Brevet FR2294819A1 — publié le 19760716

'a présente invention concerne un procédé de fabrication d'éléments de construction légers ou sandwichs en matière plai- tique renforcée par des fibres, au cours duquel des stratifils ou rovings, imbibés de ratière plastique, sont enroulés en couches croisées sur un mandrin d'enroulement pour former un ma- tériau laminé, lequel matériau laminé, une foie prêt, est retiré du mandrin d'enroulement et durci. Par le brevet DT-PS 1 779 433, on connaît un procédé ae fabrication de corps ou éléments de construction composites, procédé qui consiste & poser plusieurs couches croisées d'une matière à base de fibres sur un mandrin d'enroulement revêtu d'une feuille. Après avoir achevé la préparation de la couche laminée enroulée, on sectionne les mats de fibres dans le sens de l'axe du mandrin d'enroulement, puis onles retire dudit Mn- drin d'enroulement avec la feuille, on les pose dans un outil de façonnage ou de formage présentant les contours du corps composite ou sandwich achevé, et on les relie i un corps-support.Avec ce procédé, qui présente déjà des avantages considérables par rapport au procédé d'insertion manuelle des mats de fibres dans la résine synthétique, qui était utilisé anté- rieurement, il faut disposer d'un matériau laminé comportant quatre couches enroulées croisées, car, avec deux couches seu- lement, on ne peut pas éviter une déstratification ou un déla- minage, notassent en cas d'efforts alternants ou cycliques. En outre, ce procédé nécessite l'emploi d'outils de formage présentant des conduits sous dépression spéciaux, afin que les mats de fibres coupés à mesure soient appliqués sur les parois par aspiration. Le besoin de disposer d'une méthode de fabrication ration, nelle se fait toujours sentir en ce qui concerne les pièces en matière plastique renforcée par des fibres, qu'il s'agisse de pièces individuelles ou de pièces de série, car le procédé connu implique au préalable l'emploi d'outils de formage cou teux et se limite à des corps composites ou sandwichs ayant la forme de voilures. C'est notamment l'utilisation croissante des fibres de carbone, qui atteignent des résistances beaucoup plus élevées que les fibres de verre usitées jusqu'ici, mais que l'on ne peut pas tisser en mats en raison de leur nature cassante ou fragilité, qui exige l'application de techniques de fabrication meilleures et plus rationnelles. C'est en ce point qu'intervient la présente invention, qui a pour objet d'indiquer un nouveau procédé de fabrication d'é démenti de construction légers ou sandwichs en matière plastique renforcée par des fibres, procédé qui implique une amélioration de la technique utilise pour la fabrication et la transformation des matériaux laminés enroulés (ou enroulements laminés). Selon la présente invention, plusieurs stratifils ou rovings sont réunis en écheveaux de fibres pendant l'enroule- ment. Les écheveaux de fibres de deux couches croisées sont disposés les uns à côté des autres et sur les autres de manière à âtre réunis par une liaison du genre tissé. Puis la couche laminée enroulée (ou enroulement laminé) est, une fois prête, découpée selon les contours des éléments de construction légers ou sandwIchs à réaliser. L'on confère ensuite aux éléments de construction légers ou sandwichs leur forme définitive et on les durcit. Des développements, selon la présente invention, du procédé considéré prévoient que, pour l'enroulement d'un écheveau de fibres, on réunit de préférence six stratifils ou rovings en deux couches et que la liaison du genre tissé des couches croisées est réalisée sous la forme d'un motif répété conti nuellement, limité en surface. Conforxément à un mode de réalisation du procédé selon la présente invention, les contours des éléments de construction légers ou sandwichs sont directement découpés dans le matériau laminé sur le mandrin d'enroulement, puis l'on confère ensuite aux éléments de construction sandwichs leur forme définitive et on les durcit. Un autre mode de réalisation du présent procédé prévoit qu'une fois prête, la couche laminée enroulée (ou enroulement laminé) est découpée, retirée du mandrin d'enroulement et fa çornée en un panneau plat, à la suite de quoi l'on découpe dans ce panneau les contours des éléments de construction légers ou sandwichs, puis, selon la forme définitive de ces derniers, on leur conserve leur configuration plane ou bien on les façonne, et on les durcit ensuite. Selon un développement préférentiel de la présente invention, on découpe les contours des éléments de construction lé gers ou sandwichs suivant les directions de leurs sollicita tions principales, le matériau laminé étant, de préférence, découpé, soit dans le sens de l'axe du mandrin d'enroulement, soit parallèlement à la direction d'une des couches d'écheveaux de fibres. