Brevet FR2012775A1 — publié le 19700320

La présente invention concerne le moulage de produits et de structures composites tels que des fuselages ou des ailes d'avions, des coques de navires et des caisses de véhicules automobiles. 5 On connaît déjà la technique de moulage de corps creux de faible poids én matières plastiques, consistant à charger une certaine quantité d'une matière plastique fluide ou pulvérulente dans tua moule, à faire tourner ce moule de manière à répartir la matière plastique contre les parois de la cavité 10 du moule et à laisser cette matière plastique se solidifier en un corps creux épousant la forme de la cavité du moule. On peut mouler diverses matières plastiques liquides et pulvérulentes pour former des corps creux par les techniques dites de moulage rotatif ou de moulage au renversé. Dans le moulage rotatif, la 15 matière plastique est en général répartie le long des parois du moule autour de deux ou plusieurs axes pendant qu'on chauffe le moule. Dans le moulage au renversé, on laisse se solidifier jusqu'à une profondeur prédéterminée la matière plastique la plus proche de la paroi du moule, après quoi on évacue du moule 20 l'excès de charge. D'une façon générale, les produits moulés aussi bien par le moulage rotatif que par le moulage au renversé sont des objets ayant des parois minces, bien qu'on puisse éventuellement obtenir des produits ayant des parois relativement épaisses; 25 pour cela, dans le cas du moulage rotatif, on introduit une charge plus importante dans le moule et on solidifie la totalité de cette charge, alors que dans le cas du moulage au rénvérsé on maintient la charge dans le moule pendant une durée plus importante afin de solidifier davantage de matière plastique 3® et obtenir ainsi des parois plus épaisses. Les corps creux à parois minces ainsi moulés peuvent facilement s'affaisser ou se boursoufler localement quand on les soumet à des charges même légères. Par ailleurs, le fait d'augmenter l'épaisseur des parois pour résoudre ce problème peut se révéler peu économique aussi 35 bien en raison de la plus grande quantité de matière nécessaire que du prolongement de la durée de moulage. En conséquence, les utilisations de corps moulés de ce genre étaient jusqu'à maintenant assez limitées. Dans le brevet américain N° 3•364.292, on a décrit un \ bad original 69 23792 2012775 procédé et un appareil de fabrication d'un objet creux à parois minces par la technique de moulage rotatif, avec incorporation d'un support structural rigide dans l'objet. Le Demandeur a "trouvé que des objets creux, et en particulier des objets sou-5 tenus de l'intérieur par un support structural rigide, peuvent être encore plus renforcés par l'admission d'une seconde matière de moulage dans l'intérieur creux d'un tel objet. Selon la présente invention, un procédé de fabrication d'objets composites consiste à introduire une certaine quantité 10 d'une première matière de moulage dans un moule; à répartir, de préférence par des techniques de moulage rotatif, cette première matière de moulage- sur le pourtour des parois de la cavité du moule; à solidifier cette première matière de moulage in situ contre la paroi de la cavité du moule de manière à 15 former une enveloppe extérieure creuse de l'objet; à injecter une seconde matière de moulage dans la cavité délimitée par cette enveloppe extérieure; et à solidifier cette seconde matière de moulage in situ contre la surface interne deïadite enveloppe extérieure de manière à constituer un support inté-20 rieur pour cette enveloppe. On peut provoquer ou autoriser l'expansion de la seconde matière de moulage après son injection dans l'enveloppe extérieure afin de réaliser un noyautage cellulaire qui remplit entièrement ou presque entièrement l'intérieur de l'enveloppe 25 et constitue un support pour cette dernière; En variante, on peut faire tourner le moule pendant ou après l'injection de la seconde matière de moulage dans l'enveloppe extérieure afin de répartir cette matière le long de la surface interne de l'enveloppe et laisser cette seconde matière de moulage se solidi-3° fier