WO2023280753A1 - Procede de fabrication d'une piece axisymetrique creuse en materiau composite - Google Patents

Procede de fabrication d'une piece axisymetrique creuse en materiau composite Download PDF

Info

Publication number
WO2023280753A1
WO2023280753A1 PCT/EP2022/068396 EP2022068396W WO2023280753A1 WO 2023280753 A1 WO2023280753 A1 WO 2023280753A1 EP 2022068396 W EP2022068396 W EP 2022068396W WO 2023280753 A1 WO2023280753 A1 WO 2023280753A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mandrel
tube
fibers
tube sections
filament winding
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/068396
Other languages
English (en)
Inventor
Florian TELLIER
Original Assignee
Institut De Recherche Technologique Jules Verne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut De Recherche Technologique Jules Verne filed Critical Institut De Recherche Technologique Jules Verne
Publication of WO2023280753A1 publication Critical patent/WO2023280753A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/32—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545—Perforating, cutting or machining during or after moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B15/00—Superstructures, deckhouses, wheelhouses or the like; Arrangements or adaptations of masts or spars, e.g. bowsprits
    • B63B15/0083—Masts for sailing ships or boats
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/0036—Slitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/0063—Cutting longitudinally
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/0072—Shaping techniques involving a cutting or machining operation combined with rearranging and joining the cut parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/0081—Shaping techniques involving a cutting or machining operation before shaping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/009—Shaping techniques involving a cutting or machining operation after shaping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B15/00—Superstructures, deckhouses, wheelhouses or the like; Arrangements or adaptations of masts or spars, e.g. bowsprits
    • B63B2015/0016—Masts characterized by mast configuration or construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2231/00—Material used for some parts or elements, or for particular purposes
    • B63B2231/40—Synthetic materials
    • B63B2231/52—Fibre reinforced plastics materials

