Brevet FR2447800A1 — publié le 19800829

PROCèDE POUR PRODUIRE DES OBJETS CREUX EN UNE IISAIIERE PLASTIQUE RENFORCEZ DE FIBRES ET OBJETS CREUX AINSI OBTENUS La présente invention se rapporte à un procédé pour produire des objets en une matière plastique renforcée de fibres, ainsi qu'aux objets ainsi produits et concerne plus particulierement, sans pour autant y être limitée, la fabrication du longeron constituant l'épine dorsale des pales de rotor des hélicoptères. Un procédé connu pour produire de tels objets consiste à enrouler un ruban composite ou une matière composée de filaments soit longitulinalement, soit en hélice autour d'un mandrin gonflable, à placer ensuite ce mandrin dans un outil femelle et à le gonfler pendant la cuisson ou la "polymérisation" de l'obået, opération qui s'effectue généralement en appliquant de la chaleur et une pression. On peut se heurter à certaines difficultés avec ce procédé, en particulier, lorsque le profil extérieur de l'objet présente de l'importance car le fait d'enrouler la matière composite sur le mandrin a tendance à entourer celui-ci d'un corset qui empêche la dilatation nécessaire de cette matière paur quelle puisse prendre une forme extérieure correspondant à la forme intérieure de l'outil. De plus, du fait que la dilatation de la matière enroulée autour du mandrin est entravée, les fibres individuelles peuvent avoir tendance à boucler dans l'objet polymérisé, ce qui peut être la cause de défauts dans le profil extérieur et peut se traduire par une diminution de la résistance mécanique de l'objet. Par ailleurs, cette opération d'enroulement exige des machines compliquées et coûteuses. Des objets composites sont de plus en plus utilisés dans 1' industrie aéronautique en raison de leur grande résistance mécanique et à la détérioration. Un domaine dans lequel on a proposé dtutiliser des objets composites creux est celui du longeron principal porteur de charge des pales de rotor d'hélicoptère.Généralement, la surface extérieure du longeron creux fait partie du profil aérodynamique de la pale et, pour cette raison, il est clair que la surface extérieure de celui-ci doit être produite avec des tolérances de fabrication extrêmement précises et qu'elle doit avoir un état de surface de haute qualité.- De plus, étant donné qu'il est nécessaire de marier ou d'adapter des groupes de pales de rotor, il est bien évident qu'il est important que la technique de fabrication permette d'obtenir des longerons dont l'état de surface et les dimensions, ainsi que la distribution du poids sont parfaitement répétables. Pour les raisons indiquées plus haut, les techniques d'enroulement existantes risquent de ne pas satisfaire à toutes ces exigences. Selon la présente invention, un procédé pour produire un objet creux en une matière plastique renforcée de fibres consiste à couper le nombre voulu de feuilles plates individuelles de matière plastique renforcée de fibres à une largeur et une longueur prédéterminées, à disposer ces feuilles le long d'un mandrin gonflable, à enrouler les feuilles autour de la circonférence du mandrin de manière que leurs bords respectifs se recouvrent, à introduire l'en- semble dans un outil femelle dont le profil intérieur correspond au profil extérieur de l'objet que l'on veut produire, à gonfler le mandrin et à cuire ou polymériser 1' objet en appliquant de la chaleur. De préférence, on décale la position des parties recouvrantes de chaque feuille le long de la circonférence du mandrin. On peut préassembler le nombre de feuilles voulu pour produire une ébauche ou un demi-produit avant la mise en place sur le mandrin en superposant les feuilles l'une au-dessus de l'autre, avec le décalage désiré dans le sens de la largeur. Cette ébauche pourrait être partiellement polymérisée avant de la placer sur le mandrin. On peut donner à la paroi de l'objet l'épaisseur nécessaire en ajoutant un nombre convenable de feuilles individuelles de garniture en une matière plastique renforcée de fibres le long du mandrin, au-dessus des feuilles recouvrantes. De préférence, dans un tel cas, le procédé prévoit une étape supplémentaire consistant à entourer avec le nombre voulu de feuilles recouvrantes le dessus des feuilles de garniture, Une autre particularité de l'invention réside dans un procédé pour produire un objet creux en une matière plastique renforcée de fibres en utilisant un mandrin gonflable qui consiste à couper le nombre voulu de feuilles plates individuelles de matière plastique renforcée de fibres à une longueur et à une largeur qui sont supérieures, d'une quantité prédéterminée, à la longueur de la circonférence dudit mandrin gonflable, à placer chaque feuille, à son tour, le long du mandrin et à l'enrouler autour de ce dernier de façon que ses bords se recouvrent, à placer l'ensemble comprenant le mandrin et lesdites feuilles dans un outil femelle ayant un profil intérieur correspondant au profil extérieur désiré de l'objet, à gonfler