Brevet FR2365424A1 — publié le 19780421

La présente invention a pour objet des procédés et des outillages de fabrication de corps creux composés de plusieurs manchons préimprégnés de résine Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication de corps creux en résines stratifiées. Dans la suite de l'exposé, on se réfèrera plus particulierement a la construction des abris de radar en forme de dôme ou d'ogive, appelés radômes, notamment aux nez coniques d'engins volants abritant un radar. Il est précisé cependant que ce choix n'entraîne aucune limitation et que les procédés selon l'invention peuvent s'appliquer a la fabrication de tout corps creux, de forme tubulaire, cylindrique, conique, ogivale, elliptique, sphérique etc..., par exemple à la construction de réservoirs,d'éléments de tuyauterie, de pièces mécaniques, de coques de bateaux etc.... Pour fabriquer des corps creux en résine stratifiée, notamment des radomes, on peut partir de tissus de fibres que l'on découpe et que l'on assemble sur un noyau. Ensuite, on peut, soit imprégner successivement chaque nappe de résine, par exemple au moyen d'un pinceau, soit former plusieurs nappes superposées, puis recouvrir l'ensemble d'un contre moule, et injecter une résine liquide. Dans les deux cas, on polymérise la résine par action de la chaleur et/ou de la pression. Cette derniere méthode nécessite un outillage important. On a pu simplifier ces méthodes en utilisant des tissus de fibres préimprégnés que l'on conserve au froid et à l'obscurité pour éviter la polymérisation. Au moment de l'utilisation, on découpe ces tissus, on les chauffe pour les assouplir et on superpose plusieurs nappes de tissus préimprégnés, puis on chauffe pour polymériser la résine thermodurcissable. Cette dernière méthode permet de simplifier ltoutillage de fabrication et d'obtenir des épaisseurs de résine plus régulières. Les méthodes qui précèdent présentent l'inconvénient que les nappes d'armatures présentent des discontinuités qui réduisent la résistance mécanique et des recouvrements qui conduisent à des propriétés diélectriques différentes d'un point à l'autre du radôme qui peuvent nuire au bon fonctionnement du radar. On connut par ailleurs des articles textiles tubulaires, tissés ou tricotés, appelés communément "chaussettes" ou tissus double étoffe, dans lesquels les fils de trame forment un circuit fermé de sorte que ces articles ne comportent aucune discontinuité ni aucune surépaisseur. Dans la suite de l'exposé, on désignera ces articles textiles tubulaires du nom de manchons, étant précisé que ces manchons peuvent être cylindriques, coniques, ogivaux, ovoïdes etc.... On a déjà utilisé de tels manchons, en fibres de verre, de silice, de carbone, de bore ou analogues, comme armatures de corps creux en résine stratifiée. Ces manchons présentent l'avantage que les armatures sont continues une unetrès bonne résistance mécanique. Par contre, à ce jour, on n'a pu réaliser des corps creux à partir de manchons préimprégnés à cause d'une part des difficultés de fabrication de manchons préimprégnés et, d'autre part, des difficultés pour enfiler ceux-ci les uns sur les autres. Cependant, les difficultés de la fabrication de manchons préimprégnés ont pu être résolues et on connaît actuellement des articles textiles tubulaires préimprégnés d'une résine thermodurcissable, par exemple d'une résine epoxy au bis-phénol ou d'une résine polyimideou polyester qui est incomplètement polymérisée de sorte que la surface de l'article préimprégné est collante. Les faces internes et externes de ces articles sont protégées par des feuilles non adhérentes que l'on retire au moment de l'emploi. Toutefois, par suite de l'état pâteux des résines réticulées et incomplètement polymérisées qui imprègnent ces manchons, il-est très difficile sinon impossible d'engager successivement plusieurs manchons sur un même noyau en les emboîtant les uns dans les autres car les faces en contact adhèrent l'une à l'autre et interdisent tout glissement des manchons l'un sur l'autre. L'objectif de la présente invention est de procurer des procédés de fabrication de corps creux en résines stratifiées, composés de plusieurs manchons, préimprégnés de résine, qui sont emboités les uns dans les autres, en évitant les difficultés dues à l'adhérence des manchons entre eux. Cet objectif est atteint au moyen d'un procédé suivant lequel - on