Definitions

  • the present invention relates to a process for manufacturing a hollow axisymmetric part made of composite material as well as such a part obtained by this process.
  • the invention relates to a method of manufacturing a hollow axisymmetric part made of composite material of large dimensions, in particular of length greater than 50 m, for example intended to form a mast of a boat, in particular of an ocean liner.
  • the masts of large boats are generally made using processes that are costly in terms of labor, materials (prepregs), tools.
  • prepregs labor, materials
  • these methods require numerous manual operations, with the production of joints, overlaps between plies, cutouts, compacting, which in particular generates costs and risks of defects.
  • the invention aims to meet all or part of this need. It achieves this by means of a process for manufacturing an axisymmetric hollow part in composite material extending along a longitudinal axis, comprising the following steps: a) Step a: producing a tube by pultrusion of fibers with or without impregnation of the fibers with a polymer material, b) Step b: cutting the tube along its length into a plurality of tube sections, c) Step c: arranging all or part of the tube sections around a mandrel, in particular so that the sections of tube substantially hug an outer surface of the mandrel, d) Step d: winding the fibers by filament around the mandrel and the tube sections, e) Step e: if necessary, unmold from the mandrel the hollow axisymmetric part formed by the winding filament and tube sections.
  • the invention there is a method which makes it possible to manufacture the axisymmetric part in one piece, even if the latter is of large dimensions, for example of length greater than 50 m.
  • This process implements two automated processes, implemented successively, making it possible to obtain hollow parts of closed cross-section, one consisting of a pultrusion and the other consisting of the production of a filament winding.
  • Pultrusion makes it possible to make parts of almost infinite length with fiber volume rates of up to 70%, with fibers very strongly oriented (unidirectional) in the direction of pultrusion. It is used for parts with high tensile and bending loads in one main direction. This very robust and repeatable technology makes it possible to make complex shaped profiles. On the other hand, it does not make it possible to vary the thickness of the profile in the length of the profile. It also does not make it possible to orient the fibers in an offset direction with respect to the direction of the pultrusion. Pultruded parts therefore have low compression performance (buckling during compression of the fibers at 0°).
  • reinforced pultrusion also called pull-winding, by winding the reinforcements at 0° with fibers offset from 35° to 80°. This makes it possible to improve the properties of the tubes subjected to axial compression forces, but the reinforced pultrusion does not make it possible to vary the thicknesses and the stacks (releases of folds at 0°, for example), in the length of a axisymmetric part.
  • the pull-winding process uses carousels to deposit off-axis fibers and the size of the spools of wires on board the carousels is not suitable for large parts (size of the spools of wires or rovings on the carousels or small spools requiring a lot of loading/unloading times of wire spools).
  • Filament winding is also a process for making very strong hollow parts.
  • This technology makes it possible to produce parts with a very high volume content of TVf fibers and is used for the production of parts subject to internal pressure such as tanks.
  • This technology is particularly suitable for parts subjected to torsion, for example.
  • the fibers are offset between 45° and 90°. It is not possible to orient the fibers in the longitudinal direction with an angle less than -45° at the risk of causing the fibers to slip on the mandrel or the molding form.
  • Step a preferably comprises the introduction into a pultrusion die of a set of fibers, for example in the form of rovings, so as to produce said tube at the outlet of the die.
  • Step a) may comprise a step of impregnating the fibers, in particular fiber rovings, with the aid of a polymer material, in particular a resin, preferably thermosetting, before passing through a pultrusion die for the making the tube.
  • the impregnation of the fibers, in particular of the fiber rovings preferably takes place in a bath of polymer material, in particular of resin.
  • a polymer material in the form of a pre-polymerized resin film is interposed between the fibers.
  • the fibres, after impregnation, are in particular gathered in the pultrusion die.
  • the pultrusion die is preferably short in size and heated.
  • the pultrusion die makes it possible to conform the material constituted by the impregnated fibers, in particular the rovings of impregnated fibers.
  • the fibers impregnated and thus shaped into a tube are then preferably pulled out of the pultrusion die and the tube formed is in particular conveyed on rollers and driven in rotation.
  • step a) can be carried out without impregnating the fibers with a polymer material, the tube produced by pultrusion consisting of a pultruded tubular dry preform. In this case, no impregnation is carried out before passing through the pultrusion die.
  • the tube is then made essentially of fibers, possibly with a binder.
  • a subsequent impregnation, for example by infusion in a bath of polymeric material, is then preferably provided.
  • the fibers in step a) preferably extend longitudinally or are oriented relative to the longitudinal axis of the tube at an angle of between +20° or ⁇ 20°, in particular between +10° and ⁇ 10°.
  • the pultrusion process generally makes it possible to produce, with the pultrusion die, a tube with fibers oriented in a single direction, in the direction of the length of the part.
  • About 80% of the fibers are for example oriented at a zero angle relative to the longitudinal axis of the tube.
  • a part, in particular about 20%, of fibers oriented at an angle of between ⁇ 20° and +20° can be added. These are slightly offset.
  • the filament winding can be performed so as to obtain at least one layer, in particular biaxial or triaxial, with angle orientations +45°, -45° and/or 90°.
  • the filament winding can be carried out according to a succession of layers with fiber orientations at the following angles: +45 o /90%45 +45 90%45° or +457-45707907+457-45° or even -457907+ 457-457907+45°.
  • the fibers used in step a) of pultrusion and/or the fibers used in step d) of filament winding are preferably chosen from the group consisting of carbon fibers, in particular HR carbon fibers or fibers HM carbon, glass fibers, in particular R-glass fibers or E-glass fibers, and aramid fibers, in particular Kevlar®, preferably carbon fibers, in particular continuous. Fibers can have different stiffness categories. The fibers can be high tensile. The fibers can be high modulus or intermediate modulus.
  • glass fibers R that is to say high-performance glass fibers, which have a filament diameter of 10 ⁇ m, a density of 2500 kg. m 3 , a modulus of elasticity of 86000MPa, a Poisson's ratio of 0.2, a tensile breaking stress of 3200MPa, an elongation at break of 4%, a coefficient of thermal expansion of 0.3*10 5 K _1 , a thermal conductivity at 20°C of 1°C _1 and an operating limit temperature of 700°C.
  • E glass fibers that is to say glass fibers for common applications, which have a filament diameter of 16 ⁇ m, a density of 2600 kg. m 3 , a modulus of elasticity of 74000MPa, a shear modulus of 30000 GPa, a Poisson's ratio of 0.25, a breaking stress in tension of 2500MPa, an elongation at break of 3.5%, a coefficient of thermal expansion of 0.5* 10 5 K 1 , a thermal conductivity at 20°C of 1°C _1 and an operating limit temperature of 700°C.
  • Kevlar® which have a filament diameter of 12 ⁇ m, a density of 1450kg.m 3 , a modulus of elasticity of 130000MPa, a shear modulus of 12000GPa, a Poisson's ratio of 0.4, a tensile breaking stress of 2900MPa, an elongation at break of 2.3%, a coefficient of thermal expansion of -0.2* 10 5 K 1 and a thermal conductivity at 20°C of 0.03°C _1 .
  • HR carbon fibers that is to say high-strength carbon fibers, which have a filament diameter of 7 ⁇ m, a density of 1750 kg.m 3 , a modulus of elasticity of 230000MPa, a shear modulus of 50000 GPa, a Poisson's ratio of 0.3, a tensile breaking stress of 3200MPa, an elongation at break of 1.3%, a coefficient of thermal expansion of 0.02*10 5 K 1 , a thermal conductivity at 20°C of 200°C _1 , a conductivity at 800°C of 60°C _1 and an operating limit temperature greater than 1500°C.
  • HM carbon fibers that is to say high modulus carbon fibers, which have a filament diameter of 6.5 ⁇ m, a density of 1800kg.m 3 , a modulus of elasticity of 390000MPa, a shear modulus of 20000 GPa, a Poisson's ratio of 0.35, a tensile breaking stress of 2500MPa, an elongation at break of 0.6%, a coefficient of thermal expansion of 0.08*10 5 K 1 and a temperature limit of use higher than 1500°C.
  • the fibers are preferably chosen according to the desired mechanical properties such as the resistance to loading in torsion, in bending, in compression, and the planned dimensions of the final hollow axisymmetric part as well as possibly their positioning on the part and the mechanical stresses. which they must withstand in the part of the room where they are positioned.
  • the fibers used in step a) of pultrusion and the fibers used in step d) of filament winding can thus be different from each other to meet these objectives.
  • the fibers used in step a) are preferably in the form of fiber rovings, in particular unitary or juxtaposed.
  • the fiber rovings, in particular carbon fibers can be of the 24K or 50K type for the number of filaments for example. They can be chosen from among those marketed by the companies Mitsubishi, Dow Corning, Toray or even TEIJIN (TOHO TENAX), SGL, TEIJIN (TOHO TENAX), SGL, ZOLTEK, GURIT, HEXCELGURIT, HEXCEL.
  • the method may also include the step consisting in impregnating the fibers of the filament winding with a polymer material, in particular thermosetting, before or during the production of the filament winding around the mandrel and the tube sections.
  • a polymer material in particular thermosetting
  • a bath of polymer material, in particular of thermosetting resin may be present to allow impregnation of fibers during filament winding.
  • the fibers can be impregnated before the filament winding is carried out.
  • the method may include a baking step so as to polymerize the polymer material, with or without pressure.
  • the polymer material used to impregnate, where applicable, the fibers during the pultrusion step and the polymer material used to impregnate the fibers of the filament winding are advantageously at least compatible with one another, or even are the same polymer materials.
  • a layer of adhesive for example a film of an adhesive, can be provided at the interface between sections of tube and filament winding, so as to ensure cohesion between them within the axisymmetric part.
  • the polymer material used to impregnate, where appropriate, the fibers during the pultrusion step and the polymer material used to impregnate the fibers of the filament winding are advantageously chosen from the group consisting of resins, in particular thermosetting resins , in particular epoxy or polyurethane resins, or thermoplastic resins, in particular resins based on polyamide.
  • Epoxy resins are preferred. They provide good stiffness and aging properties.
  • the tubing sections can be held to the mandrel using a polymeric material.
  • This polymeric material then serves as an adhesive between the tubing sections and the mandrel.
  • said polymer used to hold the pipe sections on the mandrel is preferably the same as the polymeric material used to impregnate the fibers of the filament winding, these polymers preferably consisting of a thermosetting resin.
  • the tube sections can be arranged on the mandrel so as to be at a distance from each other, being arranged substantially parallel to each other, preferably equidistant from each other, two adjacent tube sections not being contiguous but leaving between them a longitudinal space , being separated by a distance of between 150 mm and 800 mm, preferably between 300 mm and 650 mm.
  • the mandrel is advantageously a cylindrical mandrel, in particular hollow, preferably of circular section, made in particular of metal, in particular of aluminum.
  • the mandrel can have a cross-section with a larger dimension of between 850 mm and 2050 mm, preferably between 1500 mm and 1900 mm.
  • the largest dimension of the cross section of the mandrel may or may not vary along the longitudinal axis, in particular depending on the shape of the desired axisymmetric part.
  • the tube made in step a) can have a larger cross-sectional dimension between 1000 and 2500 mm.
  • the tube may have a circular cross-section.
  • the tube may have a substantially triangular cross-section, preferably with the corners of the apexes rounded.
  • the triangular profile can be cut into three sections of tube each comprising a vertex of the triangle.
  • the mandrel will then preferably have a cross section with vertices similar to those of the tube, making it possible to easily position each of the tube sections.
  • the vertices can have different shapes from each other. It should be noted that the elliptical and triangular profiles can be adapted when the part is a mast, in particular with respect to the mechanical loading conditions.
  • the cross-section of the tube can vary along the longitudinal axis of the tube.
  • the internal cross-section of the tube remains constant.
  • the external cross-section of the tube may still be greater at the foot of the part, in particular the mast, while the external cross-section at the center of the part, along the longitudinal axis thereof, is smaller than at the head. of the part, in particular of the mast.
  • Other sizes are of course possible, depending on the technology used.
  • the number of tube sections made in step b and/or arranged around the mandrel in step c is for example between 2 and 5, preferably between 3 and 4.
  • the method may include an additional step consisting in carrying out a lower filament winding around the mandrel before carrying out step c, that is to say before arranging the tube sections around the mandrel thus coated.
  • the lower filament winding is then found under the tube sections. The method then makes it possible to surround the tube sections internally and externally with filament windings.
  • the fibers in the lower filament winding can be the same or different from the fibers in the filament winding. They can be impregnated with a polymeric material in the same way as described above for the filament winding, before or during the lower filament winding.
