Brevet FR2098395A1 — publié le 19720310

La présente invention concerne un procédé de fabrication de produits en matière synthétique renforcée par des fibres. Les matériaux renforcés de fibres sont très impor-5 tants dans beaucoup d'applications industrielles, l'utilisation de fibres telles que les fibres de carbone, de bore, ou de verre, permettant de combiner un poids réduit avec une grande résistance. Deux procédés fondamentaux ont été mis au point pour la fabrication de tels produits : le bobinage et la stratification. Dans 10 le premier, le filament, composé d'au moins une fibre enduite d'un enrobage, est bobinée sur un mandrin pour obtenir le produit fini. Dans le second, une pluralité de feuilles de matière fibreuse préimprégnée de la matière d'enrobage sont superposées pour obtenir le produit fini. Dans le premier cas, la matière 15 est, en général, polymérisée au cours du bobinage pour obtenir directement un produit fini. Dans le second cas, le produit intermédiaire, composé de couches superposées, est généralement comprimé à chaud pour éliminer l'excès de résine, puis polyméri-sé. 20 Ces deux procédés présentent des inconvénients Le premier procédé est limité à la fabrication d'objets qui sont essentiellement des volumes de révolution. Le second procédé est délicat si on veut éviter l'irrégularité de position des fibres dans le produit fini. 25 On a proposé un procédé dans lequel les fibres sont préalablement tissées puis moulées par injection avec l'enrobage, l'armure tissée maintenant les fibres en place pendant le moulage. Ce procédé est assez délicat et par conséquent coûteux à réaliser. 30 La présente invention concerne un procédé de fabri cation de matériaux renforçés de fibres éliminant, dans une grande mesure, les inconvénients des procédés mentionnés. Le procédé selon l'invention consiste à superposer une pluralité de fibres, séparément enduites d'une matière ther-35 moplastique ou thermodurcissable, à chauffer au moins une partie de l'ensimage de façon à maintenir la cohésion des fibres entre elles, et à injecter un enrobage pour remplir les interstices séparant les fibres. De préférence les fibres, maintenues ensemble par 40 l'ensimage fondu ou solidifié, sont placées dans un moule ayant 71 25733 2 2098395 la forme de l'objet à fabriquer. Le moule pourra donc comporter des conduits d'entrée et de sortie pour la matière constituant l'enrobage et, pour éviter les vides à proximité du conduit de sortie, ce dernier 5 pourra être pourvu de dispositifs de retenue pour s'opposer à l'écoulement libre de l'enrobage. L'enrobage sera constitué, de préférence, par une résine thermodurcissable qui pourra être injectée à l'état fluide puis chauffée pour polymérisation. 10 Dans un mode de réalisation préféré, la fibre utili sée sera une fibre de carbone et la matière thermoplastique sera xine résine polysulfone. L'invention va être décrite en détail en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples, 15 et dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de l'appareil pour la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1; et 20 - la figure 3 est une vue d'une partie de la figure 1 représentant une partie de l'appareil en seconde position. Sur la figure 1 on voit un moule 10 pourvu de conduits d'entrée 11 et de sortie 12, placés aux deux extrémités . opposées du moule. Le conduit d'entrée 11 est raccordé, par un 25 clapet de retenue 13, à un système cylindre-piston 14, actionné par moteur, pourvu d'un dispositif de remplissage 15. Le conduit de sortie 12 est raccordé à un dispositif de rétention 16 comportant un autre cylindre renfermant un piston poussé par un ressort réglé par un bouchon fileté 17 et, 30 selon la position de ce dernier, le ressort s'opposera à la pénétration, dans le dispositif 16, du fluide provenant du passage 12, ou laissera communiquer ce passage avec une pompe à vide par l'intermédiaire d'un siphon à matière synthétique 19. La figure 2 représente en détail la construction du 35 moule, constitué par un châssis 20 ouvert au sommet et recouvert d'un couvercle 21 pouvant être serré sur le châssis 20 par des boulons 22. Le fonctionnement de l'appareil selon l'invention est le suivant : les fibres ensimées de matière thermoplastique 40 sont placées, par couches successives, dans un châssis de mou 71 25733 3 2098395 lage 20. Chaque fois qu'une couche de fibres a été placée dans le châssis, un instrument dégageant une température élevée, tel qu'un fer à souder, est appliqué à la couche supérieure en des points déterminés pour fondre les ensimages thermoplastiques des 5 fibres adjacentes, tant dans la couche supérieure qu'entre celle ci et la couche située immédiatement en dessous. Les fibres en-simées de matière plastique convenables pourront être préparées en trempant des fibres de carbone dans une solution de polysulfo-ne, puis en les chauffant pour provoquer le fluage de la matière 0 synthétique et ensimer régulièrement les fibres. On poursuit l'opération jusqu'à ce qu'on ait consti-tué un nombre suffisant de couches qui, dans certains cas particuliers, pourront être des couches de plusieurs jets. D'une façon générale, le nombre de couches sera tel que, quand le couver-5 cle 21 sera placé sur le châssis et les boulons 22 serrés à fond les couches de fibres se trouveront comprimées ensemble. Le moule contiendra donc une pluralité de fibres en-simées maintenues en place par la matière synthétique fondue et séparées par des espaces vides, pour imprégner les fibres, l'en-D robage, dans ce cas une résine thermocurcissable du type époxy, est chargée dans le cylindre 14 par la trémie de chargement 15. On actionne alors le piston du cylindre 14 pour fouler la résine fluide dans le moule par le conduit d'entrée 11 de façon à imprégner la masse poreuse de fibres. En même