in situ de manière à établir une enveloppe intérieure immédiatement en dedans de l'enveloppe extérieure et soutenant cette dernière. De préférence, le produit composite selon l'invention est également soutenu par un support structural rigide inté-35 rieur et par conséquent, selon un mode de mise en oeuvre pré- • féré de l'invention, on dispose un support structural rigide dans le moule de manière qu'il s'étende en travers de la cavité de celui-ci, on réparti la première matière de moulage et on la solidifie de façon à unir intégralement le support à 40 l'enveloppe extérieure. De préférence, ce support comprend un BAD ORIGINAL 69 23792 3 2012775 élément tubulaire perforé qui s'étend en travers de la cavité du moule de manière à fournir un dispositif servant à introduire la matière de moulage dans la cavité du moule. On peut également faire circuler un gaz de transmission de chaleur à travers un . 5 élément tubulaire perforé construit de façon appropriée dans toute11 enveloppe extérieure de l'objet et, lorsqu'une enveloppe intérieure est également formée, dans cette enveloppe intérieure pour contribuer ainsi à la solidification de la ou des matières de moulage. 10 Si aucun support n'est prévu poux l'objet composite ou s'il n'est pas pratique de laisser un élément tubulaire perforé, incorporé dans le support, de façon permanente dans l'objet composite, on peut introduire les matières de moulage dans la cavité du moule à travers un tube perforé que l'on 15 retire ensuite de la cavité du moule. La première matière do moulage peut contenir des fibres ou filaments de renforcement, par exemple des fibres de verre, des filaments de graphite ou de bore, et cette matière peut être une résine thermodurcissable ou thermoplastique. 20 Les résines appropriées sont des polyesters, des polycarbonates, des polyuréthanes, des polyamides et des résines époxy. La seconde matière de moulage peut contenir un agent de gonflement et peut également être une résine thermoplastique ou thermodurcissable du type indiqué plus haut. L'une ou l'autre matière 25 de moulage peut contenir des matières particulaires de renforcement , par exemple des matières céramiques. Quand les matières de moulage sont sous forme particulaire, elles peuvent être introduites dans le moule à l'aide d'un courant de circulation de gaz porteur. ... 30 Quand les manières de moulage sont durcissables par radioactivité, on peut installer une source radioactive appropriée dans le moule, par exemple dans le support structural, ou bien on peut introduire ion gaz radioactif dans la cavité du moule après avoir chargé dans celle-ci la matière de moulage 35 correspondante. Egalement selon l'invention, un appareil pour la mise en oeuvre du procédé décrit consistant à utiliser des techniques de moulage rotatif, comprend un moule comportant au moins deux parties qui peuvent être assemblées pour délimiter 69 23792 4 2012775 une cavité de moulage; des moyens pour supporter en rotation le moule en vue d'une rotation autour d'un premier axe; des moyens pour faire tourner ce moule autour du premier axe et des moyens pour faire varier l'attitude des moyens de support pen-5 dant la rotation du moule afin de répartir la matière de moulage introduite dans le moule sur le pourtour de la surface de la cavité de moulage; et des moyens de distribution pour introduire la matière de moulage dans la cavité, ces moyens de distribution se terminant par un élément tubulaire amovible qui 10 se prolonge dans la cavité du moule. De préférence, l'élément tubulaire est perforé pour permettre à la matière de moulage de traverser les perforations et être ainsi admise dans la cavité de moulage et ledit élément perforé peut s'étendre en travers de la cavité de moulage en 15 étant supporté à chaque bout dans la paroi du moule. L'appareil peut comporter un moyen pour provoquer ou faciliter la solidification de la matière de moulage dans la cavité; par exemple des passages peuvent être pratiqués dans les parois du moule pour la circulation d'un fluide de transmis-20 sion de chaleur et des moyens assurent la circulation du fluide dans