  • the mandrel comprises on its outer surface recessed reliefs intended to receive the tube sections, preferably of complementary shape.
  • the recessed reliefs are for example provided to have a height equal to the thickness of the tube sections so that the latter are flush with the remaining outer surface, excluding recessed relief, of the mandrel, the filament winding then forming a cylinder having an outer surface substantially devoid of protruding or recessed reliefs.
  • the mandrel has an outer surface devoid of recessed or protruding reliefs, the tube sections being arranged in extra thickness, so that the filament winding forms a cylinder having an outer surface with protruding and recessed reliefs , including reliefs corresponding to the shape and dimensions of the underlying tube sections.
  • choice of one or the other of these two embodiments may be dictated by an aesthetic choice, processability and/or mechanical performance desired for the final axisymmetric part.
  • the tubing sections may cover part of the mandrel length only.
  • the filament winding can also be carried out on one or parts of the peripheral mandrel not covered by sections of tube.
  • Step a and step b can be carried out at least twice and, in step c, tube sections belonging to different tubes made in steps a and cut in steps b can be superimposed.
  • Steps c and d can be repeated several times, in particular in the thickness of the stack, to mix the fiber orientations.
  • the method may comprise the step consisting in arranging sections of tube above the filament winding and then in carrying out a filament winding on these sections of tube, this step being able to be implemented one or more times, in particular depending on thickness and/or desired properties.
  • This makes it possible to provide blocking folds, that is to say not oriented along the longitudinal axis, therefore folds with an orientation different from 0°, these folds being those of the filament windings. It is thus possible to produce a hollow axisymmetric part comprising several layers of tube sections superimposed at least partially or not, each layer of tube sections being separated from the layer of adjacent tube sections by a filament winding, an outer filament winding preferably covering the whole thing.
  • the mandrel can itself be made of composite pultrusion and form an integral part of the final part.
  • Such an embodiment makes it possible to reduce the manufacturing tools, but also to make the mandrel play a structural role on the final part.
  • Tooling costs would be reduced, there would no longer be a mold preparation stage which requires labor and the use of toxic products, nor the problem of unmolding the final part which requires labor work, sometimes substantial resources on large parts and generates a risk of damage to the part during the demoulding of very large parts. Cycle times and therefore manufacturing costs would be optimized.
  • repair operations related to the tearing of fibers during demolding would be reduced.
  • the axisymmetric part preferably has a circular inner and/or outer section, with a nominal thickness of between 30 and 60 mm, preferably equal to 40 mm, the thickness possibly varying over the circumference and/or over the length of the part. being between 10 mm and 100 mm.
  • the total length of the axisymmetric part can be between 10 m and 150 m, preferably between 50 m and 100 m, in particular equal to approximately 75 m.
  • the width of the axisymmetric part can be between 1 m and 2.5 m, in particular about 2 m.
  • Such a part advantageously consists of a mast for an ocean liner.
  • FIG 1 Figure 1 schematically shows in perspective the implementation of a step of the method according to the invention
  • FIG 2 schematically shows in cross-sectional view the tube resulting from the step illustrated in Figure 1 during a subsequent cutting step
  • FIG 3 schematically shows a cross-sectional view of the tube after implementation of the cutting step illustrated in Figure 2,
  • FIG 4 schematically represents the tube sections on mandrel during the implementation of a step of the method according to the invention following the step illustrated in figure 2,
  • FIG 5 schematically shows in cross section the tube sections on mandrel with filament winding during the implementation of a step of the method according to the invention following the step illustrated in Figure 4,
  • FIG 6 Figure 6 schematically shows in cross section the axisymmetric part according to the invention obtained using the method according to the invention
  • FIG 7 schematically represents and in perspective in side view the axisymmetric part according to the invention obtained with the process according to the invention
  • figure 8 schematically represents an additional step of the process according to the invention which can be implemented in a particular embodiment
  • Figure 9 is a view similar to Figure 2 of another example of a tube
  • Figure 10 is a view similar to Figure 4 of tube sections obtained from the tube of Figure 9, arranged on a mandrel,
  • FIG 11 is a view similar to figure 6 of another example of a part
  • FIG 12 Figure 12 schematically shows in cross section an example of a part made using the method according to the invention
  • FIG 13 Figure 13 schematically shows in cross section an example of a part produced using the method according to the invention
  • Figure 14 schematically shows in cross section an example of a part made using the method according to the invention
  • FIG 15 figure 15 schematically shows in cross section an example of a part produced using the method according to the invention.
  • FIG 16 Figure 16 schematically shows in cross section an example of a part made using the method according to the invention.
  • the first step of the manufacturing process according to the invention consists in producing a tube extending along the longitudinal axis X by pultrusion of fibers with, in this example, impregnation of the fibers with a polymer material under liquid form, in a bath, in this case a thermosetting resin consisting of an epoxy or polyurethane resin.
  • This first step consists in impregnating, in this example, with epoxy or polyurethane resin rovings of fibers 1 consisting in the example illustrated of continuous carbon fibers assembled in rovings and introducing them into a pultrusion die F in which, manner known per se, they are shaped and heated so as to obtain, as shown, at the outlet of the die F, a tube 2 of longitudinal axis X, and of section, in this example, circular.
  • the fibers 1 are oriented along the longitudinal axis X and are not offset with respect to this axis X, at least for 80% of them.
  • the fiber rovings are not impregnated with polymer material before passing through the pultrusion die.
  • the tube obtained after pultrusion is fibrous and dry, optionally comprising a binder.
  • the pultrusion die is then adapted, of course.
  • the second step of the method according to the invention consists in making cutouts on the tube 2, to form, as illustrated in FIG. 3, sections tube 4.
  • the cuts are shown schematically in Figure 2 using scissors although these cuts are not made by scissors but using tube cutting tools in a known manner.
  • 4 is different and for example between two and five, in particular equal to three.
  • the sections of tubes 4 are arranged around a mandrel M, cylindrical and solid, made of aluminum, so that the sections of tubes 4 substantially hug an outer surface S of the mandrel M.
  • an inner face 5 of each tube section 4 is in contact with the outer surface S of the mandrel M.
  • the tube sections 4 are arranged on the mandrel M so as to be at a distance from each other, being arranged substantially parallel to each other, equidistant from each other. Two adjacent tube sections 4 are thus not contiguous but leave between them a longitudinal space, being separated by a distance d equal to approximately 400 mm.
  • the tube sections 4 are fixed on the mandrel M using a polymeric material.
  • the mandrel M has on its outer surface
  • recessed reliefs R provided to receive and receiving, as shown in Figure 4, the tube sections 4, the recessed reliefs R being, in the example shown, complementary shapes to the tube sections 4.
  • the reliefs in hollow R have a height h substantially equal to the thickness e of the tube sections 4.
  • the tube sections 4 are flush with the remaining outer surface Sr, excluding the hollow reliefs R, of the mandrel M.
  • FIG. 5 schematically illustrates a subsequent step of the method according to the invention. This step consists in carrying out a filamentary winding 6, in this external example, of fibers 7 around the mandrel M and the sections of tubes 4.
  • the fibers 7 are formed into rovings and made up of continuous carbon fibers, like the fibers 1 used to make the tube 2 during the pultrusion step.
  • the mandrel M can be rotated around its axis of rotation A in the direction illustrated by the curved arrow.
  • the creel which deposits the fiber rovings, advances or retreats in translation on the rotating mandrel M.
  • the outer filament winding 6 consists of alternately depositing layers of fibers 7 oriented with respect to the longitudinal axis X by +45°, -45° and 90°, in a regular manner. A triaxial layer is thus obtained with angle orientations of +45°, -45° and 90°.
  • the outer filament winding 6 is made according to a succession of layers with fiber orientations at the following angles: +45 90 -45 +45 90 -45°.
  • the fibers 7 of the filament winding 6 are impregnated with a polymer material consisting in the example illustrated of an epoxy resin.
  • the polymer material used in this example to fix the tube sections 4 on the mandrel M is the same polymer material as that which impregnates the fibers 7 of the filament winding 6, that is to say an epoxy resin in this example .
  • the hollow axisymmetric part 10 obtained using the method according to the invention is illustrated in FIGS. 6 and 7. As can be seen in these figures, it is in the form of a hollow cylindrical tube of circular outer section and of longitudinal X.
  • the tube sections 4 internally form a relief as seen.
  • the nominal thickness of the axisymmetric part 10 is between 30 and 60 mm, being in the example illustrated equal to 40 mm.
  • the thickness varies around the circumference as visible but also not visible in the figures over the length of the part along the longitudinal axis X and can be between 10 mm and 100 mm.
  • the total length of the axisymmetric part 10 is equal to approximately 85 m
  • the width of a cross section is approximately 2 m
  • the mandrel M has an outer surface Se devoid of relief, being of circular section.
  • the tube sections 4 then come to form a relief, as visible above the surface of the mandrel M.
  • the hollow axisymmetric part 10 which will be obtained will present in cross section a circular inner section and an outer section with corresponding longitudinal reliefs to the extra thicknesses formed by the pipe sections 4.
  • an additional step consisting in making a lower filament winding 9 around the mandrel M has been implemented.
  • This additional step is carried out before the step of arranging the tube sections 4 on the mandrel M.
  • the lower filament winding 9 can be carried out in the same way, by rotating the mandrel M around the axis of rotation A, and with the same type of fibers and the impregnation of the same polymer material as for the filament winding 6, as described above.
  • the tube sections 4 are placed on the lower filament winding 9 on the mandrel M then the filament winding 6 is carried out above the assembly formed by the lower filament winding 9 and tube sections 4.
  • the tube 2 has a substantially triangular cross section, with the corners of the rounded corners, as seen in Figure 9.
  • the triangular profile is cut into three sections of tube each comprising a vertex of the triangle, as can be seen in FIG. 9 also.
  • the mandrel M has a cross section with similar vertices making it possible to easily position each of the tube sections 4, as shown in Figure 10.
  • portions of core N made of foam or honeycomb have been inserted between the tube sections 4, on the three sides of the triangle, as shown.
  • the mandrel M is, in this example, also made of composite pultrusion and is an integral part of the final part.
  • a rotating spindle B is present around Spindle A.
  • the shape remains triangular in cross section but if the mandrel is not an integral part of the final part or if the core portions are not present.
  • the layers of filament winding 6 and 9 are at +45° and -45° °, alternated with sections of tube 4 with fiber orientation at 0°. Tubes of different dimensions will thus be produced for each layer of tube sections 4 taking into account the increase in thickness and therefore in the total circumference.
  • a lower filament winding 9 is placed under a first layer of tube sections 4, which is placed under a filament winding 6, then there is a second layer of tube sections 4, a new filament winding 6, a third layer of tube sections 4 and a new filament winding 6, which is external.
  • the largest dimension of the cross section, in particular the diameter, of the tube 2 is preferably smaller than that, in particular the diameter, of the mandrel M.
  • the tube sections 4 cover part of the length of the mandrel M only and the filament winding 6 is then also carried out on one or parts of the peripheral mandrel not covered by tube sections 4 .
  • the pultrusion step and the tube 2 cutting step are carried out at least twice and, in the next step, tube sections 4 belonging to different tubes 2 are superimposed. made in the pultrusion step.
  • the part 10 has an inner cross section 11 of substantially rectangular shape with rounded corners and an outer cross section 12 of elliptical shape, elongated like the rectangle of the inner cross section 11.
  • the shape of the part 10 in cross section is the same as in the embodiment of Figure 12, except that the outer cross section has a substantially straight side 13, parallel to a side of the rectangle of the inner cross section 11.
  • the shape of the part 10 in cross section is the same as in the embodiment of Figure 13, except that the section inner transverse 11 has two ribs 14 extending inwards, perpendicular to the side of the rectangle from which they extend.
  • Figure 15 illustrates a generally triangular shape of part 10, with an inner cross-section 11 of triangular shape and an outer cross-section 12 of triangular shape with rounded corners and sides.
  • Figure 16 illustrates another part 10 having the shape of that of Figure 15, with two inner ribs 14 extending inwards from one side of the triangle of the inner cross section 11 perpendicular to this side. .