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les écheveaux de fibres peuvent être enroulée & un certain intervalle les uns des autres, ce qui donne une disposition en forme de treillis pour la couche laminée enroulée. La couche laminée enroulée (ou enroulement laminé) fabriquée à l'aide du procédé selon la présente invention présente, d'une façon analogue à un tissu, une très haute résistance de structure interne, du fait que plusieurs stratifils ou rovings sont réunis en écheveau de fibres et que ces écheveaux de fibres sont réunis par une liaison du genre tissé. La présente invention permet, à l'aide d'un procédé d'enroulement, de produire des matériaux laminés dont la nature et les caractéris- tiques de résistance sont similaires à celles que produit un procédé de tissage avec chaîne et trame.De par sa structure du genre tissé, an tel matériau laminé même ne comportant que deux couches de stratifils ou rovinge entrant dans la fabrication des écheveaux de fibres échappe à la dé stratification (ou délaminage), même en cas d'efforts alternants ou cycliques élevés. Une fois prêtes, les matériaux laminés peuvent servir à de multiples applications, avec la possibilité de disposer les écheveaux de fibres, bien visibles, dans les directions des sollicitations principales de l'élément de construction sandwich (ou léger) à fabriquer.Un autre avantage du présent procédé est que, contrairement 4 ce qui se passe pour les pièces fabriquées individuellement & partir de mats de fibres par le procédé d'insertion manuel, on peut découper des pièces de série, de toutes les formes désirées, et de structure identique, à partir du matériau (ou de la couche) laminé enroulé. Vendant cette opération, on peut découper les pièces, soit directement sur le mandrin d'enroulement, soit dans un panneau aplati après que le matériau ait été retiré du mandrin d'enroulement. Dans le cas où la couche laminée enroulée a une disposition en forme de treillis, on obtient une haute résistance, identique à celle des couches enroulées unies, en mettant en oeuvre une quantité de matériaux nettement inférieure. Un autre avantage de la disposition en treillis est qu'il est possible d'enrouler même des fibres très cassantes en une liaison du genre tissé. De ce fait, la présente invention permet d'utiliser aussi des fibres à base de carbone pour la fabrication des stratifils ou rovings. Ceci constitue un avantage important, notamment dans le cas des fibres à base de carbone du type à haute résistance, qui, en raison de leur fragilité, casseraient en cas de tissage avec chaîne et trame0 La présente invention est décrite dans les lignes suivantes à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur le dessin annexé, dont - la figure 1 représente schématiquement un mandrin d'enroulement portant une couche laminée enroulée, selon la présente invention - la figure 2 représente, sous forme plane, une partie découpée de la couche laminée enroulée de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe transversale, fortement agrandie, d'un écheveau de fibres constitué par six stratifils ou rovings - la figure 4 est une vue en coupe transversale identique à celle de la figure 3, mais d'un écheveau de fibres constitué par douze stratifils ou rovings; - les figures 5, 6 et 7 sont des exemples d'éléments de construction légers ou sandwichs, que l'on peut réaliser avec la couche laminée enroulée - la figure 8 représente un mandrin d'enroulement identique à celui de la figure 1, à échelle réduite, et - la figure 9 représente un développement en plan du mandrin d'enroulement de la figure 8. Un mandrin d'enroulement 1 est entraîné par un arbre 