préforme séparément chaque manchon en l'engageant sur un mannequin, puis en le retirant de façon qu'il conserve la forme du mannequin; - on habille ensuite un moule en enfilant lesdits manchons préformés les uns sur les autres; - et on polymérise la résine. De préférence, on chauffe les manchons avant de les engager sur le mannequin pour les assouplir et on les laisse refroidir avant de les retirer. L'invention a pour résultat de nouveaux produits constitués par des corps creux en résine stratifiée fabriqués selon les procédés de l'invention et notamment de nouveaux radômes. Ces corps creux présentent l'avantage que les nappes d'armatures, constituées par des manchons tissés ou tricotés en double étoffe, ne présentent aucune discontinuité ni aucun chevauchement des bords d'une armature les uns sur les autres. Ils présentent également l'avantage que les épaisseurs de résine sont très uniformes car la préimprégnation des manchons est faite en usine et la quantité de résine est bien dosée; De plus,le pourcentage de vides occupés par des bulles d'air est également plus régulier car la pénétration de la résine dans les manchons préimprégnés est beaucoup plus régulière que lorsque l'on injecte la résine à travers toutes les armatures superposées. Il en résulte que les corps creux fabriqués selon l'invention présentent des propriétés homogènes sur toute leur étendue et reproductibles d'un article à un autre d'une même série. Cette propriété est très importante, notamment pour des radômes dont les constantes diélectriques doivent être respectées avec une grande précision et dépendent essentiellement de ltépais- seur de résine et du pourcentage de bulles d'air dans la résine. Les corps creux fabriqués selon l'invention cumulent les avantages des corps creux fabriqués avec des tissus plans préimprégnés et les avantages des corps creux fabriqués avec des manchons superposés placés entre deux moules entre lesquels on injecte de la résine que l'on polymérise. Un avantage des procédés selon l'invention est qu'ils facilitent la fabrication et la réparation des corps creux en résine stratifiée. Ces manchons préimprégnés peuvent être fabriqués en grande série dans des usines puis transportés à plat, donc sous un faible volume, et on peut ensuite fabriquer des objets volumineux à trois dimensions tels que des radômes, des ogives, des réservoirs, des sections de canalisation, à proximité de leur utilisation, simplement en utilisant des mannequins de préformage et des moules sans avoir à utiliser un matériel lourd d'injection. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent des exemples, sans aucun caractère limitatif, de mise en oeuvre de procédés de fabrication de corps creux en résine stratifiée, à partir de manchons préimprégnés. La figure 1 est une vue en perspective d'un manchon préimprégné, enfilé sur un mannequin de préformage. La figure 2 est une vue en perspective d'un manchon en cours de préformage. La figure 3 est une vue en perspective de la mise en place d'un manchon préformé sur d'autres manchons déjà enfilés sur un noyau de moule. La figure 4 est une coupe axiale de la figure 3. Les figures 5 et 6 sont des coupes axiales d'un procédé utilisant un moule femelle et un mannequin de transfert. La figure 7 est une vue en perspective d'un manchon déformé avec retrécissement. Les figures 1 et 2 représentent la première phase des procédés selon l'invention qui est la phase de préformage individuel de chaque manchon pré imprégné. Les manchons préimprégnés de résine sont livrés à plat avec des papiers intercalaires entre les deux nappes de chaque manchon et des papiers externes afin de protéger les surfaces gluantes du manchon préimprégné de tout contact entre elles ou avec d'autres surfaces. Après avoir enlevé les papiers de protection, l'opération de préformage a pour but de mettre chaque manchon aux dimensions qui seront les siennes dans le corps creux. C'est du soin apporté à cette opération que dépend l'obtention de structures de bonne qualité. On décrit, à titre d'exemple, la fabrication d'une structure en forme d'ogive, par exemple d'un radôme qui constitue le nez d'un avion. Les figures 1 et 2 représentent un mannequin 1 de préformage, qui est un mannequin mâle dont le profil extérieur correspond exactement au profil intérieur que doit avoir le manchon dans la structure finale. Le manchon 2 est enfilé sur le mannequin en tirant