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

Procédé de fabrication d'une pièce axisymétrique (10) creuse en matériau composite s'étendant selon un axe longitudinal (X), comportant les étapes suivantes : a) Etape a : réaliser un tube (2) par pultrusion de fibres (1) avec ou sans imprégnation des fibres (1) avec un matériau polymère, b) Etape b : découper le tube (2) dans sa longueur en une pluralité de sections de tube (4), c) Etape c : disposer tout ou partie des sections de tube (4) autour d'un mandrin (M) cylindrique, d) Etape d : réaliser un enroulement filamentaire (6) de fibres (7) autour du mandrin (M) et des sections de tube (4).

Description

Description
Titre : PROCEDE DE FABRICATION D’UNE PIECE AXISYMETRIQUE CREUSE EN MATERIAU COMPOSITE DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce axisymétrique creuse en matériau composite ainsi qu’une telle pièce obtenue par ce procédé.
En particulier, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce axisymétrique creuse en matériau composite de grandes dimensions, notamment de longueur supérieure à 50 m, par exemple destinée à former un mât de bateau, notamment de paquebot. Technique antérieure
Les mâts de bateaux de grandes dimensions, notamment de bateaux à voiles, d’une longueur par exemple égale à 85 m, sont réalisés généralement à l’aide de procédés coûteux en main d’œuvre, en matériaux (préimprégnés), en outillage. De plus, ces procédés nécessitent de nombreuses opérations manuelles, avec réalisation de raccords, de recouvrements entre plis, de découpes, de compactages, ce qui génère en particulier des coûts et des risques de défauts.
Par ailleurs, de tels procédés ne permettent pas, du fait des moyens existants et des infrastructures d’atelier, de réaliser d’une seule pièce le mât présentant une longueur supérieure à 50 m, de telle sorte qu’il est nécessaire d’assembler des tronçons entre eux pour réaliser le mât. De plus, les mâts sont obtenus en demi-coques, ce qui nécessite un collage structural au niveau du joint, sur la longueur du mât. Les zones d’assemblage et de jonctions par collage sont des zones généralement plus fragiles qui sont les premières à rompre sous sollicitations dynamiques, notamment avec le vieillissement de la structure en environnement humide. Chaque zone d’assemblage ou de jonction constitue une zone de faiblesse diminuant la performance du mât.
De plus, du point de vue du procédé, l’assemblage nécessite une logistique complexe (avec des risques d’endommagement lors du transfert de nombreux éléments), des outillages spécifiques, des opérations préalables de contrôle, de parachèvement, voire de réparations avant d’assurer l’accostage et la mise en position de pièces à assembler. Réaliser des assemblages génère des problématiques de tolérances géométriques, demande une quantité significative d’outillages, nécessite une durée importante de mise en œuvre et engendre donc des coûts de fabrication et/ou réparation conséquents. Enfin, la réalisation d’un tel mât selon les procédés actuels est coûteuse, d’autant plus que la longueur des tronçons est réduite et que le nombre de jonctions est élevé.
Un moyen de cuisson d’une longueur de 100 m est certes envisageable, mais le coût pour ce dispositif spécifique serait exorbitant.
Il existe ainsi un besoin pour disposer d’un procédé de fabrication de pièce axisymétrique creuse en matériau composite, notamment de grande longueur, qui soit davantage automatisé, qui permette de réaliser la pièce en entier sans nécessiter d’assemblage ou en limitant le nombre d’assemblages, plus économe en main d’œuvre, en outillage et en matériau et permette d’obtenir une pièce aux propriétés mécaniques améliorées, notamment une meilleure résistance au flambement et sous sollicitations dynamiques.
Exposé de l’invention
L’invention vise à répondre à tout ou partie de ce besoin. Elle y parvient grâce à un procédé de fabrication d’une pièce axisymétrique creuse en matériau composite s’étendant selon un axe longitudinal, comportant les étapes suivantes : a) Etape a : réaliser un tube par pultrusion de fibres avec ou sans imprégnation des fibres avec un matériau polymère, b) Etape b : découper le tube dans sa longueur en une pluralité de sections de tube, c) Etape c : disposer tout ou partie des sections de tube autour d’un mandrin, notamment de manière à ce que les sections de tube épousent sensiblement une surface extérieure du mandrin, d) Etape d : réaliser un enroulement filamentaire de fibres autour du mandrin et des sections de tube, e) Etape e : le cas échéant démouler du mandrin la pièce axisymétrique creuse formée par l’enroulement filamentaire et les sections de tube.
Grâce à l’invention, on bénéficie d’un procédé qui permet de fabriquer d’un seul tenant la pièce axisymétrique, même si celle-ci est de grandes dimensions, par exemple de longueur supérieure à 50 m.
Ce procédé met en œuvre deux procédés automatisés, implémentés successivement, permettant d’obtenir des pièces creuses de section transversale fermée, l’un consistant en une pultrusion et l’autre consistant en la réalisation d’un enroulement filamentaire.
La pultrusion permet de faire des pièces de longueur presque infinie avec des taux de fibres volumiques jusqu’à 70%, avec des fibres très fortement orientées (unidirectionnelles) dans la direction de la pultrusion. Elle est utilisée pour des pièces fortement sollicitées en traction et en flexion dans une direction principale. Cette technologie très robuste et répétable permet de faire des profils de forme complexes. En revanche, elle ne permet pas de faire varier l’épaisseur du profil dans la longueur du profilé. Elle ne permet pas non plus d’orienter les fibres dans une direction désaxée par rapport à la direction de la pultrusion. Les pièces pultrudées possèdent donc de faibles performances en compression (flambement lors de la compression des fibres à 0°). Il est possible de faire de la pultrusion renforcée, également appelée pull-winding, par enroulement des renforts à 0° avec des fibres désaxées de 35° à 80°. Cela permet d’améliorer les propriétés des tubes soumis à des efforts de compression axiale, mais la pultrusion renforcée ne permet pas de faire varier les épaisseurs et les empilements (lâchers de plis à 0°, par exemple), dans la longueur d’une pièce axisymétrique. De plus, le procédé de pull-winding utilise des carrousels pour déposer les fibres désaxées et la taille des bobines de fils embarquées sur les carrousels n’est pas adaptée aux pièces de grandes dimensions (encombrement des bobines de fils ou rovings sur les carrousels ou de petites bobines nécessitant de nombreux temps de chargement/déchargement de bobines de fils).
L’enroulement filamentaire est aussi un procédé permettant de faire des pièces creuses très robustes. Cette technologie permet de réaliser des pièces avec un taux volumique de fibres TVf très élevé et est utilisée pour la réalisation de pièces sollicitées en pression interne telles que des réservoirs. Cette technologie est particulièrement adaptée aux pièces sollicitées en torsion, par exemple. Les fibres sont désaxées entre 45° et 90°. Il n’est pas possible d’orienter les fibres dans le sens longitudinal avec un angle inférieur à -45° sous risque de faire glisser les fibres sur le mandrin ou la forme moulante.
Ces deux procédés de pultrusion et d’enroulement filamentaire présentent l’avantage d’être peu coûteux. L’étape a comporte de préférence l’introduction dans une filière de pultrusion d’un ensemble de fibres, par exemple sous forme de mèches, de manière à produire ledit tube à la sortie de la filière.
L’étape a) peut comporter une étape d’imprégnation des fibres, notamment de mèches de fibres, à l’aide d’un matériau polymère, notamment d’une résine, de préférence thermodurcissable, avant passage dans une filière de pultrusion pour la réalisation du tube. L’imprégnation des fibres, notamment des mèches de fibres a de préférence lieu dans un bain de matériau polymère, notamment de résine. En variante, on intercale entre les fibres un matériau polymère sous forme de film de résine pré-polymérisé. Les fibres, après imprégnation, sont notamment rassemblées dans la filière de pultrusion. La filière de pultrusion est de préférence de courte dimension et chauffante. La filière de pultrusion permet de conformer la matière constituée par les fibres imprégnées, notamment les mèches de fibres imprégnées. Les fibres imprégnées et ainsi conformées en tube sont alors de préférence tirées hors de la filière de pultrusion et le tube formé est notamment acheminé sur des rouleaux et entraîné en rotation.
En variante, l’étape a) peut être réalisée sans imprégnation des fibres avec un matériau polymère, le tube réalisé par pultrusion consistant en une préforme sèche tubulaire pultrudée. Dans ce cas, aucune imprégnation n’est réalisée avant passage dans la filière de pultrusion. Le tube est alors réalisé essentiellement de fibres, avec éventuellement un liant. Une imprégnation ultérieure, par exemple par infusion dans un bain de matériau polymère, est de préférence alors prévue.
Les fibres à l’étape a) s’étendent de préférence longitudinalement ou sont orientées par rapport à l’axe longitudinal du tube selon un angle compris entre +20° ou -20°, notamment compris entre +10° et -10°. On obtient ainsi, à l’issue de l’étape a, un tube avec des fibres unidirectionnelles et/ou seulement légèrement désaxées.
En effet, le procédé de pultrusion permet généralement de réaliser avec la filière de pultrusion, un tube avec des fibres orientées selon une seule direction, dans le sens de la longueur de la pièce. Environ 80% des fibres sont par exemple orientées selon un angle nul par rapport à l’axe longitudinal du tube. Lors de la pultrusion, on peut rapporter une partie, notamment environ 20%, de fibres orientées selon un angle compris entre -20° et +20°. Ces dernières sont légèrement désaxées. L’enroulement filamentaire peut être réalisé de manière à obtenir au moins une couche, notamment biaxiale ou triaxiale, avec des orientations d’angles +45°, -45° et/ou 90°. L’enroulement filamentaire peut être réalisé selon une succession de couches avec des orientations de fibres d’angles suivants : +45o/90%45 +45 90%45° ou +457- 45707907+457-45° ou encore -457907+457-457907+45°.
Les fibres utilisées à l’étape a) de pultrusion et/ou les fibres utilisées à l’étape d) d’enroulement filamentaire sont de préférence choisies dans le groupe constitué par des fibres de carbone, notamment des fibres de carbone HR ou des fibres de carbone HM, des fibres de verre, notamment des fibres de verre R ou des fibres de verre E, et des fibres d’aramide, notamment de Kevlar®, de préférence des fibres de carbone, notamment continues. Les fibres peuvent avoir différentes catégories de raideur. Les fibres peuvent être à haute résistance. Les fibres peuvent être à haut module ou à module intermédiaire.
En particulier, il est possible de choisir des fibres de verre R, c’est-à-dire des fibres de verre à hautes performances, qui présentent un diamètre de filament de 10 pm, une masse volumique de 2500kg. m 3, un module d’élasticité de 86000MPa, un coefficient de Poisson de 0.2, une contrainte de rupture en traction de 3200MPa, un allongement à la rupture de 4%, un coefficient de dilatation thermique de 0.3*105K_1, une conductivité thermique à 20°C de 1°C_1 et une température limite d’utilisation de 700°C.