le mandarin, à cuire ou à polymériser l'objet et à enlever l'objet de l'outil. Un autre aspect de l'invention réside dans un procédé pour produire un objet creux en une matière plastique renforcée de fibres en utilisant un mandrin gonflable qui consiste à couper le nombre voulu de feuilles plates individuelles d'une matière plastique renforcée de fibres préimprégnée à une longueur et à une largeur supérieures dans une mesure prédéterminée, à la longueur de la circonférence dudit mandrin gonflable, à former avec ces feuilles une ébauche ou un demi-produit en les superposant l'une sur l'autre de manière que leurs bords soient décalés dans le sens de la largeur, à disposer cette ébauche le long du mandrin gonflable, à enrouler l'ébauche autour du mandrin de façon que les bords des feuilles individuelles se recouvrent le long de celles-ci, à placer 1' en- semble dans un outil femelle dont le pourtour intérieur correspond au pourtour extérieur désiré de 1' objet, à gonfler le mandrin, à cuire ou à polymériser l'objet et à l'enlever de l'outil. L'invention comprend aussi un procédé pour produire un longeron creux pour une pale de rotor d'hélicoptère en utilisant un mandrin gonflable dont la longueur correspond approximativement à la longueur de la pale de rotor finie et à une dimension circonférentielle connue, qui consiste à couper un nombre donné de feuilles individuelles de matière plastique renforcée de fibres à une longueur et à une largeur supérieures, dans une mesure prédéterminée, à la dimension périphérique du mandrin, à placer les feuilles le long du mandrin, à enrouler les feuilles autour du mandrin de façon que les bords de chaque feuille se recouvrent, à placer l'ensemble dans un outil femelle dont le profil intérieur correspond au profil extérieur voulu du longeron, à gonfler le mandrin, à polymériser le longeron et à enlever ce dernier de 1' outil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement t'i- tatif, en référence au dessin annexé, dans lequel . la figure 1 est une vue en coupe du mandrin utilisé pour la fabrication dluni longeron creux pour une pale de rotor d'bélicoptère, montrant la première étape de fabrication de celui-ci selon un mode de réalisation de l'invention ; les figures 2 et 3 sont des vues en coupe analogues à la figure 1 illustrant des étapes successives de la fabrication ; . la figure 4 est une vue en coupe montrant 1' ensemble représenté sur les figures 1 à 3 placé dans un outil femelle ; et . la figure 5 est une vue en bout d'une étape de fabrication modifiée selon un autre mode de réalisation. Sur le dessin annexé, les diverses feuilles individuelles de matière plastique renforcée par des fibres ont été représentées espacées pour plus de clarté. En se référant maintenant à la figure 1, on voit un mandrin gonflable 10 destiné à la production d'un longeron creux pour la fabrication d'une pale de rotor d'hélicoptère qui comprend un noyau profilé 11 entouré d'un sac flexible 12 étanche à l'air. Des moyens (non représentés) sont prévus pour relier une source d' air comprimé à l'espace intérieur du sac 12 et la longueur du mandrin 10 a été calculée pour correspondre à la longueur que doit avoir le longeron fini. Une feuille d'une matière plastique 13 renforcée par des fibres de verre et préimprégnée a été coupée à une longueur et à une largeur telle qu' elles sont supérieures d'environ 25 mm à la longueur de la circonférence du mandrin 10. On place la feuille 13 le long du mandrin 10 et on enveloppe ce dernier avec cette feuille de façon que ses bords se recouvrent, comme indiqué en A sur la figure 1, dans une mesure correspondant approximativement à 1' excès de la largeur,c'est-d-Hre d'environ 25 mm.Ensuite, on place des feuilles 13 supplémentaires (dont une seule a été représentée sur la figure 1) au-dessus de la feuille 13 précédente en procédant de la même manière, sauf que l'on décale circonférentiellement la position des parties recouvrantes A des feuilles successives sur le mandrin, comme représenté sur la figure 1. Les joints à recou vremeF peuveat occuper n1 importe quelle position voulue autour du mandrin 10 toutefois, il est bien évident que si la forme le permet, il est préférabls pour faciliter l'opération que les joints soient situés le long d'une partie plate du mandrin. Dans le mode de réalisation représenté, qui se rapporte à la fabrication d'un longeron creux pour une pale de rotor principale pour un hélicoptère, on obtient 1' épaisseur voulue des parois latérales et arrière en superposant des feuilles individuelles d'une matière plastique préimprégnée renforcée de fibres individuelles coupées aux dimensions voulues, dans des positions appropriées. C'est ainsi qu'on voit sur la figure 2 que des feuilles de garniture 14 (dont deux seulement ont été représentées) sont placées sur les feuilles 13 le long de chaque c8té du mandrin 10, l'une des feuilles 14 de chaque côté du mandrin 10 s'étendant en avant pour rencontrer le