Brevet FR2398604A1 — publié le 19790223

L'invention concerne un élément de construction renforcé par des fils métalliques ou par des fibres, en particulier un tuyau résistant à la pression Des éléments de construction composites du type indiqué sont utilisés dans une mesure croissante aux endroits où le poids des éléments de construction à haute résistance est d'une importance déterminante, en particulier dans Il'aéronautiqueet l'astronautique, mais aussi dans la construction de véhicules et la technique d'armement Pour les températures de service élevées ou les exigences particulieres à la résistance a' l'aBrasion on utilise surtout des pièces métalliques renforcées par des fils métalliques ou par des fibres qui ont alors généralement un poids élevé et dont la fabrication est très dispendieuse en raison des difficultés pour insérer des fibres dans des matériaux métalliques matricés Aux endroits où l'on attache le plus grand prix à l'économie de poids ou à la fabrication à un prix avantageux, on utilise surtout-des matières plastiques renforcées par des fibres. en particulier pardes fibres de verre Mais les éléments de construction de ce type ne conviennent pas pour être utilisés aux températures de service élevées et ne possèdent pas une résistance à l'abrasion suffisante ou une qualité de la surface à de nombreuses fins L'invention a pour but de créer des éléments de cons truction destinés à être utilisés dans la plage limite entre les deux domaines d'utilisation décrits et qui peuvent être fabriqués facilement et à un prix avantageux autant que possible Ces éléments doivent présenter de bonnes propriétés de surface au moins aux emplacements fortement sollicites L'invention concerne à cet effet un élément du type ci=dessus caractérisé en ce que des fils métalliques ou des fibres de renforcement sont disposés en plusieurs couches enduites d'une matière plastique durcissable sur une plaque métallique et en ce que la matière plastique durcie et relia'nt solidement les fils métalliques entre eux et à la plaque métallique remplit les espaces entre les fils métalliques et entre la plaque métallique et les fils métalliques Les avantages obtenus par l'invention consistent en particulier en ce que de tels éléments de construction ont un poids inférieur à celui des éléments métalliques de même résistance, mais une résistance supérieure et de meilleurs propriétés de surface que les éléments en matière plastique correspondants Suivant un mode de réalisation de l'invention, la plaque métallique est formée en tuyau sans soudure et les fils métalliques enduits de matière plastique sont enroulés sur le tuyau. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le tuyau est moulé à alliage d'aluminium et les fils métalliques enroulés sur le tuyau avec précontrainte sont des fils d'acier. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'une haute résilience et d'une bonne stabilité de forme par rapport aux tuyaux en aluminium correspondants Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, les fils sont des fibres de verre ou des paquets de fibres de verre imbibés de matière plastique. Les éléments de construction ainsi réalisés présentent l'avantage d'un poids spécifique particulièrement faible et ils peuvent être fabriqués à un prix particulièrement avantageux. Suivant un autre mode de réalisation avantageux de llinven- tion, le tuyau en aluminium est durci a' chaud avant l'enroulement des fils métalliques et sa paroi intérieure est garnie d'une couche de revêtement dur. Les tuyaux ainsi réalisés conviennent particulièrement pour être utilisés comme tuyaux pour vérins dans les installations hydrauliques et pneumatiques, ils peuvent aussi etre utilisés comme conduites de refoulement, car une fabrication en continu est possible sans difficultés. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, de la poudre métallique ou de la poudre de carbure de silicium est mélangée à la matière plastique. Ce mode de réalisation présente en particulier l'avantage que les surfaces de matière plastique peuvent être usinées par enlèvement de copeaux, qu'elles sont très résistantes à l'abrasion et que leur aspect correspond dans une très large mesure aux surfaces métalliques. Pour l'utilisation à des endroits où des exigences particulières sont émises quant â la qualité de l'ensemble de l'élément de construction, un autre mode de réalisation avantageux de l'invention est caractérisé en ce que les couches de fils métalliques entourés de matière