Il est encore possible de choisir des fibres de verre E, c’est-à-dire des fibres de verre pour applications courantes, qui présentent un diamètre de filament de 16 pm, une masse volumique de 2600kg. m 3, un module d’élasticité de 74000MPa, un module de cisaillement de 30000 GPa, un coefficient de Poisson de 0.25, une contrainte de rupture en traction de 2500MPa, un allongement à la rupture de 3.5%, un coefficient de dilatation thermique de 0.5* 105 K 1, une conductivité thermique à 20°C de 1°C_1 et une température limite d’utilisation de 700°C.
Il est encore possible de choisir des fibres d’aramide, nommées Kevlar®, qui présentent un diamètre de filament de 12 pm, une masse volumique de 1450kg.m 3, un module d’élasticité de 130000MPa, un module de cisaillement de 12000GPa, un coefficient de Poisson de 0.4, une contrainte de rupture en traction de 2900MPa, un allongement à la rupture de 2.3%, un coefficient de dilatation thermique de -0.2* 105 K 1 et une conductivité thermique à 20°C de 0.03°C_1. Il est encore possible de choisir des fibres de carbone HR, c’est-à-dire des fibres de carbone à haute résistance, qui présentent un diamètre de filament de 7 pm, une masse volumique de 1750kg.m 3, un module d’élasticité de 230000MPa, un module de cisaillement de 50000 GPa, un coefficient de Poisson de 0.3, une contrainte de rupture en traction de 3200MPa, un allongement à la rupture de 1.3%, un coefficient de dilatation thermique de 0.02* 105 K 1, une conductivité thermique à 20°C de 200°C_1, une conductivité à 800°C de 60°C_1 et une température limite d’utilisation supérieure à 1500°C.
Il est encore possible de choisir des fibres de carbone HM, c’est-à-dire des fibres de carbone à haut module, qui présentent un diamètre de filament de 6.5 pm, une masse volumique de 1800kg.m 3, un module d’élasticité de 390000MPa, un module de cisaillement de 20000 GPa, un coefficient de Poisson de 0.35, une contrainte de rupture en traction de 2500MPa, un allongement à la rupture de 0.6%, un coefficient de dilatation thermique de 0.08* 105 K 1 et une température limite d’utilisation supérieure à 1500°C.
Les fibres sont choisies de préférence en fonction des propriétés mécaniques recherchées telles que la résistance au chargement en torsion, en flexion, en compression, et des dimensions prévues de la pièce axisymétrique creuse finale ainsi éventuellement que de leur positionnement sur la pièce et des sollicitations mécaniques auxquelles elles doivent résister à l’endroit de la pièce où elles sont positionnées. Les fibres utilisées à l’étape a) de pultrusion et les fibres utilisées à l’étape d) d’enroulement filamentaire peuvent ainsi être différentes entre elles pour répondre à ces objectifs.
Les fibres utilisées à l’étape a) sont de préférence sous forme de mèches de fibres, notamment unitaires ou juxtaposées. Les mèches de fibres, notamment de fibres de carbone, peuvent être de type 24K ou 50K pour le nombre de filaments par exemple. Elles peuvent être choisies parmi celles qui sont commercialisées par les sociétés Mitsubishi, Dow Corning, Toray ou encore TEIJIN (TOHO TENAX), SGL, TEIJIN (TOHO TENAX), SGL, ZOLTEK, GURIT, HEXCELGURIT, HEXCEL.
Le procédé peut encore comporter l’étape consistant à imprégner les fibres de l’enroulement filamentaire avec un matériau polymère, notamment thermodurcissable, avant ou au cours de la réalisation de l’enroulement filamentaire autour du mandrin et des sections de tube. Pour l’imprégnation des fibres de l’enroulement filamentaire, un bain de matériau polymère, notamment de résine thermodurcissable, peut être présent pour permettre l’imprégnation des fibres au cours de l’enroulement filamentaire. En variante, les fibres peuvent être imprégnées avant la réalisation de l’enroulement filamentaire.
Le procédé peut comporter une étape de cuisson de manière à polymériser le matériau polymère, avec ou sans pression.
Le matériau polymère utilisé pour imprégner, le cas échéant, les fibres au cours de l’étape de pultrusion et le matériau polymère utilisé pour imprégner les fibres de l’enroulement filamentaire sont avantageusement au moins compatibles entre eux, voire sont les mêmes matériaux polymères. En variante, une couche d’adhésif, par exemple un film d’une colle, peut être prévue à l’interface entre sections de tube et enroulement filamentaire, de manière à assurer la cohésion entre ceux-ci au sein de la pièce axisymétrique.
Cette compatibilité ou l’ajout d’un adhésif permet d’avoir une bonne qualité d’interface entre sections de tube et enroulement(s) filamentaire. Une bonne qualité de l’interface est importante. En effet, la pièce axisymétrique, au cours de sa durée de vie, peut subir des endommagements dans sa structure qui peuvent avoir des conséquences sur le mode de sollicitation de la pièce. Des efforts de cisaillement peuvent transiter, essentiellement dans la matrice polymère de la pièce, entre les sections de tube et l’enroulement filamentaire à l’interface entre ceux-ci.
Le matériau polymère utilisé pour imprégner, le cas échéant, les fibres au cours de l’étape de pultrusion et le matériau polymère utilisé pour imprégner les fibres de l’enroulement filamentaire sont avantageusement choisis dans le groupe constitué par les résines, notamment les résines thermodurcissables, en particulier les résines époxy ou polyuréthane, ou les résines thermoplastiques, en particulier les résines à base de polyamide.
Les résines époxy sont préférées. Elles permettent d’avoir des bonnes propriétés de raideur et vis-à-vis du vieillissement.
Au cours de l’étape c, on peut maintenir les sections de tube sur le mandrin en utilisant un matériau polymère. Ce matériau polymère sert alors d’adhésif entre les sections de tube et le mandrin.
Dans ce cas et dans le cas où le procédé comporte l’étape consistant à imprégner les fibres de l’enroulement filamentaire avec un matériau polymère, ledit polymère utilisé pour maintenir les sections de tube sur le mandrin est de préférence le même que le matériau polymère utilisé pour imprégner les fibres de l’enroulement filamentaire, ces polymères étant de préférence constitués par une résine thermodurcissable. Les sections de tube peuvent être disposées sur le mandrin de manière à être à distance les unes des autres, étant disposées sensiblement parallèlement entre elles, de préférence à équidistance entre elles, deux sections de tube adjacentes étant non jointives mais laissant entre elles un espace longitudinal, étant séparées d’une distance comprise entre 150 mm et 800 mm, de préférence entre 300 mm et 650 mm.
Le mandrin est avantageusement un mandrin cylindrique, notamment creux, de préférence de section circulaire, réalisé notamment en métal, en particulier en aluminium. Le mandrin peut présenter une section transversale de plus grande dimension comprise entre 850 mm et 2050 mm, de préférence entre 1500 mm et 1900 mm. La plus grande dimension de la section transversale du mandrin peut varier ou non selon l’axe longitudinal, notamment en fonction de la forme de la pièce axisymétrique souhaitée.
Le tube réalisé à l’étape a) peut présenter une plus grande dimension de section transversale comprise entre 1000 et 2500 mm.
Le tube peut présenter une section transversale circulaire.
En variante, le tube peut présenter une section transversale sensiblement triangulaire, de préférence avec les angles des sommets arrondis. Dans ce cas, le profilé triangulaire peut être découpé en trois sections de tube comportant chacune un sommet du triangle. Le mandrin présentera alors de préférence une section transversale avec des sommets similaires à ceux du tube permettant de positionner aisément chacune des sections de tube. Les sommets peuvent présenter des formes différentes les uns des autres. Il est à noter que les profils elliptiques et triangulaires peuvent être adaptés lorsque la pièce est un mât, notamment vis-à-vis des conditions de chargement mécaniques.
La section transversale du tube peut varier selon l’axe longitudinal du tube. En variante, la section transversale intérieure du tube reste constante. La section transversale extérieure du tube peut encore être plus grande au pied de la pièce, notamment du mât, tandis que la section transversale extérieure au centre de la pièce, selon l’axe longitudinal de celle- ci, est plus faible qu’en tête de la pièce, notamment du mât. D’autres dimensionnements sont bien entendu possibles, en fonction de la technologie utilisée.
Le nombre de sections de tube réalisées à l’étape b et/ou disposées autour du mandrin à l’étape c est compris par exemple entre 2 et 5, de préférence entre 3 et 4.
Le procédé peut comporter une étape supplémentaire consistant à réaliser un enroulement filamentaire inférieur autour du mandrin avant de réaliser l’étape c, c’est-à-dire avant de disposer les sections de tube autour du mandrin ainsi enrobé. L’enroulement filamentaire inférieur se retrouve alors sous les sections de tube. Le procédé permet alors d’entourer intérieurement et extérieurement les sections de tube avec des enroulements filamentaires.
Les fibres de l’enroulement filamentaire inférieur peuvent être les mêmes ou différentes des fibres de l’enroulement filamentaire. Elles peuvent être imprégnées d’un matériau polymère de la même manière que décrit plus haut pour l’enroulement filamentaire, avant ou au cours de l’enroulement filamentaire inférieur.
Selon un mode de réalisation particulier, le mandrin comporte sur sa surface extérieure des reliefs en creux destinés à recevoir les sections de tube, de préférence de forme complémentaire. Dans ce cas, les reliefs en creux sont par exemple prévus pour présenter une hauteur égale à l’épaisseur des sections de tube de telle sorte que ces dernières affleurent sur la surface extérieure restante, hors relief en creux, du mandrin, l’enroulement filamentaire formant alors un cylindre présentant une surface extérieure sensiblement dépourvue de reliefs en saillie ou en creux.
En variante, le mandrin présente une surface extérieure dépourvue de reliefs en creux ou en saillie, les sections de tube étant disposées en surépaisseur, de telle sorte que l’enroulement filamentaire forme un cylindre présentant une surface extérieure avec des reliefs en saillie et en creux, notamment des reliefs correspondant à la forme et aux dimensions des sections de tube sous-jacents.
Le choix de l’un ou l’autre de ces deux modes de réalisation peut être dicté par un choix esthétique, de processabilité et/ou de performances mécaniques souhaité pour la pièce axisymétrique finale.
Au cours de l’étape c, les sections de tube peuvent couvrir une partie de la longueur du mandrin seulement. Dans ce cas, au cours de l’étape d, l’enroulement filamentaire peut être réalisé aussi sur une ou des parties du mandrin de pourtour non recouvert par des sections de tube.
On peut réaliser au moins deux fois l’étape a et l’étape b et, à l’étape c, on peut superposer des sections de tube appartenant à des tubes différents réalisés aux étapes a et découpés aux étapes b.