sur le bord inférieur du manchon pour le forcer à glisser le long de la paroi externe du mannequin à laquelle il a tendance à adhérer. La forme mâle du mannequin facilite cette opération. On pourrait également utiliser un mannequin femelle. Le mannequin 1 a un profil extérieur qui correspond sensiblement à la surface qu'occupe le manchon lorsqu'il est complètement ouvert de sorte qu'en fin d'opération, le manchon 2 épouse parfaitement la forme du mannequin sans que ni les fils de chaîne 3, ni les fils de trame 4 ne soient étirés. Une fois le manchon complètement enfilé sur le mannequin, on le retire soigneusement de sorte qu'il conserve la forme du mannequin et il constitue un manchon préformé dit préforme. La présence de la résine d'imprégnation sur le manchon rend celuici plus difficilement déformable que ne le serait un manchon non imprégné et permet que le manchon conserve la forme du mannequin pendant et après qu'il est retiré du mannequin. La figure 2 représente le manchon 2 en cours d'engagement sur le mannequin 1. Pour faciliter l'engagement du manchon sur le mannequin, on chauffe légèrement le manchon. On peut le chauffer dans sa totalité avant de l'engager sur le mannequin. On peut également chauffer localement le manchon ou le mannequin pendant rengage ment du manchon sur le mannequin, en limitant le chauffage aux zones 5 du manchon où l'écart initial entre les dimensions du manchon et du mannequin est le plus important. Une fois le manchon enfilé entièrement sur le mannequin, on laisse refroidir et le retour à la température ambiante rend la résine de préimprégnation plus rigide, ce qui permet de retirer le manchon du mannequin et de le manipuler dans de bonnes conditions sans qu'il ne risque de se déformer. Les figures 3 et 4 représentent la deuxième étape du procédé qui est celle du transfert des manchons préformés et de l'habillage du moule. Sur un moule 6, qui présente la forme d'un noyau mâle dont le profil extérieur correspond aux dimensions intérieures de l'ogive que l'on désire fabriquer, on enfile successivement les divers manchons 2 préformés individuellement dans la phase précédente. La figure 3 représente la phase dans laquelle n manchons préformés ont déjà été enfilés sur le noyau 6 et un manchon préformé 2n+1 est en cours d'engagement sur ceux-ci. Du fait que les manchons ont été préformés préalablement, les frottements entre la surface externe du manchon 2n et la surface interne du manchon 2n+1 sont réduits et il est possible d'effectuer ltemboîtement du manchon 2n+1,alors qu'il est impossible de faire glisser un manchon préimprégné et non préformé sur un autre manchon déjà en place. On peut ainsi superposer un grand nombre de manchons successifs sur un même moule. La figure 4 est une coupe axiale de la figure 3 qui représente un dispositif utilisé pour parfaire la mise en place d'un manchon préformé 2n+1 sur les n manchons 2 déjà en place. Le moule 6 est connecté de façon étanche sur un appareil à vide, non représenté, qui maintient une dépression dans le moule 6 qui comporte, au voisinage de la base et au sommet,des orifices 7 qui traversent les parois du moule. On coiffe la préforme 2n+1 et le moule d'un sac déformable 8, par exemple d'un sac en élastomère que l'on connecte de façon étanche à la hase du moule 6 et on aspire dans le moule. La dépression qui se crée dans le sac applique celui-ci contre le manchon préformé 2n+1 et la poussée exercée contre le manchon améliore l'engagement de celui-ci sur le moule. Cette opération peut être répétée pour la mise en place de chaque préforme 2 sur le moule 6.Lorsque le nombre voulu de manchons préformés 2 ont été engagés sur le moule 6, le sac 8 peut en même temps servir pour la troisième étape qui est celle du moulage et de la polymérisation. Au cours de cette étape, on aspire à l'intérieur du moule 6 pour éliminer au maximum les bulles d'air emprisonnées entre les manchons préformés 2 et on applique en même temps contre le sac 8 une pression externe qui varie selon les résines, et on chauffe le tout dans une autoclave à la température de polymérisation qui dépend de la résine, par exemple à une température de 1700 pour des résines polyimides de sorte qu'après polymérisation, la résine durcit et on obtient un corps creux rigide. Pour cette troisième étape qui est l'étape de moulage et de poly mérisation, on peut également utiliser d'autres techniques