devant d'un nez moulé 15 prépolymérisé en une matière plastique renforcée par des fibres. Ainsi, la paroi arrière se compose de feuilles de garniture 16 (dont deux seulement ont été représentées) placées au-dessus des feuilles recouvrantes 13. La structure du longeron est complétée, comme représenté sur la figure 3, par un certain nombre de feuilles 17 (dont deux seulement ont été représentées) faites d'une matière tissée préimprégnée coupée à la longueur voulue et dont la largeur est suffisante pour assurer le recouvrement de ses bords, comme indiqué en B sur la figure 3. Comme dans le cas des feuilles intérieures 13, les parties recouvrantes B des feuilles extérieures successives 17 sont décalées comme représenté sur la figure 3. Quand la confection du longeron est achevée, comme indiqué en 18 sur la figure 4, on place celui-ci dans un outil femelle 19 dont le profil intérieur 20 correspond exactement au profil que doit présenter le longeron composite creux fini. On ferme cet outil et on y introduit de l'air comprimé afin de gonfler le sac flexible 12.Ceci a pour effet de déplacer vers ltextérieur les différentes couches du longeron et une particularité importante de l'invention réside dans la manière dont ces couches ont été posées et qui assure que les feuilles 13 et 17 disposées circonférentiellemnt sont libres de se dilater par un mouvement se produisant aux joints à recouVIement A et B, assurant ainsi que cet ensemble composite épouse fidèlement le contour intérieur 20 de l'outil 19, la pression appliquée étant suffisante pour consolider ou comprimer l'en- semble composite 18. On procède ensuite à la polymérisation du longeron creux en chauffant 1' outil, puis en le laissant refroidir avant de le démouler. Finalement, on retire le mandrin 1 0o Il est à remarquer que les couches 14 et 16 utilisées pour donner à la paroi du longeron l'épaisseur désirée sont disposées de manière à ne pas restreindre les mouvements circonférentiels des feuilles 130 On voit donc que dans le procédé selon l'invention, le gonflage du mandrin reste libre puisque chaque feuille individuelle est libre de se déplacer comme il convient0 Il en résulte un objet composite creux dont le profil extérieur est la fidèle réplique du profil intérieur de l'outil, et que celuici est facilement répétable.De plus, étant donné que tous les mouvements sont orientés vers l'extérieur, il est clair que les fibres individuelles de chaque feuille sont étirées pendant le gonflage de 1' outil, évitant ainsi tout gondolage de ces fibres, avec pour résultat un objet solide ayant une surface extérieure lisse. Le nombre des feuilles utilisées dépend, évidemment, dans chaque cas, des qualités exigées de l'objet fini, de meme que le nombre des feuilles de garniture 14 et 16 peut varier suivant le besoin, ces feuilles pouvant m8me entre supprimées dans certaines applications. C'est ainsi, par exemple, que l'épaisseur voulue d'un longeron creux composite particulier pour une pale de rotor de queue peut être obtenue simplement avec un certain nombre de feuilles individuelles recouvrantes superposées sur un mandrin conformément à l'invention.Les dimensions des parties recouvrantes A et B peuvent aussi va rier ; toutefois, il est à noter que ces dimensions doivent, de préférence, être suffisantes pour assurer la continuité de la résistance Tnécanique dans chaque feuille de l'ensemble. Dans un autre mode de réalisation, représenté sur la figure 5, on com mence par superposer les feuilles individuelles 13 avec un certain décalage longitudinal des bords afin de produire une ébauche. On dispose ensuite les feuilles supplémentaires voulues comme l'indique,nt alignes en tirets 13a sur la figure 5. Le cas échéant, cette ébauche pourrait subir une polymérisation partielle avant de la placer sur le mandrin. De même, les feuilles supplémentaires 14 et 16 peuvent être assemblées en une ébauche et peuvent aussi être polymérisées partiellement avant de les placer sur le mandrin. Le bord 1 3b de la feuille inférieure 13 de l'ébauche (figure 5) étant placé sur le mandrin 10 dans une position correspondant à celle représentée pour la première feuille 13 dans le mode de réalisation de la figure 1, si l'on entoure le mandrin 10 avec cette ébauche, son bord 13c vient recouvrir le bord 13b d'une manière semblable à celle représentée sur la figure 1. De plus, les bords correspondant des feuilles 13 suivantes se recouvrent aussi, cependant que la disposition décalée des feuilles assure que l'oncbtient bien L'échelonnement circonférentiel désiré de la position des parties recouvrantes des feuilles comme dans le mode de réalisation décrit plus haut. La longueur de l'objet fini obtenue par le procédé de l'invention et la longueur des feuilles de matière composite disponibles peuvent déterminer si les feuilles individuelles s'étendent sur toute la longueur de l'objet fini ou si celui-ci se compose d'un certain nombre de feuilles séparées. C'est ainsi, par exemple, que