Les étapes c et d peuvent être répétées plusieurs fois, notamment dans l’épaisseur de l’empilement, pour mélanger les orientations de fibres. Le procédé peut comporter l’étape consistant à disposer au-dessus de l’enroulement filamentaire des sections de tube puis à réaliser un enroulement filamentaire sur ces sections de tube, cette étape pouvant être mise en œuvre une ou plusieurs fois, notamment en fonction de l’épaisseur et/ou des propriétés recherchées. Cela permet d’apporter des plis de blocage, c’est-à-dire non orientés selon l’axe longitudinal donc des plis d’orientation différente de 0°, ces plis étant ceux des enroulements filamentaires. On peut ainsi réaliser une pièce axisymétrique creuse comportant plusieurs couches de sections de tubes superposées au moins partiellement ou non, chaque couche de sections de tube étant séparée de la couche de sections de tube adjacente par un enroulement filamentaire, un enroulement filamentaire extérieur recouvrant de préférence le tout.
Le mandrin peut lui-même être réalisé en pultrusion composite et faire partie intégrante de la pièce finale. Un tel mode de réalisation permet de réduire les outillages de fabrication, mais aussi de faire jouer au mandrin un rôle structurel sur la pièce finale. Les coûts des outillages seraient réduits, il n’y aurait plus d’étape de préparation des moules qui nécessite de la main d’œuvre et l’utilisation de produits toxiques, ni de problématique de démoulage de la pièce finale qui nécessite de la main d’œuvre, parfois des moyens conséquents sur de grandes pièces et génère un risque d’endommagement de la pièce lors du démoulage de très grandes pièces. Les temps de cycle et donc les coûts de fabrication en seraient optimisés. De plus, les opérations de réparation liées aux arrachements de fibres lors des démoulages seraient réduites.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, une pièce axisymétrique creuse réalisée à l’aide du procédé tel que défini plus haut. La pièce axisymétrique présente de préférence une section intérieure et/ou extérieure circulaire, avec une épaisseur nominale comprise entre 30 et 60 mm, de préférence égale à 40 mm, l’épaisseur pouvant varier sur la circonférence et/ou sur la longueur de la pièce en étant comprise entre 10 mm et 100 mm. La longueur totale de la pièce axisymétrique peut être comprise entre 10 m et 150 m, de préférence entre 50 m et 100 m, notamment égale à 75 m environ. La largeur de la pièce axisymétrique peut être comprise entre 1 m et 2,5 m, notamment d’environ 2 m.
Une telle pièce consiste avantageusement en un mât pour paquebot.
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 perspective la mise en œuvre d'une étape du procédé selon l'invention,
[Fig 2] la figure 2 représente de manière schématique en vue en section transversale le tube issu de l'étape illustrée sur la figure 1 lors d'une étape ultérieure de découpe,
[Fig 3] la figure 3 représente de manière schématique en vue section transversale le tube après mise en œuvre de l'étape de découpe illustrée sur la figure 2,
[Fig 4] la figure 4 représente de manière schématique les sections de tube sur mandrin lors de la mise en œuvre d'une étape du procédé selon l'invention suivant l'étape illustrée sur la figure 2,
[Fig 5] la figure 5 représente de manière schématique en coupe transversale les sections de tube sur mandrin avec enroulement filamentaire lors de la mise en œuvre d'une étape du procédé selon l'invention suivant l'étape illustrée sur la figure 4,
[Fig 6] la figure 6 représente de manière schématique en coupe transversale la pièce axisymétrique selon l'invention obtenue à l'aide du procédé selon l'invention,
[Fig 7] la figure 7 représente de manière schématique et en perspective en vue de côté la pièce axisymétrique selon l'invention obtenue avec le procédé selon l'invention, [Fig 8] la figure 8 représente de manière schématique une étape supplémentaire du procédé selon l'invention pouvant être mise en œuvre dans un mode de réalisation particulier,
[Fig 9] la figure 9 est une vue similaire à la figure 2 d’un autre exemple de tube, [Fig 10] la figure 10 est une vue similaire à la figure 4 des sections de tube obtenues à partir du tube de la figure 9, disposées sur un mandrin,
[Fig 11] la figure 11 est une vue similaire à la figure 6 d’un autre exemple de pièce,
[Fig 12] la figure 12 représente de manière schématique et en coupe transversale un exemple de pièce réalisée à l’aide du procédé selon l’invention,
[Fig 13] la figure 13 représente de manière schématique et en coupe transversale un exemple de pièce réalisée à l’aide du procédé selon l’invention, [Fig 14] la figure 14 représente de manière schématique et en coupe transversale un exemple de pièce réalisée à l’aide du procédé selon l’invention,
[Fig 15] la figure 15 représente de manière schématique et en coupe transversale un exemple de pièce réalisée à l’aide du procédé selon l’invention, et
[Fig 16] la figure 16 représente de manière schématique et en coupe transversale un exemple de pièce réalisée à l’aide du procédé selon 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 les figures 1, 2, 4 et 5 différentes étapes du procédé selon l'invention pour fabriquer une pièce axisymétrique creuse en matériau composite s'étendant selon un axe longitudinal X.
La première étape du procédé de fabrication selon l'invention, illustrée sur la figure 1, consiste à réaliser un tube s'étendant selon l'axe longitudinal X par pultrusion de fibres avec, dans cet exemple, imprégnation des fibres avec un matériau polymère sous forme liquide, en bain, en l’espèce une résine thermodurcissable constituée par une résine époxy ou polyuréthane.
Cette première étape consiste à imprégner, dans cet exemple, de résine époxy ou polyuréthane des mèches de fibres 1 consistant dans l'exemple illustré en des fibres de carbone continues assemblées en mèches et à les introduire dans une filière F de pultrusion dans laquelle, de manière connue en soi, elles sont mises en forme et chauffées de manière à obtenir, comme illustré, à la sortie de la filière F, un tube 2 d’axe longitudinal X, et de section, dans cet exemple, circulaire. Les fibres 1 sont orientées selon l'axe longitudinal X et ne sont pas désaxées par rapport à cet axe X, au moins pour 80% d'entre elles.
On ne sort pas du cadre de l’invention si les mèches de fibres sont non imprégnées de matériau polymère avant passage dans la filière de pultrusion. Dans ce cas, le tube obtenu après pultrusion est fibreux et sec, comportant éventuellement un liant. La filière de pultrusion est alors adaptée, bien entendu.
La deuxième étape du procédé selon l’invention, illustrée sur la figure 2, consiste à réaliser des découpes sur le tube 2, pour former, comme illustré sur la figure 3, des sections de tube 4. Les découpes sont schématisées sur la figure 2 à l'aide de ciseaux bien que ces découpes ne soient pas réalisées par des ciseaux mais à l’aide d’outils de découpe de tube de manière connue en soi.
Dans l'exemple illustré, on réalise quatre sections de tube 4, comme visible sur la figure 3. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention si le nombre de sections de tube
4 est différent et par exemple compris entre deux et cinq, notamment égal à trois.
Dans une étape ultérieure, illustrée sur la figure 4, on dispose les sections de tubes 4 autour d'un mandrin M, cylindrique et plein, réalisé en aluminium, de manière à ce que les sections de tubes 4 épousent sensiblement une surface extérieure S du mandrin M. Ainsi, une face intérieure 5 de chaque section de tube 4 est en contact avec la surface extérieure S du mandrin M.
Dans l'exemple illustré, les sections de tube 4 sont disposées sur le mandrin M de manière à être à distance les unes des autres, étant disposées sensiblement parallèlement entre elles, à équidistance entre elles. Deux sections de tube 4 adjacentes sont ainsi non jointives mais laissent entre elles un espace longitudinal, étant séparées d'une distance d égale à 400 mm environ.
Les sections de tube 4 sont fixées sur le mandrin M à l'aide d'un matériau polymère.
Toujours dans l'exemple illustré, le mandrin M présente sur sa surface extérieure
5 des reliefs en creux R prévus pour recevoir et recevant, comme illustré sur la figure 4, les sections de tubes 4, les reliefs en creux R étant, dans l'exemple illustré, de formes complémentaires aux sections de tube 4. Les reliefs en creux R présentent une hauteur h sensiblement égale à l'épaisseur e des sections de tubes 4. Ainsi, les sections de tubes 4 affleurent à la surface extérieure restante Sr, hors reliefs en creux R, du mandrin M.
La figure 5 illustre schématiquement une étape ultérieure du procédé selon l'invention. Cette étape consiste à réaliser un enroulement filamentaire 6, dans cet exemple extérieur, de fibres 7 autour du mandrin M et des sections de tubes 4.
Dans l'exemple illustré, les fibres 7 sont formées en mèches et constituées de fibres de carbone continues, comme les fibres 1 utilisées pour réaliser le tube 2 lors de l’étape de pultrusion.
Pour réaliser l'enroulement filamentaire 6 extérieur, on peut faire tourner le mandrin M autour de son axe de rotation A dans le sens illustré à l'aide de la flèche incurvée. Le cantre, qui dépose les mèches de fibres, avance ou recule en translation sur le mandrin M qui tourne.
L'enroulement filamentaire 6 extérieur consiste à déposer alternativement des couches de fibres 7 orientées par rapport à l'axe longitudinal X de +45°, de -45°et de 90°, de manière régulière. On obtient ainsi une couche triaxiale avec des orientations d'angles de +45°, de -45°et de 90°. Dans cet exemple, l’enroulement filamentaire 6 extérieur est réalisé selon une succession de couches avec des orientations de fibres d’angles suivants : +45 90 -45 +45 90 -45°.
Au cours de l'enroulement filamentaire, on imprègne les fibres 7 de l'enroulement filamentaire 6 d'un matériau polymère consistant dans l'exemple illustré en une résine époxy.
Le matériau polymère utilisé dans cet exemple pour fixer les sections de tube 4 sur le mandrin M est le même matériau polymère que celui qui imprègne les fibres 7 de l'enroulement filamentaire 6, c'est-à-dire une résine époxy dans cet exemple.
Une fois l’enroulement filamentaire 6 terminé, on réalise une cuisson de l'ensemble des sections de tube 4 revêtues de l'enroulement filamentaire 6 afin de réaliser la polymérisation, avec ou sans pression.
On procède enfin au démoulage hors du mandrin M de la pièce axisymétrique creuse 10 ainsi obtenue.
La pièce axisymétrique creuse 10 obtenue à l’aide du procédé selon l’invention est illustrée sur les figures 6 et 7. Comme visible sur ces figures, elle se présente sous forme d'un tube cylindrique creux de section extérieure circulaire et d’axe longitudinal X. Les sections de tubes 4 forment intérieurement un relief comme visible.