déjà connues pour la mise en oeuvre des tissus plans préimprégnés. Suivant les formes et dimensions des pièces à réaliser, on peut utiliser un moule mâle comme dans l'exemple de la figure 4, ou un moule femelle comme dans l'exemple de la figure 6 ou un moule et contre moule. Pour la polymérisation, on peut utiliser, soit une presse, soit une autoclave, soit le vide. La technique de moulage sur moule mâle qui est représentée sur la figure 4 permet d'obtenir une bonne qualité de la surface interne du corps creux qui est la surface appliquée contre le moule tandis que la surface externe est plus médiocre. Dans de nombreuses applications, notamment pour les nez d'avions ou d'autres engins volants, la bonne qualité de la surface externe est primordiale. Dans ce cas, on utilise un moule femelle 9 comme le représente la figure 6 mais il est très difficile d'emboîter les manchons préformés 2 l'un dans l'autre en position retournée, c'est-à-dire la pointe vers le bas. Dans ce cas, on utilise, de préférence, un mannequin de transfert mâle 10. Dans une étape intermédiaire représentée sur la figure 5, on habille le mannequin de transfert 10 dont le sommet est tourné vers le haut de la totalité des manchons 2, qui ont été préalablement préformés. Une fois cette demi étape terminée, on coiffe avec un moule femelle 9 et on retourne l'ensemble comme le représente la figure 6. Si l'on utilise une technique de moulage sous pression, on peut alors retirer le mannequin de transfert 10 en laissant les préformes 2 en place pour le remplacer par un sac de moulage déformable dans lequel on exerce une pression. En variante, on peut utiliser un mannequin de transfert 10 creux et perforé sur lequel on applique d'abord un sac déformable et on aspire dans le mannequin pour maintenir le sac bien appliqué contre le mannequin. On enfile ensuite les manchons préformés sur le sac, on coiffe d'un moule femelle et on retourne le mannequin 10, on supprime la dépression de sorte que le sac habillé de toutes les préformes se détache facilement du mannequin de transfert et on exerce une pression à l'intérieur du sac pendant l'étape de polymérisation. La mise en oeuvre des procédés selon l'invention exige des outillages parmi lesquels notamment une série de mannequins de préformage de différentes tailles. En effet, pour que les manchons préformés s'emboîtent bien l'un dans l'autre, sans frottement, il faut que les dimensions du manchon 2n+1 soient légèrement supérieures à celles du manchon 2n. Théoriquement, il faudrait donc utiliser autant de mannequins de préformages et autant de tailles de manchons que le corps creux à fabriquer comporte de nappes d'armatures, ce qui rendrait le procédé de fabrication très onéreux pour des fabrications qui ne comporteraient pas des séries importantes. En acceptant une légère perte sur les propriétés mécaniques des manchons d'armatures et donc sur les propriétés mécaniques du corps creux terminé, il est possible de réduire le nombre de mannequins de préformage en jouant sur la déformation des fils de trame. Il est difficile d'étirer les fils de trame circulaires 4 sans les soumettre à une très forte tension. Par contre, il est possible de préformer un manchon préimprégné sur un mannequin dont les dimensions sont légèrement inférieures à celles du manchon et de conserver cette forme grâce à la rigidité conférée par la résine de préimprégnation. La figure 7 montre la mise en place d'un manchon 2a sur un mannequin de préformage la dont les dimensions sont légèrement inférieures aux dimensions de tissage du manchon. On voit sur cette figure que les fils de trame 4 sont légèrement déformés, la déformation 4a étant située dans la zone 3a d'abandon des fils de chaîne pendant le tissage qui est représentée en pointillés. En faisant varier la déformation, on peut à partir des mêmes manchons et sur un même mannequin, obtenir plusieurs préformes de tailles différentes. Toujours en jouant sur la déformation des fils de trame 4, il est possible d'effectuer un complément de préformage directement sur les moules mâles 6 ou sur les mannequins 10 pour accentuer le rétrécissement des préformes. Il est possible ainsi de fabriquer des corps creux ayant une épaisseur de l'ordre de 10 mm et comportant environ 30 nappes d'armature en utilisans seulement trois tailles différentes de mannequins homothétiques ce qui permet de tendre vers le meilleur