ces passages. En variante ou en supplément, des moyens peuvent être prévus pour faire circuler un gaz de transmission de chaleur ou un gaz. radio-actif dans la cavité de moulage par l'entremise de l'élément tubulaire afin de réaliser ou de facili-25 ter la solidification de la matière de moulage. Une source de radioactivité peut être installée dans l'élément tubulaire ou dans le moule pour provoquer ainsi le durcissement d'une résine durcissable par radioactivité. L'élément tubulaire peut être formé en un métal à forte 50 résistance mécanique ou en une matière plastique portant un bobinage filamentaire, et des moyens peuvent être prévus pour décolmater cet élément dans le cas où la matière de moulage se solidifie à l'intérieur de 1Télément. L'utilisation des moyens indiqués eh dernier lieu est spécialement recommandée dans le 35 cas d'un élément perforé et ces moyens peuvent être sous forme, par exemple, d'un outil mécanique de décolmatage q^ui se déplace à l'intérieur de l'élément perforé, ou bien sous forme d'un moyen qui introduit un gaz dans l'élément perforé sous une pression suffisamment élevée pour le décolmater. L'élément 40 tubulaire est séparable des moyens de distribution et également 69 23792 5 2012775 du moule, cet élément étant en général laissé dans l'objet composite moulé pour lequel il constitue un support structural. Cependant, on peut éventuellement construire l'appareil de manière à pouvoir extraire l'élément tubulaire de l'intérieur 5 du produit moulé. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue de coté, avec ooupe partielle,' 10 d'un appareil de coulée par rotation selon l'invention. La figure 2 est une vue de côté d'une partie d'un moule qui a été modifié par rapport à celui incorporé dans 1'appareil représenté à la figure 1. La figure 3 est une coupe suivant une corde d'un 15 moule pour ailes d'avions, ce moule étant modifié par rapport à celui de la figure 2. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, l'appareil rotatif de moulage ou de coulée selon l'invention est désigné par la référence d'ensemble 10 et comprend un moule 20 20. Le moule 20 est formé de deux parties pouvant être assemblées dont l'une 21 est représentée et est supportée en rotation par des arbres coaxiaux 28 et 30 tourillonnés dans des roulements 18 et 19 respectivement, incorporés dans un ensemble de support 11. Les roulements 18 et 19 sont montés sur des montants 13 et 25 14 respectivement qui s'élèvent à partir d'une plateforme 12. L'ensemble de support 11 est monté à pivot en vue, d'un mouvement dans un jj a ri vertical à l'aide d'un bout d'arbre horizontal 16 dont 1'axe est perpendiculaire à ceux des arbres 28 et 32 et qui est supporté par une chape 15 dirigée vers le bas à par-30 tir du centre de la plateforme 12. L'arbre 16 est tourillonné en rotation dans un étrier 17 qui est monté sur le sommet d'une colonne de support 35'• L'ensemble 11 est également soutenu à proximité d'une extrémité (qu'on appellera par la suite extrémité "arrière") par le piston 34 faisant partie d'un dispositif 35 33 à piston et cylindre. L'extrémité supérieure du piston 34 comporte une broche horizontale logée dans une fente dirigée dans le sens avant-arrière et pratiquée dans une chape 36 qui descend à partir de la plateforme 12, de sorte que la course verticale du piston 34 oblige l'ensemble 11 à basculer autour 40 de l'axe de l'arbre 16. &ÀD 6 2012775 69 23792 Un moteur 38 est monté sur la plateforme 12 en arrière par rapport au montant 14 et est agencé de manière à faire tourner le moule 20 par l'entremise d'une courroie 39 qui passe sur une poulie 40 calée sur l'arbre du moteur et sur une poulie 5 32P clavetée sur un prolongement arrière 32' de l'arbre 32* Un élément tubulaire rigide 26 présentant des perforations 27 s'étend en travers de la cavité 22 du moule 20 et est supportée à son extrémité arrière 26" dans untlogement correspondant 24 ménagé dans la paroi arrière du moule. L'ex-10 trémité avant du tube 26 est admise dans un alésage 29 qui traverse la paroi avant du moule et qui est avec un passage 28' traversant axialement l'arbre 