Brevet FR2401760A1 — publié le 19790330

La présente invention concerne la fabrication en continu ou semicontinu de ressorts ou de profils helicoidaux en matériaux composites. Elle concerne également les machines, outillages et produits en résultant. Les procédés actuels de réalisation de profilés hélicordsuz en matériaux composites sont fabriqués à l'aide de fibres organiques, métalliques ou minérales imprégnées d'une matrice durcissant par réticulation ou solidification. Un procédé simple consiste a obtenir par pultrusion ou extrusion un composite qui en sortie de filière vient sur une ou plusieurs portées le déviant suivant une hélice; ce procédé est notament utilisé pour produire des renforcements hélicoidaux pour citernes en stratifié. Un autre procédé consiste à introduire un composite imprégné dans un tube souple et de l'enrouler sur un mandrin lisse ou présentant des rainures hélicoidales. Un autre procédé utilisé consiste en l'enroulement autour d'un noyau démontable, fusible, soluble ou perdu d'un stratifié préimprégné et de le durcir généralement sous presse dans un moule en plusimrs parties. Ces divers procédés comportent de nombreuses faiblesses : précision aléatoire, cycle de travail lent, alignement plus ou moins heu roux des renforcements, prix de revient généralement prohibitif. Les procédés suivant l'invention éliminent plusieurs de ces inconvénients, soit : - Précision calculable en tenant compte des retraits de polymérisation, ~ dea différents coefficients de dilatation, . des composites et outillages. - Fabrication en continu sans rupture de charge d'où un prix de revient compétitif. L'invention sera mieux comprise à la lecture détaillée suivant les dessins annexés qui représentent à titre non limitatif un mode de réalisation de l'invention. Sur la planche Is repère 1 une ligne de mandrins emboitables, selon un procédé connu, de forme circulaire présentant un usinage héli ceidal selon une partie de la forme de la section du profilé à obtenir. Ces mandrins sont préchauffés avant leur entrée dans la filière, soit par passage en étuve, soit de préférence, par un poste de chauffage à haute fréquence 2 permettant une meilleure régulation de la température. La filière 3 fixe, comportant un usinage hélicoldal dont le pas correspondant à celui de l'usinage des mandrins permet le déplacement de ceux- ci. Le profilé se formant dans ltespace laissé libre par usinage entre le filetage mâle des mandrins et le filetage femelle de la filière. L'arrivée des fibres 5 se fait près de l'entrée de la filière tangeantiellement à l'axe de ltespace laissé par les filets, suivant un angle, par rapport à la filière, identique au pas de l'hélice du profilé. Les fibres 7 étant -imprégnées par voie humide dans un bac 6 lors de l'utilisation d'une matrice liquide. D'autres systèmes d'imprégnation peuvent être choisis, notament injection de la matrice en tête permettant d'utiliser dans le cas des thermodurcissables des mélanges très réactifs. La filière peut être chauffée ou refroidie suivant l'utilisation de la matrice. Le durcissement du profilé se faisant soit par - réticulation, - refroidissement, - utilisation de radiations. En sortie de filière 3 avant le système d'entrainement 4 on peut prévoir un système de post-traitement par étuvage ou par chauffage dans un conformateur identique à la filière. Pour des profilés relativement épais, afin de ne pas endommager les patins de serrage, un système de refroidissement peut être également prévu : - soit sous forme de ventilations - soit d'un conformateur de refroidissement selon un principe identique à la filière. Le système d'entrainement comprend un bâti circulaire pouvant tourner autour d'un axe concentrique aux mandrins. Un système de serrage comprenant deux chenilles munies de patins, d'un modèle similaire à celles employées en extrusion. Ces chenilles sont réglables en épaisseur à la forme du mandrin mais elles sont libres en translation, le bati circulaire imprimant à la ligne des mandrins un mouvement de rotations donc de vissage, donc fina- lement d'avancez Les chenilles permettent la libre rotation sans avance longitudinale du bâti circulaire. Le bâti circulaire peut être entrainé par différents systèmes : engrenages, chattes, courroies crantées, relies à une force motrice -électrique ou hydraulique - parfaitement régulée afin d'assurer une progression