plastique sont disposées entre deux plaques métalliques. Suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, les deux plaques métalliques sont formées en tuyaux sans soudure et les fils métalliques sont -parallèles à l'axe des tuyaux Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour les tuyaux sollicités à l'écrasement et à la flexion, par exemple pour trains d'atterrissage d'avions L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 représente un élément de construction composite plan la figure 2 représente un tuyau renforcé par des fils métalliques - la figure 3 représente un tuyau renforcé par des fibres - la figure 4 représente un élément de construction plan avec revêtement métallique sur les deux faces - la figure 5 représente un tuyau métallique avec renforcement axial Conformément à la figure 1, une plaque métallique qui peut avoir n'importe quel profil et peut être constituée d'un alliage d'aluminium est reliée à titre d'exemple à une couche de matière plastique 2, dans laquelle sont noyés des fils métalliques ou des fibres de renforcement 2.La fabrication dudit élément de construction s'opère utilement de la manière suivante : la surface correspondante de la plaque d'aluminium lest nettoyée, les fils métalliques 2 enduits au préalable d'une matière plastique visqueuse 3 sont posés sur la plaque 1 en ajoutant éventuellement d'autre matière plastique 3 entre les couches de fils métalliques 2 La matière plastique visqueuse 3 s'étant écoulée et ayant rempli la totalité d'intervalles 5 entre les fils métalliques 2 et la'plaque 1, on donne à la matière plastique l'occasion de durcir. Le durcissement est effectué judicieusement dans une forme empêchant la matière plastique 3 de couler de la plaque 1. Dans le cas de fabrication en continu, le durcissement de la matière plastique est effectué judicieusement entre des tôles de limitation protégées de manière classique contre un collage avec la matière plastique 3. La matière plastique 3 ayant fait ses preuves est une résine synthétique qu'on peut obtenir sous le nom commercial Metallix Le Metallix A contient déjà de la poudre d'aluminium de différentes grosseurs de grain, le mélange durci a donc à peu près la couleur d'une surface d'aluminium normale Le Metallix S contient une poudre métallique de particules d'acier et de carbure de sili cium épuré et donne une surface remarquablement résistante à l'abrasion et présentant aussi un aspect métallique La figure 2 représente un tuyau métallique 4, sur lequel ont été enroulés sous précontrainte des fils métalliques 2 enduits de matière plastique 3, la matière plastique 3 remplissant de nouveau les espaces 5 entre les fils métalliques 2 et le tuyau métallique 4 et durcissant ensuite L'enroulement du tuyau métallique 4 avec les fils métalliques enduits 2 s'effectue utilement par couches, le nombre des couches enroulées étant adapté aux exigences quant à l'élément de construction fini et aux dimensions finales désirées.Par 7 est désignée une face intérieure du tuyau métallique 4, laquelle a été traitée avant 1 'enroulement en fonction de l'utilisation de l'élément de construction La figure 3 représente un tuyau métallique 4 dont la face intérieure 7 est garnie, suivant les exigences émises quant à l'élément de construction, d'une couche de revetement dur 80 Comme renforcement sont noyés dans la couche de matière plastique 3 des paquets de fibres 6 également disposés par couches Par 9 sont désignées des particules métalliques ou de carbure de silicium contenues dans la matière plastique 3 Pour être utilisé comme vérin hydraulique, le tuyau métallique 4 est constitué d'un alliage d'aluminium hautement résistant et moulé sans soudure sur une extrudeuse Après le moulage, il est recommandé d'effectuer un étirage suivi d'un durcissement du matériau sous l'action de la chaleur. Puis, on peut procéder à un usinage de la face intérieure 7 suivant les exigences et la rugosité de la surface obtenue par l'étirage. On applique ensuite sur la face intérieure 7 une couche de revêtement dur 8, à quoi fait suite l'enroulement déjà décrit des fils métalliques ou des paquets de fibres 6 enduits de matière plastique. Si l'enroulement se fait dans une opération de fabrication continue, la coupe à longueur du tuyau fait suite au durcissement de la matière plastique 3. Il n'y a pas de limitations au procédé de fabrication décrit en ce qui concerne les dimensions du tuyau et le type des fibres. En cas de fabrication continue, on peut