L'épaisseur nominale de la pièce axisymétrique 10 est comprise entre 30 et 60 mm, étant dans l'exemple illustré égale à 40 mm. L'épaisseur varie sur la circonférence comme visible mais également de manière non visible sur les figures sur la longueur de la pièce selon l'axe longitudinal X et peut être comprise entre 10 mm et 100 mm. Dans l'exemple illustré, la longueur totale de la pièce axisymétrique 10 est égale à 85 m environ, la largeur d’une section transversale est d’environ 2 m, et elle consiste en un mât pour paquebot.
L'invention n'est bien entendu pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. Dans la variante illustrée sur la figure 8, le mandrin M présente une surface extérieure Se dépourvue de reliefs, étant de section circulaire. Les sections de tube 4 viennent alors former un relief, comme visible au-dessus de la surface du mandrin M. Ainsi, la pièce axisymétrique creuse 10 qui sera obtenue présentera en section transversale une section intérieure circulaire et une section extérieure avec des reliefs longitudinaux correspondant aux surépaisseurs formées par les sections de tube 4.
Toujours dans cet exemple, une étape supplémentaire consistant à réaliser un enroulement filamentaire inférieur 9 autour du mandrin M a été mise en œuvre. Cette étape supplémentaire est réalisée avant l'étape de disposition des sections de tube 4 sur le mandrin M. L’enroulement filamentaire inférieur 9 peut être réalisé de la même manière, en faisant tourner le mandrin M autour de Taxe de rotation A, et avec le même type de fibres et l'imprégnation du même matériau polymère que pour l'enroulement filamentaire 6, comme décrit plus haut. Dans ce cas, après avoir réalisé l'enroulement filamentaire inférieur 9, les sections de tube 4 sont disposées sur l'enroulement filamentaire inférieur 9 sur le mandrin M puis l'enroulement filamentaire 6 est réalisé au-dessus de l'ensemble formé par l’enroulement filamentaire inférieur 9 et les sections de tube 4.
Dans l’exemple illustré sur les figures 9 et 10, le tube 2 présente une section transversale sensiblement triangulaire, avec les angles des sommets arrondis, comme visible sur la figure 9. Dans ce cas, le profilé triangulaire est découpé en trois sections de tube comportant chacune un sommet du triangle, comme visible sur la figure 9 également. Le mandrin M présente une section transversale avec des sommets similaires permettant de positionner aisément chacune des sections de tube 4, comme visible sur la figure 10.
Toujours dans cet exemple, on a inséré entre les sections de tube 4, sur les trois côtés du triangle, comme visible, des portions d’âme N en mousse ou nid d’abeille.
Le mandrin M est, dans cet exemple, également réalisé en pultrusion composite et fait partie intégrante de la pièce finale.
Une broche rotative B est présente autour de Taxe de rotation A.
On ne sort pas du cadre de l’invention si la forme reste triangulaire en section transversale mais si le mandrin ne fait pas partie intégrante de la pièce finale ni si les portions d’âme ne sont pas présentes. Par ailleurs, on peut alterner des couches de sections de tube 4 et d’enroulement filamentaire 6. On a représenté un tel mode de réalisation sur la figure 11. Les couches d’enroulement filamentaire 6 et 9 sont à +45° et -45°, alternées avec des sections de tube 4 avec orientation des fibres à 0°. On réalisera ainsi des tubes de différentes dimensions pour chaque couche de sections de tube 4 en prenant en compte l’augmentation de l’épaisseur et donc de la circonférence totale. Dans cet exemple, un enroulement filamentaire inférieur 9 est disposé sous une première couche de sections de tube 4, laquelle est disposée sous un enroulement filamentaire 6, puis on a une deuxième couche de sections de tube 4, un nouvel enroulement filamentaire 6, une troisième couche de sections de tube 4 et un nouvel enroulement filamentaire 6, lequel est extérieur.
Dans l'exemple illustré, on dispose toutes les sections de tube 4 autour du mandrin M mais on pourrait n'en disposer qu'une partie sans sortir du cadre de l'invention.
La plus grande dimension de la section transversale, notamment le diamètre, du tube 2 est de préférence inférieure à celle, notamment au diamètre, du mandrin M.
Dans un mode de réalisation non illustré, les sections de tube 4 couvrent une partie de la longueur du mandrin M seulement et l’enroulement filamentaire 6 est alors réalisé aussi sur une ou des parties du mandrin de pourtour non recouvert par des sections de tube 4.
Dans un autre mode de réalisation non illustré, on réalise au moins deux fois l’étape de pultrusion et l’étape de découpage du tube 2 et, à l’étape suivante, on superpose des sections de tube 4 appartenant à des tubes 2 différents réalisés à l’étape de pultrusion.
On a représenté sur les figures 12 à 16 différentes possibilités de sections transversales, intérieures ou extérieures, pour la pièce 10 axisymétrique creuse, présentant une section transversale intérieure de forme différente de la section transversale extérieure.
Dans l’exemple de la figure 12, la pièce 10 présente une section transversale intérieure 11 de forme sensiblement rectangulaire aux coins arrondis et une section transversale extérieure 12 de forme elliptique, allongée comme le rectangle de la section transversale intérieure 11.
Dans l’exemple de la figure 13, la forme de la pièce 10 en section transversale est la même que dans le mode de réalisation de la figure 12, hormis le fait que la section transversale extérieure présente un côté 13 sensiblement rectiligne, parallèle à un côté du rectangle de la section transversale intérieure 11.
Dans l’exemple de la figure 14, la forme de la pièce 10 en section transversale est la même que dans le mode de réalisation de la figure 13, hormis le fait que la section transversale intérieure 11 présente deux nervures 14 s’étendant vers l’intérieur, perpendiculairement au côté du rectangle à partir duquel elles s’étendent.
La figure 15 illustre une forme de pièce 10 globalement triangulaire, avec une section transversale intérieure 11 de forme triangulaire et une section transversale extérieure 12 de forme triangulaire aux angles et côtés arrondis.
Enfin, la figure 16 illustre une autre pièce 10 présentant la forme de celle de la figure 15, avec deux nervures 14 intérieures s’étendant vers l’intérieur à partir d’un côté du triangle de la section transversale intérieure 11 perpendiculairement à ce côté.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication d’une pièce axisymétrique (10) creuse en matériau composite s’étendant selon un axe longitudinal (X), comportant les étapes suivantes : a) Etape a : réaliser un tube (2) par pultrusion de fibres (1) avec ou sans imprégnation des fibres (1) avec un matériau polymère, b) Etape b : découper le tube (2) dans sa longueur en une pluralité de sections de tube (4), c) Etape c : disposer tout ou partie des sections de tube (4) autour d’un mandrin (M) cylindrique, d) Etape d : réaliser un enroulement filamentaire (6) de fibres (7) autour du mandrin (M) et des sections de tube (4).
2. Procédé selon la revendication 1, l’étape a) comportant une étape d’imprégnation des fibres (1) à l’aide d’un matériau polymère, notamment d’une résine, de préférence thermodurcissable, avant passage dans une filière de pultrusion (F) pour la réalisation du tube (2).
3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les fibres (1) à l’étape a) s’étendent longitudinalement ou sont orientées par rapport à l’axe longitudinal du tube (2) selon un angle compris entre +20° ou -20°, notamment compris entre +10° et -10°.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enroulement filamentaire (6) est réalisé de manière à obtenir au moins une couche, notamment biaxiale ou triaxiale, avec des orientations d’angles +45°, -45° et/ou 90°.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant l’étape consistant à imprégner les fibres (7) de l’enroulement filamentaire (6) avec un matériau polymère, notamment thermodurcissable, avant ou au cours de la réalisation de l’enroulement filamentaire (6) autour du mandrin (M) et des sections de tube (4).
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, au cours de l’étape c, on maintient les sections de tube (4) sur le mandrin (M) en utilisant un matériau polymère.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les sections de tube (4) sont disposées sur le mandrin (M) de manière à être à distance les unes des autres, étant disposées sensiblement parallèlement entre elles, de préférence à équidistance entre elles, deux sections de tube (4) adjacentes étant séparées d’une distance (d) comprise entre 150 mm et 800 mm, de préférence entre 300 mm et 650 mm.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre de sections de tube (4) réalisées à l’étape b et/ou disposées autour du mandrin (M) à l’étape c est compris entre 2 et 5, de préférence entre 3 et 4.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une étape supplémentaire consistant à réaliser un enroulement filamentaire inférieur (9) autour du mandrin (M) avant de réaliser l’étape c.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mandrin (M) comporte sur sa surface extérieure (Se) des reliefs en creux (R) destinés à recevoir les sections de tube (4), les reliefs en creux (R) étant de préférence prévus pour présenter une hauteur (h) égale à l’épaisseur (e) des sections de tube (4) de telle sorte que ces dernières affleurent sur la surface extérieure restante (Sr), hors relief en creux (R), du mandrin (M), l’enroulement filamentaire (6) formant alors un cylindre présentant une surface extérieure sensiblement dépourvue de reliefs en saillie ou en creux.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le mandrin (M) présente une surface extérieure (Se) dépourvue de reliefs en creux ou en saillie, les sections de tube (4) étant disposées en surépaisseur, de telle sorte que l’enroulement filamentaire (6) forme un cylindre présentant une surface extérieure avec des reliefs en saillie et en creux, notamment des reliefs correspondant à la forme et aux dimensions des sections de tube (4) sous-jacents.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une étape e, après l’étape d, consistant à démouler du mandrin (M) la pièce axisymétrique (10) creuse formée par l’enroulement filamentaire (6) et les sections de tube (4).
13. Pièce axisymétrique (10) creuse en matériau composite s’étendant selon un axe longitudinal (X) réalisée à l’aide du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la pièce axisymétrique (10) présentant une section intérieure et/ou extérieure circulaire, avec une épaisseur nominale comprise entre 30 et 60 mm, de préférence égale à 40 mm, la longueur totale de la pièce axisymétrique (10) étant comprise entre 10 m et 150 m, de préférence entre 50 m et 100 m, notamment égale à 75 m environ.
14. Pièce selon la revendication précédente, consistant en un mât pour paquebot.
PCT/EP2022/068396 2021-07-05 2022-07-04 Procede de fabrication d'une piece axisymetrique creuse en materiau composite WO2023280753A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2107249A FR3124758B1 (fr) 2021-07-05 2021-07-05 Procédé de fabrication d’une pièce axisymétrique creuse en matériau composite
FRFR2107249 2021-07-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023280753A1 true WO2023280753A1 (fr) 2023-01-12