pour la fabrication du longeron d'une pale de rotor de queue, chacune des feuilles 15 pourrait s'étendre sur toute la longueur de celui-ci, tandis que pour la fabrication du longeron d'une pale de rotor principale, la longueur du longeron pourrait être telle qu'il soit nécessaire de le réaliser en disposant bout à bout un certain nombre de feuilles 13 et 17. Dans ce dernier cas, les bords longitudinaux des feuilles adjacentes peuvent soit se recouvrir, soit être aboutés. Dans certains cas, un objet composite creux confectionné conformément à l'invention peut ne constituer qu'une partie d'un autre ensemble et le profil intérieur de outil 19 peut être arrangé en conséquence. Ceci s'applique plus particulièrement à la fabrication des pales de rotor composites mentionnées dans la description précédente qui comprennent normalement un longeron creux et une partie postérieure. Ainsi, dans une telle application, l'outil 19 pourrait entre modifié de façon à avoir un profil intérieur correspondant au profil extérieur de la pale de rotor et le longeron selon l'invention pourrait être logé dans cet outil en meme temps que la partie arrière afin de produire à la polymérisation, une pale de rotor complète en une seule opération. REVEIXDICATIONS 1. Procédé pour produire un objet creux en une matière plastique renforcée de fibres qui consiste à couper le nombre voulu de feuilles plates individuelles de matière plastique renforcée de fibres à une largeur et une longueur prédéterminées, à disposer ces feuilles le long d'un mandrin gonflable, à enrouler les feuilles autour de la circonférence du mandrin de manière que leurs bords respectifs se recouvrent, à introduire l'ensemble dans un outil femelle dont le profil intérieur correspond au profil extérieur- de l'objet que l'on veut produire, à gonfler le mandrin et à cuire ou polymériser l'objet en appliquant de la chaleurs 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on décale les parties recouvrantes de chaque feuille le long de la circonférence dudit mandrin. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on donne à la paroi de 1' objet l'épaisseur nécessaire en ajoutant un nombre convenable de feuilles individuelles de garniture en une matière plastique renforcée de fibres que l'on dispose longitudinalement sur le mandrin, au-dessus des feuilles recouvrantes. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on dispose un nombre voulu de feuilles recouvrantes au-dessus desdites feuilles de garniture. 5. Procédé pour produire un objet creux en une matière plastique ren- forcée de fibres en utilisant un mandrin gonflable qui consiste à couper le nombre voulu de feuilles plates individuelles de matière plastique renforcée de fibres à une longueur et à une largeur qui sont supérieures, d'une quantité prédéterminée, à la longueur de la circonférence dudit mandrin gonflable, à placer chaque feuille, à son tour, le long du mandrin et à l'enrouler autour de ce dernier, de façon que ses bords se recouvrent, à placer l'ensemble comprenant le mandrin et lesdites feuilles dans un outil femelle ayant un profil intérieur correspondant au profil extérieur désiré de 1'objet, à gonfler le mandrin, à cuire ou à polymériser l'objet et à enlever l'objet de l'outil. 6. Procédé pour produire un longeron creux pour une pale de rotor d'hélicoptère en utilisant un mandrin gonflable dont la longueur correspond appro xima.tivement à la longueur de la pale de rotor finie et à une dimension circonférentielle connue, qui consiste à couper un nombre donné de feuilles individuelles de matière plastique renforcée de fibres à une longueur et à une largeur supérieures, dans une mesure prédéterminée, à la dimension périphérique du mandrin, à placer les feuilles le long du mandrin, à enrouler les feuilles autour du mandrin de façon que les bords de chaque feuille se recouvrent, à placer l'ensemble dans un outil femelle dont le profil intérieur correspond au profil extérieur voulu du longeron, à gonfler le mandrin, à polymériser le longeron et à enlever ce dernier de 1' outil. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on donne à la paroi du longeron 1' épaisseur voulue en disposant le nombre voulu de feuilles individuelles de garniture d'une matière plastique renforcée de fibres le long du mandrin, au-dessus des feuilles recouvrantes. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, de chaque coté du mandrin, l'une, au moins, des feuilles de garniture se prolonge vers l'avant pour rencontrer le devant d'un nez moulé prépolymérisé disposé le long du mandrin. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on complète ledit longeron avec un nombre donné supplémentaire de feuilles recouvrantes disposées autour desdites feuilles de garniture. 10. Longeron creux pour une pale de rotor d1hélicoptère,ca:actérisé en ce qu'il est fabriqué en une matière plastique renforcée de fibres par le procédé spécifié dans l'une quelconque des revendications 6 à 9.