23. Un accouplement rotatif 30 pour fluide est accouplé à l'extrémité avant de l'arbre 28 et un tuyau flexible 31 relie cet accouplement 30 à un embout de 15 sortie 31' d'une soupape 41 à orifices multiples comportant des conduites d'admission 42a, 42b et 42c respectivement en provenance de réservoirs 43,44 et 45. Cette soupape 41 est commandée par un moteur (non représenté) de manière à ne permettre à chaque moment donné l'admission que d'une seule matière dans 20 la cavité de moulage 22, bien qu'on puisse envisager l'admission de plusieurs matières à la fois dans la cavité. Une conduite 31" contenant deux passages est accouplée à la partie fixe du raccord 30 afin d'assurer la circulation d'un fluide de transmission de chaleur vers et depuis des passages 37 qui traversent 25 les parois du moule. Un passage d'admission 37a part des passages 37 pour arriver dans l'extrémité avant du moule 20 et coopérer avec un passage 37^' qui traverse l'arbre 28 et pénètre dans le raccord 30 dans lequel il est mis en communication avec le passage d'entrée de la conduite 31". Un passage de sortie (non re-30 présenté) traverse également l'extrémité avant du moule 20 pour coopérer avec un autre passage (également non représenté) qui traverse l'arbre 28 pour aboutir dans le raccord 30 où il est mis en communication avec le second passage, c'est-à-dire avec le passage de sortie, prévu dans la conduite 31"• Dans ces con-35 ditions, on peut faire circuler un fluide de transmission de chaleur à travers les parois du moule 20. le fonctionnement des divers dispositifs commandés de l'appareil 10 peut être réglé automatiquement par une calculatrice ou par un régulateur- automatique tel qu'une minuterie 40 à circuits multiples et à remise automatique à zéro, qu'on 69 23792 7/ 2012775 aura programmée de manière à effectuer l'admission désirée des matières de moulage, etc. dans le moule et la solidification de ces matières pour obtenir des objets moulés composites. Le cas échéant, un outil mécanique de décolmatage peut être ins-5 tallé dans la conduite 26 pour faciliter le débouchage des -perforations 27 qui ont été éventuellement colmatées pendant le moulage. En fonctionnement, on assemble le moule 20 en serrant ses deux parties ensemble, l'alignement correct entre les deux 10 moitiés étant assuré par des broches 25 venant se loger dans des douilles correspondantes, le tout conformément, à la technique traditionnelle de construction des moules. On introduit ensuite une première matière de moulage à l'état fluide, par exemple une résine liquide, à partir de l'un des réservoirs 43,44 et 15 45, à travers la soupape 41, la conduite 31 j le raccord 30, le passage 38' aboutissant au tube 26 d'où cette matière traverse les perforations 27 et pénètre par conséquent dans la cavité 22 du moule. La quantité de fluide qu'on introduit ainsi dans la cavité 22 du moule est suffisante pour former un corps creux 20 constituant l'enveloppe ou la peau du produit composite désiré. On actionne alors le moteur 38 qui fait tourner le moule 20 par l'entremise de la courroie 39 et on le fait basculer par le mouvement de va-et-vient du piston 34. On provoque le durcissement de la résine par l'application réglée d'un fluide de chauffage 25 y ou de refroidissement sur la paroi du moule, opération qu'on exécute à l'aide d'un appareil classique (non représenté) et/ou par la circulation du fluide de transmission de chaleur dans les passages 37* Est outre, le tube 26 peut être construit de manière à permettre la circulation d'un fluide approprié de trans- 30 mission de chaleur dans la cavité 22, ce qui provoque ou facilite le durcissement de la résine. Si cette résine est thermo-durcissable, on applique un fluide de chauffage pour la durcir mais si la résine est thermoplastique, le moule doit être refroidi pour la faire durcir. ^ Une fois que la résine a été partiellement durcie de manière à former l'enveloppe extérieure, on introduit une seconde matière de moulage, par exemple une résine contenant tin agent de gonflement, à partir d'un second réservoir 43,44 ou 45, à travers la soupape 41, la conduite 