2, de manière connue mais non représentée, par l'intermédiaire dtun mécanisipe de transmission ou équivalent. Des stratifils ou rovings 3, guidés par une tete d'enroulement 4 et déroulés d'une bobine de fil 5, sont appliqués sur le mandrin d'enroulement par le mouvement de va-et-vient continu de la tête d'enroulement. Dans ladite tête d'enroulement 4, les stratifils ou rovings passent sur des rouleaux ou galets 6 et sont trempés dans un bain de résine synthétique 7 durant leur passage. Sur le mandrin d'enroulement ?, les stratifils ou rovings 3 sont réunis en écheveaux de fibres, dont la structure est décrite plus en détail à l'aide des figures 3 et 4, et qui sont enroulés de façon croisée. Pour des raisons de clarté, seuls le écheveaux 8 et 9, qui constituent les limites d'un motif 10 du genre tissé, conti nullement répété, ont été représentéi ici. La figure 2 représente, en plan, un morceua d'une couche laminée (enroulée) Il achevée, qui a été enroulée -ir le mandrin d'enroulement 1. Ia position de chaque écheveau de fibres 12 représenté est déterminée par un mouvement préréglé de la tête d'enroulement 4 et par une rotation donnée du mandrin d'enroulement 1.Le motif 10 représenté sur cette figure se compose de quatre écheveaux de fibres 12 appliqués de façon croisée, qui s'entre- croisent d'une manière toujours répétée, de telle sorte que le dernier enroulement d'un écheveau de fibres 8 traverse le uorceau de manière ininterrompue et recouvre un écheveau de fibres 9 enroulé transversalement avant lui.Ce recouvrement mutuel se répète, selon la structure du motif 10, quatre fois jusqu'au dé- but d'un nouveau motif, qui recommence avec les écheveaux de fibres 8 et 9.Les écheveaux de fibres sont enroulés à des tintez villes "a" et "b", qui sont habituellement identiques, et que l'on peut choisir en fonction de la résistance et des autres ca ractéristiques demandées.Grâce au petit motif, toujours répété, 10, la couche laminée enroulée Il donne l'impression globale d'une structure de surface symétrique. Il entre aussi dans le cadre de la présente invention que, pour le croisement des éche- veaux de fibres, d'autres dessins, d'autres intervalles "a" et "b" des écheveaux de fibres, et différents angles de croisement puissent également être choisis. Des figures 3 et 4 représentent des exemples de la structure des écheveaux de fibres 12. Selon la figure 3,/stratifils ou rovings 3 sont réunis en un écheveau de fibres en deux couches de trois, et, selon la figure 4, douze stratifils ou rovings 3 sont réunis en un écheveau de fibres en trois couches de quatre. Selon la résistance demandée, on peut choisir pour les écheveaux de fibres 12 toutes les variations appropriées en ce qui concerne les couches et le nombre de stratifils ou rovings par couche, ''emploi d'écheveaux de fibres à une seule couche étant également possible pour des éléments de construction légers ou sandwichs soumis à à de faibles sollicitations. La transformation en éléments de construction légers ou sandwichs de la couche laminée enroulée après son achèvement, transformation qui doit avoir liea avant durcissement complet, peut être réalisée de différentes manières. Si, par exemple, comas l'indique la figure 5, l'on doit avoir des sections de paroi carrées pour la fabrication d'un élément de construction sandwich 15 en forme dé caisson, on peut les découpeur directe ment- sur le mandrin d'enroulement 1, conformément au morceau découpé 11 représenté sur la figure 1.Dans ce cas, on peut orienter les arêtes de coupe conformément aux directions principales des sollicitations auxquelles l'élément terminé sera ultérieurement soumis, par exemple; comme représenté, en direction des écheveaux de fibres 8 et 9, ou bien dans le sens de l'axe la du mandrin d'enroulement ou parallèlement à cet axe. Une fois découpées, les couches- laminées enroulées Il sont ensuite transformées BOUS presse, d'une manière appropriée, en éléments de paroi plans, puis durcis et enfin assemblés en un élément de construction léger ou sandwich 15. On peut, de la même manière, selon la figure 6, façonner la couche laminée enroulée 11 en un tube 16, le matériau laminé carré Il étant ovulé, assemblé en un joint à recouvrement 17 et ensuite durci. La