temps on actionne.la 5 pompe à vide 17 pour faire le vide dans le moule. On poursuit cette opération jusqu'à ce que la résine atteigne le conduit de sortie 12. A ce moment, déterminé à l'oeil nu à travers le conduit de sortie 12 ou d'après la quantité de résine injectée, on serre le bouchon fileté 17 (comme le représente la figure 3) de D façon à obturer l'accès à la pompe à vide 17 et à actionner le piston lui-même. La résine s'écoule dans le conduit et dans l'autre système cylindre-piston. La pression du ressort s'exerçant sur le piston, maintenant actif, s'oppose à sa pénétration dans le 15 cylindre. Il en résulte une contre-pression sur la résine qui la force à remplir complètement la partie du moule adjacente au conduit de sortie au lieu de s'écouler librement dans le conduit de sortie en laissant des vides près des angles supérieurs du moule On poursuit cette injection jusqu'à ce que le moule soit suffisamment rempli. On en débranche alors les conduits 1 25733 4 2098395 d'entrée et de sortie, c'est-à-dire le clapet de retenue 13 et un organe correspondant dans le conduit de sortie, et on chauffe le moule à la température de polymérisation de la résine employée. On extrait le produit polymérisé du moule après en avoir enlevé le couvercle. Dans certains cas, la résine a une faible viscosité avant polymérisation. Dans ce cas le clapet 13 empêche la fuite de résine par le fond du moule et les vides qui en résulteraient. L'expérience a révélé que le dispositif de rétention à ressort 16 peut être remplacé par un système à soupape obturant complètement le conduit 12 lorsque la résine atteint ce dernier. On actionne alors la pompe 14 pour pressuriser le moule, et ce, jusqu'à ce que l'écoulement cesse. La pression appliquée sera comprise entre 3,5 et 14 Kg/cm2. On voit que l'invention permet d'appliquer tous les avantages du procédé de moulage par injection aux produits composites renforcés de fibres. La proportion relative de fibres et de résine peut être déterminée d'avance de façon très exacte et il est facile d'obtenir un produit composite exempt de vides et convenablement renforcé aux endroits voulus. En outre, il n'est pas nécessaire d'employer des résines visqueuses à la température ambiante, cette limitation réduisant considérablement le nombre de matières synthétiques applicables au procédé par empilage de couches. Le procédé selon l'invention ne permet pas seulement de fabriquer des ébauchés ou des flans mais des produits finis. C'est ainsi qu'il peut servir à fabriquer des aubes de moteurs à turbine à gaz. De plus, le moule n'exerçant pas lui-même de pression effective, il n'a pas besoin d'être de construction massive, donc coûteuse. Il n'est pas nécessaire, non plus, d'utiliser de presse mécanique, ce qui procure une économie notable d'outillage. Le procédé décrit est susceptible de beaucoup de variantes. Plusieurs techniques peuvent, par exemple, être utilisées pour chauffer et souder ensemble les ensimages thermoplastiques avant l'injection de l'enrobage. On a appliqué celle du cylindre chauffé et celle du soudage par points. Dans ce dernier cas, on fait passer un courant électrique entre deux électrodes à travers les fibres enduites pour chauffer et fondre les ensimages. 71 25733 5 2098395 Au lieu d'être constitué par une matière thermo-plastique, l'ensimage peut être fait d'une matière thermodurcis-sable telle qu'une résine époxv. Dans ce cas, les fibres seront enduites par immersion dans une solution de résine, ou en les arrosant de cette solution, puis en les séchant et en les empilant comme décrit ci-dessus. Pour maintenir la cohésion des fibres, il faudra polymériser l'ensimage en chauffant les fibres empilées, pendant un certain temps, à la température convenant à la résine employée. L'invention n'est pas. limitée au mode de réalisation représenté et décrit qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple. 71 25733 6 2098395 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'objets en matière synthétique renforcée de fibres consistant à superposer une pluralité de fibres enduites chacune d'une matière thermoplastique ou 5 thermodurcissable, à chauffer au moins une partie de la matière thermoplastique ou thermodurcissable de façon à maintenir la cohésion des fibres entre elles, et à injecter un enrobage pour remplir les interstices séparant les fibres. 2. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en 10 ce que les fibres sont placées dans un moule avant ladite injection. 3. procédé selon la Revendication 3, caractérisé en ce qu'on vide d'air ledit moule avant d'injecter ledit enrobage. 4. Procédé selon la Revendication 3, caractérisé en '5 ce que le moule comporte un orifice de sortie, réduit ou obturé dès que la résine commence à le franchir. 5. Procédé selon la Revendication 4, caractérisé en ce que l'orifice de sortie est obturé dès que la résine commence à le franchir et que ladite résine est refoulée dans le moule ® pour y créer une pression positive. 6. procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensimage est chauffé par contact avec un objet à température élevée. 7. Procédé selon une des Revendications 1 à 6, ca-® ractérisé en ce que ledit ensimage est chauffé par passage d'un courant électrique à travers sa masse. 8. Procédé selon une des Revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'ensimage comprend une matière thermodurcissable et que les fibres empilées sont chauffées dans un four ® pour polymériser la matière thermodurcissable avant l'injection de l'enrobage. 9. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit enrobage comprend une matière thermodurcissable injectée à l'état fluide puis chauffée pour être polymérisée. 35 io. procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les fibres comprennent des fibres de carbone.