régulière du profilé dans la filière. Sortis du système dtentraînement les mandrins peuvent être déboités après trongonnage du profilé. Le profilé pouvant être démoulé en imprimant un mouvement inverse de rotation à celui de son enroulement. Le mandrin nettoyé, enduit éventuellement de démoulant peut être à nouveau utilisé pour un nouveau cycle. Une autre partie importante de l'invention est la réalisation des outillages afin de faciliter au maximum le démoulage, tout en conservant une adhérence suffisante, au profilé durcis capable d'entraSner le composite. Deux exemples de profils sont dessinés sur la planche Il, figure 2 représentant une coupe d'un ensemble de filiere/mandrin avec un profilé de section circulaire; les figures 3 et 4 représentant un profilé de section carrée. Ces profils non limitatifs présentent la particularité de présenter une partie de contre-dépouille destinée à accroître, lorsque le profilé est avant ou dans la chenille, l'adhérence au mandrin afin d'assurer une progression régulière du profilé dans la filière, un maintien en position lors de son refroidissement ou du passage dans la chenille. Les fibres pouvant être employées étant les fibres de verre, de carbone, de Kevltrr, de silice, des filaments métalliques ou toutes autres fibres convenant à cet usage. Ces fibres pouvant être combinées entre elles pour former des composites hybrides. Les fibres peuvent par ailleurs être précontraintes ou subir des arrangements spéciaux comme un tressage afin d'améliorer certaines de leurs propriétés. matrice, il faut comprendre une matière enrobant les fibres t - s#t me matière thermodurcissable comme les résines Epoxydes, Phéno liques, Polyesters ou Polyimide, - scît thermoplastiques. Ces résines pouvant imprégner les fibres à l'état liquide ou pulvé latente; ces matières pouvant par ailleurs contenir par mélange des dur etnie#s, des charges, des colorants... Certaines matrices métalliques peuvent convenir. L'invention stapplique à la construction de machines et d'outillages ainsi que les produits formés. Outre les profilés hélicoldauss une des applications de l'invention pourrait s'appliquer à la fabrication de ressorts hélicoidaux de traction et de compression, destinée aus industries aérospatiales, électriques, chimiques et automobiles. BEYENDICBTIONS 1. - Procédé de fabrication en continu de profilés hélicoabdaus en maté rivaux composites réalisés par tirage de fibres imprégnées d'une matrice dans l'espace libre réalisé par usinage d'un mandrin comportant un filetage hélicordsl animé d'un mouvement de rotation dans une filière fixe comportant un taraudage permettant un vissage hélicoSdal des mandrins. Le mouvement hélicoidal étant provoqué par un système de rotation imprimant-par adhérence une rotation/translation des mandrins. Le durcissement du composite ayant lieu par réticulation ou solidification. 2. - Procédé de fabrication selon la revendication 1, la matrice d'impregnation ou de préimprégnation étant une matrice organique liquide, pulvérulente ou solide-pouvant contenir des adjuvants. 3. - Procédé de fabrication selon la revendication 1, la matrice dlim- prégnation étant une matrice métallique liquides pulvérulente ou solide. 4. - Procédé de fabrication selon les revendications de 1 à 3, les renforts étant des fibres continues. 5. - Procédé de fabrication selon les revendications de 1 à 4# les fibres pouvant subir une précontrainte. 6. - Procédé de fabrication selon les revendications de 1 à 59 les fibres pouvant subir une préformation. 7. - Installation pour la fabrication en continu de profilés hélîcoidaux selon l'une quelconque des revendications de 1 à 6 caractérisée en ce que les mandrins peuvent être solidarisés pour former une ligne de mandrins continue avec la gravure hélicoidale du mandrin précédent correspondant à la gravure hélicoidale du mandrin suivant. 8. - Installation selon l'une quelconque des revendications de 1 à 7 selon lesquels les mandrins comportent une contre-dépouille destinée à améliorer l'adhérence du composite aux mandrins. 9. - Installation et procédé selon l'une quelconque des revendications de 1 à 8 selon laquelle la section laissée libre pour la formation du profilé à la forme de la section du profilé à obtenir. 10. - Installation et procédé de l'une quelconque des revendications de 1 à 9 selon laquelle le profilé obtenu est un ressort hélicoïdal.