figure 7 représente une autre utilisation possible pour la transformation des matériaux laminés enroulés et découpés. Dans le cas considéré, on assemble quatre morceaux laminés 17 en une calotte 18 à courbure sphérique, dans un moule non représenté. I1 y a beaucoup d'autres possibilités d'application pour la transformation des couches laminées enroulées.Leur caractéristique commune est une structure parfaitement identique, grâce à la technique d'enroulement utilisée selon le procédé faisant l'objet de la présente invention. Il est donc possible d'effectuer à l'avance un calcul de résistance précis des éléments à fabriquer selon ce procédé et de garantir ainsi une construction légère optimale. Les figures 8 et 9 représentent une autre méthode de transformation d'un matériau laminé enroulé. Dans ce cas, le matériau laminé est, une fois prêt, découpé de façon connue, déroulé du mandrin d'enroulement 1 et transformé, sous presse, en un panneau plat 20. Dans ce panneau, on peut découper des pièces appropriées et les assembler,en éléments de construction légers ou sandwichs. Lorsque les pièces désirées doivent être planes, on peut durcir le panneau 20 au préalable; lorsqu'il s'agit de pièces courbes, il faut évidemment les découper et leur donner leur forme définitive voulue avant le durcissement. R E V 3 N D I C A T I O X ss 1.- Procédé de fabrication d'éléments de construction lé gers ou sandwichs en matière plastique renforcée par des fibres, au cours duquel des stratifils ou rovings, imbibés de matière plastique, sont enroulés en couches croisées sur un mandrin d'enroulement pour former un matériau laminé, lequel matériau laminé, une fois prêt est retiré du mandrin d'enroulement durci, procédé caractérisé en ce qu'e, pendant il enroulement, plusieurs stratifils ou rovings (3) sont réunis en écheveaux de fibres (12), en ce que les écheveaux de fibres de deux couches croi- suées sont disposés les uns à c8tX des autres et sur les autres de manière b être réunis par une liaison du genre tissé, puis que la couche laminée enroulée (ou enroulement laminé) est, une fois prête, découpée selon les contours des éléments de cons truction légers (ou sandwichs) (11) à réaliser et que l'on con fère ensuite aux éléments de construction légers ou sandwichs leur forme définitive et qu'on les durcit. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour l'enroulement d'un écheveau de fibres (12), on réunit de préférence six stratifils ou rovings (3) on deux couches. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison du genre tissé des couches croises est réalisée sous la forme d'un motif continuellement répété (10), limité en surface. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contours des éléments de construction légers ou sandwichs (11) sont directement découpée dans le matériau laminé sur le mandrin d'enroulement (1), et que l'on confère ensuite aux éléments de construction sandwichs (11) leur forme définitive et qu'on les durcit. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, une fois prête, la couche laminée enroulée (ou enroulement laminé) est découpée, retirée du mandrin d'enroulement (1) et façonnée en un panneau plat (20), & la suite de quoi l'on dé- coupe dans ce panneau' les contours des éléments de construction légers ou sandwichs (11), puis, selon la forme définitive de ces derniers, on leur conserve leur configuration plane ou on les façonne, & on les durcit ensuite. 6.- Procédé selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'on découpe les contours des éléments de construction légers ou sandwichs (11) suivant les directions de leurs sollicitations principales, le matériau laminé étant, de préférence, découpé, soit dans le sens de l'axe (la) du mandrin d'enroulement (1), soit parallèlement à la direction d'une des couches d'écheveaux de fibres (8,9). 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications pré- cémentes, caractérisé en ce que les écheveaux de fibres (12) sont enroulés à un certain intervalle (a,b) les uns des autres, ce qui donne une disposition en forme de treillis pour la couche laminée enroulée. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des fibres de carbone servent à la fa- brication des stratifils ou rovings (3).