aussi réaliser de cette façon des conduites sous pression longues et flexibles Pour des applications spéciales, la surface de la matière plastique 3 peut aussi être usinée par enlèvement de copeaux Les fonds des vérins peuvent, comme dans les tubes de cylindres classiques, en aluminium, être fixés par des bagues d'ar-ret ou des tirants Dans un exemple, on à utilisé comme tuyaux 4 tuyaux d'aluminium en alliage AlMgSi 0,5 avec une épaisseur de paroi de 2 mm et un diamètre de 84 mm qui avaient une résistance ê la traction de 11 kp par mm2 Pour les fils métalliques de renforce ment 2, on a utilisé un fil d'acier de 0,15 mm de diamètre et 2 d'une résistance à la traction de 250 kp par mm , La résine synthém tique enrichie de poudre métallique et dézà decrite atteint une 2 résistance à la pression de 11,3 kp par mm et est utilisable aux températures entre = 500C et + 1800C. Le tuyau composite fini avait un diamètre intérieur de 80 mm, un diamètre extérieur de 90 mm et un poids spécifique de 4,3 p par cm3. Avec une teneur en acier du tuyau de 33 % en volume, on a atteint une pression d'éclatement de 1 300 atm rel. Un tuyau d'acier d'à peu près même dimension aurait pesé approximativement le double. La figure 4 représente schématiquement un élément de construction constitué de plaques métalliques 1 et 10, entre lesquelles sont disposés des fils ou fibres de renforcement noyés dans la matière plastique 3, les espaces 5 étant remplis de matière plastique 3 La figure 5 représente à titre d'exemple un tuyau composite constitué d'un tuyau intérieur Il, d'un tuyau extérieur 12 et d'une couche de matière plastique 3 disposée entre les deux tuyaux Dans la couche de matière plastique 3 sont disposés des fils métalliques de renforcement 2 qui dans ce cas passent dans le sens axial. Ce tuyau convient pour les sollicitations élevées å la flexion et à l'écrasement telles qu'elles interviennent par exemple sur les trains d'atterrissage d'avions. Il va de soi qu'il est aussi possible de disposer des couches defils métalliques de renforcement enroulés 2 et de fils métalliques 2 passant longîtu- dinalement dans la couche de matière plastique 3. Il est aussi recommandé de ne monter le tuyau extérieur 12 qu'après le durcissement de la couche de matière plastique 3 et de le former sur le diamètre intérieur désiré REVENDICATIONS 10) Elément de construction composite renforcé par des fils métallique ou par des fibres, élément caractérisé en ce que plusieurs couches de fils métalliques (2) ou de fibres de renforcement enduits d'une matière plastique durcissable (3) sont disposées sur une plaque métallique (1) et en ce que la matière plastique durcie (3) et reliant solidement les fils métalliques (2) entre eux et à la plaque métallique (1) remplit les espaces (5) entre les fils métalliques (2) et entre la plaque métallique (1) et les fils métalliques (2). 20) Elément de construction composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque métallique (1) est formée en tuyau sans soudure (4) et que les fils métalliques (2) enduits de matière plastique (3) sont enroulés sur le tuyau (4). 30) Elément de construction composite suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le tuyau (4) est moulé sans soudure à partir d'un alliage d'aluminium et que les fils métalliques (2) enroulés avec précontrainte sur le tuyau (4) sont des fils d'acier. 40) Elément de construction composite suivant la revendication 2y caractérisé en ce que les fils (2) sont des fibres de verre ou des paquets de fibres de verre (6) embibés de matière plastique (3). 50) Elément de construction composite suivant l'une ou l'autre des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le tuyau (4) est trempé à chaud avant l'enroulement des fils métalliques (2) et que sa paroi intérieure (7) est garnie d'une couche de revetement dur (8). 60) Elément de construction-composite suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que de la poudre métallique# ou de la poudre de carbure de silicium (9) est mélangée à la matière plastique (3). 70) Elément de construction composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les couches de fils métalliques (2) entourés de matière plastique (3) sont disposées entre deux plaques métalliques (1 et 10). 80) Elément de construction composite suivant la revendication 7y caractérisé en ce que les plaques métalliques (1 et 10) sont formées en tuyaux sans soudure (11 et 12) et que les fils métalliques (2) sont parallèles à l'axe des tuyaux