une couche de fibres (11) avec au moins un fil de couture (110) sur le substrat (10), b) déposer au moins un film (12) en matériau polymère thermoplastique sur ladite au moins une couche de fibres (11), c) fixer ledit au moins un film (12) sur ladite au moins une couche de fibres

(H), d) renouveler au moins une fois l’étape a) avec au moins une nouvelle couche de fibres (28) sur le film (12), e) éventuellement, renouveler au moins une fois l’étape b) et l’étape c) avec au moins un nouveau film (29) en matériau polymère thermoplastique.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel à l’étape a), ladite au moins couche de fibres (11) est disposée pour donner une orientation majoritaire prédéterminée aux fibres (15) d’une même couche.

3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, à l’étape d), ladite au moins une nouvelle couche de fibres (28) est disposée de manière à donner une orientation majoritaire prédéfinie aux fibres (15) d’une même couche qui soit différente de l’orientation majoritaire de ladite au moins une couche de fibres (11) déposée à l’étape a).

4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une proportion de fibres est déposée selon une trajectoire courbe.

5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un fil de couture (110) est réalisé dans le même matériau polymère thermoplastique que ledit au moins un film (12).

6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un fil de couture (110) est réalisé dans un matériau différent de celui dudit au moins un film (12), notamment un matériau inorganique ou un autre matériau polymère dont la température de fusion est supérieure à la température de fusion du matériau polymère thermoplastique dudit au moins un film (12).

7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, à l’étape c), ledit au moins un film (12) est fixé, en au moins au moins une zone, par couture (121) avec au moins un fil de couture (120) sur ladite au moins une couche de fibres (11), ladite au moins une zone ayant une surface inférieure ou égale à la surface totale dudit au moins un film (12).

8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ladite au moins une zone de couture dudit au moins un film (12) comprend la périphérie (26) dudit au moins un film (12).

9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une couche de fibres (11), respectivement ladite au moins une nouvelle couche de fibres (28) est déposée à l’étape a), respectivement à l’étape d), de manière à présenter au moins une ouverture traversante (13).

10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ledit au moins un film (12) est traversé d’au moins une ouverture correspondant à ladite au moins une ouverture traversante

(13).

11. Procédé selon les revendications 7 et 10, dans lequel ladite au moins une zone de couture de film (12) comporte le bord (27) de ladite au moins une ouverture du film (12).

12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes a) et d) sont mises en œuvre par une machine de placement de fibres (TFP).

13. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat (10) comporte un film en matériau polymère thermoplastique similaire au film (12) déposé à l’étape b).

14. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fibres (15) sont des fibres sèches choisies dans le groupe constitué par les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres d’aramide, les fibres de céramique, les fibres d’origine végétale, notamment les fibres de lin, et un mélange de celles-ci.

15. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fibres (15) sont assemblées entre elles sous une forme (16) choisie dans le groupe constitué par les torons, les mèches, les tresses, de préférence les mèches et un mélange de ceux-ci.

16. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau polymère thermoplastique du film (12) est choisi dans le groupe constitué par le polyamide (PA), le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polyétherimide (PEI), le polysulfure de phénylène (PPS), le polyétheréthercétone (PEEK), le polyéthercétonecétone (PEKK), le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyuréthane (PU) et leurs mélanges.

17. Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite (50) comportant les étapes suivantes : réaliser une préforme (1) à plat en mettant en œuvre le procédé selon Tune quelconque des revendications précédentes, mettre la préforme (1) dans un moule, compresser la préforme (1) tout en lui appliquant un cycle thermique permettant successivement de faire fondre la matrice, la faire fluer dans la préforme puis de la solidifier afin d’obtenir la pièce en matériau composite (50) finale.