31 > le raccord 30, 40 le passage 38' aboutissant au tube 26 d'où cette résine traverse 8 2012775 69 23792 les perforations 27 pour pénétrer dans la cavité 22 du moule. On admet une quantité prédéterminée de cette seconde résine de façon à former un noyautage cellulaire à l'intérieur de l'enveloppe formée par la première résine (voir figure 3)* 5 En variante, la seconde résine peut ne pas contenir d'agent de gonflement et on effectue le moulage par rotation grâce à l'ac-tionnement du moteur 38 et du piston 34, ce qui permet de former une enveloppe intérieure creuse dans l'enveloppe Extérieure. Comme autre possibilité, on peut démouler la pièce moulée ini-"10 tiale après durcissement, tout en laissant le tube 26 dans le moule, de sorte que la seconde résine pourra être coulée à travers ce tube dans le moule en un point éloigné de l'appareil 10. Dans le cas où la seconde résine est chargée dans le 15 moule à l'aide de l'appareil 10, on peut la faire durcir de la même façon que la première résine. Dans les cas où la seconde résine doit former une enveloppe interne creuse, on peut introduire des résines supplémentaires, par exemple à partir du réservoir 43,44 ou 45 qui n'a pas encore été utilisé pour rem-20 plir toute la partie encore libre de la cavité àe moulage. La figure 2 représente une partie d'un moule 46 en deux pièces destiné à mouler des ailes d'avions et que l'on peut incorporer dans l'appareil 10 en remplacement du moule 20. La cavité du moule 46 contient une armature d'aile 26' en rempla-25 cernent du tube unique 26 du moule 20, une telle armature comprenant une conduite d'entrée 26a percée de trous 27 et à partir de laquelle s'étendent des nervures 26d, 26f, 26g et 26i portant le longeron avant 26b et le longeron arrière 26c. Un élément courbe de renforcement 25h du saumon d'aile s'étend entre les 30 extrémités arrière du longeron 26b et du tube 26a et se poursuit ensuite jusqu'à l'extrémité extérieure de la nervure 26i. Aucune cavité n'est ménagée entre les nervures 26g et 26i de sorte qu'un vide sera délimité dans l'aile moulée pour recevoir un élément mobile de gouverne en vol, par exemple un ailferon. Un logement 35 26j_ est fixé aux nervures 26g et 26i et au tube 26a, et ce lo- . gement contient-un organe d'actionnement et un mécanisme de manoeuvre de l'élément de gouverne. Une console 26e destinée à supporter le train d'atterrissage est accouplée au tube 26a et à la nervure 26f. * Z)-0 Le tube 26a est à chambres multiples et contient des 69 23792 9 2012775 conducteurs électriques s'étendant jusqu'à l'organe d'actionne-ment et le mécanisme à l'intérieur du logement 26j_ et aussi jusqu'aux éléments d'éclairage et autres dispositifs qui doivent être montés dans l'aile. Le tube 26a peut également contenir ^ un ou plusieurs passages pour l'admission d'air comprimé ou de fluides hydrauliques destinés à faire fonctionner les divers dispositifs installés dans l'aile et/ou à assurer la transmission de chaleur. On peut mouler une aile composite dans le moule 46 10 par la même technique que celle qui a été décrite précédemment à propos du moule 20 quand ce moule 46 remplace dans l'appareil 10 le moule 20. " La figure 3 représente en coupe un moule à aile en deux parties contenant une aile qui a été moulée dans l'appareil. 15 Ce moule est analogue à celui de la figure 2 et est formé de deux parties, à savoir une partie supérieure 47 et une partie inférieuro46 délimitant entre elles une cavité dans laquelle l'aile sera moulée. Chacune des parties 46,47 du moule présente une paroi principale 46', 47' respectivement, portant des brides 20 aux deux bouts pour permettre l'assujettissement du moule aux supports qui serviront au montage rotatif du moule dans l'appareil 10. Deux de ces brides 46a et 47a sont représentées. L'armature d'aile est installée dans la cavité du moule et comprend des éléments structuraux 26b' , 26c1 eh forme 25 de longerons en aboutement avec les bords avant et arrière, respectivement, de la cavité. L'armature comprend également trois longerons tubulaires centraux 52, 53, 54. Le longeron central 54 est perforé pour permettre l'introduction de la matière de moulage dans la cavité et peut être d'une construction analogue 30 à celle du tube 26 dans le moule 20. Les autres longerons 52 53 contiennent des conducteurs électriques, des tubes ou des conduits et peuvent servir à soutenir des accessoires du train d'atterrissage, des éléments de gouverne, des dispositifs d''é-clairage et d'autres dispositifs. 