rapport qualite/prix. Dans tout ce qui précède, on a décrit des mannequins de préformage 1 et de transfert 10 rigides, mais il est précisé que ceux-ci peuvent également être remplacés par des mannequins gonflables, ce qui facilite l'enlèvement des manchons préformés et permet de faire varier légèrement la taille des mannequins. Les procédés selon l'invention permettent de fabriquer toutes sortes de corps creux en résine stratifiée tels que des radômes, des réservoirs, des éléments de tuyauterie tels que coudes, tés, brides, des coques de navire etc... sans avoir à utiliser aucune installation d'injection de résine puisque toute la résine nécessaire est contenue dans les manchons préimprégnés. Ils permettent d'obtenir des produits ayant de très bonnes qualités grâce à la continuité des armatures et des propriétés très reproductibles à l'intérieur d'une même série grâce à l'uniformité des manchons préimprégnés en usine. Ils permettent de fabriquer les corps creux de grand volume à proximité des lieux d'utilisation d'où un gain important sur les frais de transport, et avec des outillages spécifiques peu onéreux. REVENDICATIONS 1 -Procédé de fabrication de corps creux en résine stratifiée composes de plusieurs manchons préimprégnés de résine, caractérisé en ce que - on préforme séparément chaque manchon en L'engageant sur un mannequin, puis en le retirant de façon qu'il conserve la forme du mannequin; - on habille ensuite un moule en enfilant lesdits manchons préformés les uns sur les autres; - et on polymérise la résine. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on chauffe lesdits manchons avant de les enfiler sur le mannequin et on les laisse refroidir avant de les retirer. 3 - Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 d'un corps creux ayant une surface interne soignée, caractérisé en ce qu'on préforme séparément les manchons sur un moule mâle, on habille un noyau mâle sur lequel on enfile les uns sur les autres la totalité des manchons préimprégnés et préformés et on polymérise en utilisant ledit noyau comme moule. 4 - Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que lorsque tous les manchons préformés ont été enfilés sur ledit noyau, on enveloppe le noyau,habillé des manchons, d'un sac déformable et on exerce une pression contre la face externe de celui-ci pendant la polymérisation. 5 - Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 d'un corps creux ayant une surface externe soignée, caractérisé en ce que l'on habille un mannequin de transfert mâle, sur lequel on enfile les uns sur les autres, la totalité des manchons préimprégnés et préformés, puis on le coiffe d'un moule femelle, on retourne l'ensemble et on poly mérise les résines. 6 - Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendication 1 à 5 de corps creux comportant un grand nombre d'armatures, caractérisé en ce que l'on utilise un nombre restreint de mannequins de préformage de dif férentes tailles et un nombre restreint de séries de manchons préimpré gnes de différentes tailles et on préforme sur chaque mannequin plusieurs manchons d'une même série en déformant plus ou moins les fils de trame, de sorte que les manchons préformés obtenus constituent une série de volumes croissants et rétrécis par rapport au volume maximum réalisable sans mettre les fils en tension. 7 - Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 d'un corps creux ayant une surface externe soignée, caractérisée en ce que, une fois les manchons préformés individuellement sur un moule mâle, on les emboîte les uns dans les autres à l'intérieur d'un moule femelle et on polymérise ensuite les résines. 8 - Produits nouveaux constitués par des corps creux rigides en résine strati fiée, caractérisés en ce qu'ils sont formés d'une superposition de man chons préimprégnés de résine qui ont été emboîtés les uns dans les autres et dont la résine a été ensuite polymérisée. 9 - Produits nouveaux constitués par des corps creux rigides en résine stra tifiée, caractérisés en ce qu'ils ont été fabriqués par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 10 - Outillage pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une série de mannequins homothétiques de tailles différentes, qui s'échelonnent entre une première taille ayant sensiblement les dimensions internes dudit corps creux et une dernière taille ayant sensiblement les dimensions externes dudit corpx creux.