Family

ID=77711038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/068396 WO2023280753A1 (fr) 2021-07-05 2022-07-04 Procede de fabrication d'une piece axisymetrique creuse en materiau composite

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3124758B1 (fr)
WO (1) WO2023280753A1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3295558A (en) * 1964-06-01 1967-01-03 Whittaker Corp Filament wound structure
JPH04135736A (ja) * 1990-09-27 1992-05-11 Technopolis Hakodate Gijutsu Shinko Kyokai 繊維強化プラスチック管材の製造方法
US20070193676A1 (en) * 2004-06-04 2007-08-23 Jose Portoles Method For Producing A Highly Rigid Composite Material Tube, And Tube Obtained Thereby
DE102007048003A1 (de) * 2007-10-06 2009-04-09 Ikarus Solution Gmbh Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff und nach dem Verfahren hergestellte Bauteile
US20200347820A1 (en) * 2017-12-08 2020-11-05 Vestas Wind Systems A/S Insert for a wind turbine blade root

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3295558A (en) * 1964-06-01 1967-01-03 Whittaker Corp Filament wound structure
JPH04135736A (ja) * 1990-09-27 1992-05-11 Technopolis Hakodate Gijutsu Shinko Kyokai 繊維強化プラスチック管材の製造方法
US20070193676A1 (en) * 2004-06-04 2007-08-23 Jose Portoles Method For Producing A Highly Rigid Composite Material Tube, And Tube Obtained Thereby
DE102007048003A1 (de) * 2007-10-06 2009-04-09 Ikarus Solution Gmbh Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff und nach dem Verfahren hergestellte Bauteile
US20200347820A1 (en) * 2017-12-08 2020-11-05 Vestas Wind Systems A/S Insert for a wind turbine blade root

Also Published As

Publication number Publication date
FR3124758A1 (fr) 2023-01-06
FR3124758B1 (fr) 2023-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1924426B1 (fr) Procede de fabrication d une piece composite rtm et bielle composite obtenue selon ce procede
EP2263862B1 (fr) Procédé de fabrication de préformes tressées
EP2137445B2 (fr) Conduite flexible pour le transport des hydrocarbures à couche de maintien renforcée
EP2077183B1 (fr) Bride en composite avec partie d'usinage
EP2268474B1 (fr) Pièce structurale courbe en matériau composite et procédé de fabrication d'une telle pièce
FR2503024A1 (fr) Corps creux tubulaire, procede pour sa realisation ainsi que dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede
EP2906411B1 (fr) Procede de fabrication d'une bielle monobloc
FR2831479A1 (fr) Procede de fabrication de profils presentant un etat de surface specifique en resines synthetiques renforcees par des fibres et machine pour mettre en oeuvre le procede
EP2946033B1 (fr) Structure fibreuse pour pièce axisymétrique en matériau composite a diamètre évolutif et pièce la comportant
CA2064837C (fr) Conduite tubulaire flexible comportant une nappe d'armure agrafee et son procede de fabrication
FR3098754A1 (fr) Produit composite à paroi mince renforcé par des fils hybrides et procédé de fabrication d’un tel produit
FR2720795A1 (fr) Barres droites de transmission de forces longitudinales à base de matériaux composites renforcés.
FR2713663A1 (fr) Procédé de fabrication de pièces axisymétriques en composite à matrice métallique.
EP3152027B1 (fr) Procédé de fabrication de roue dentée avec cerclage de renfort
WO2023280753A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece axisymetrique creuse en materiau composite
EP3625038A1 (fr) Procédé de réalisation d'une pièce coudée en matériau composite et pièce coudée correspondante
WO2013006964A1 (fr) Tige courbée de renforcement ayant une résistance mécanique améliorée à l'endroit de sa courbure et méthode pour produire celle-ci
FR2645070A3 (fr) Elements de structure en materiau composite a pieces extremes de fixation, en metal et son procede de fabrication
WO2019234625A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece en materiau composite
EP3423249B1 (fr) Installation et procédé pour la formation d'une préforme fibreuse de révolution présentant en section radiale un profil évolutif
EP0434497B1 (fr) Procédé de réalisation par enroulement filamentaire d'un caisson annulaire avec raidisseurs internes
FR3100158A1 (fr) Texture fibreuse pour la fabrication d’une pièce en matériau composite et procédé de fabrication associé
FR2763380A1 (fr) Element profile allonge susceptible de changer de courbure et son procede de fabrication
FR2584018A1 (fr) Procede de fabrication d'un tube composite et produit obtenu
FR3081761A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece en matiere composite

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22735477

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22735477

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1