35 Une aile peut être moulée dans le moule de la figure 3 quand celui-ci est assujetti à des supports appropriés et est incorporée dans l'appareil 10 on remplacement du moule 20. La technique de moulage peut être la même que celle qui a été décrite à propos du moule 20. Dans les cas où la seconde résine con-40 tient un agent de gonflement, on obtient une aile composite 49 10 2012775 69 23792 (voir figure 3), dans laquelle un noyau en matière plastique cellulaire 51 est entouré par un revêtement moulé 50. 69 23792 2012775 ""REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un objet composite consistant à introduire une première quantité d'une matière de moulage dans un moule, à répartir Gette première matière de moulage sur le 5 pourtour de la paroi de la cavité de moulage et à solidifier cet te première matière de moulage in situ contre la paroi de la cavité de manière à obtenir une enveloppe extérieure creuse de l'objet, caractérisé en ce qu'on injecte une seconde matière de moulage dans la cavité délimitée par cette enveloppe exté-10 rieure et on solidifie cette seconde matière in situ contre la surface interne de l'enveloppe extérieure afin de réaliser un support intérieur pour cotte dernière. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on provoque ou autorise une expansion de la matière de moulage après 15 son injection dans l'enveloppe extérieure de manière à former un noyautage cellulaire qui remplit entièrement ou presqu'entièrement ladite enveloppe et procure un support à cette dernière 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant ou après l'injection de la seconde matière de moulage dans 20 l'enveloppe extérieure, on fait tourner le moule pour répartir la matière autour de la surface interne de ladite enveloppe et on solidifie in situ la seconde matière dç&oulage de manière à former une enveloppe intérieure immédiatement contre l'enveloppe extérieure en dedans de cette dernière pour la suppor-25 ter. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un support struetlirai rigide est disposé à l'intérieur du moule de manière à s'étendre en travers de la cavité de celui-ci, et la distribution et la solidification de la première matière de moulage 50 sont effectués de manière à unir intégralement le support à l'enveloppe extérieure-, caractérisé en ce que le support est un élément tubulaire perforé constituant un moyen pour l'introduction des matières de moulage dcjis la cavité du moule, et on charge par cette voie au moins l'une des deux matières de 35 moulage dans la cavité du moule. 5. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un moule formé d'au moins deux parties qui peuvent être assemblées pour délimiter une cavité de moulage, un support pour soutenir le moule en rotation autour d'un- 40 premier axe et pour permettre de varier l'attitude du moule BAD ORIGINAL 69 23792 12 2012775 10 15 pendant la rotation afin de répartir la matière de moulage chargée dans le moule sur toute la surface do la cavité de moulage, et un dispositif de distribution pour charger la matière de moulage dans la cavité, caractérisé on ce que le dispositif do distribution se termine par un élément tubulaire amovible qui s'étend dans la cavité de moulage. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément tubulaire est percé de trous pour permettre le passage de la matière de moulage à travers ces trous dans la cavité de moulage. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément tubulaire fait partie d'une installation de circulation d'un gaz de trasmission de chaleur ou d'un gaz radioactif dans la cavité de moulage à travers ledit élément tubulaire, afin de provoquer ou faciliter la solidification de la matière de moulage.