Brevet FR2486874A1 — publié le 19820122

La présente invention concerne les structures en nid d'abeilles. Les matériaux en feuilles réunies de façon à former un assemblage de cellules hexagonales contiguës, perpen- diculaires aux surfaces des feuilles, forment des structures dites "en nid d'abeilles". Ces structures, faites par exemple de feuilles de papier ou de fibres de coton ou de verre, sont connues depuis de nombreuses années dans le domaine des matériaux de construction On fait également grand usage, pour la formation de structures en nid d'abeilles, de feuilles métalliques telles qu'en aluminium ou en un métal connu sous la Marque Déposée "NOMEX". Ces structures présentent un moindre poids spécifique sans diminution excessive de leur résistance mécanique ou de leur rigidité par com- paraison avec les éléments massifs de même composition et de mêmes dimensions. Pour les applications demandant une grande résistance mécanique et une grande rigidité, telles que certaines applications à l'industrie aéronautique, la meilleure matière disponible pour la construction dé structures en nid d'abeilles est l'aluminium, mais pour certains usages, tels que les ailes de planeurs et les gouvernes d'aéronefs propulsés (gouvernails, volets de freinage et ailerons, par exemple) il y aurait avantage à réa- liser une structure en nid d'abeilles de rigidité et de résistance mécanique plus élevées mais de moindre poids spécifique qu'une structure en nid d'abeilles en aluminium dont les cellules auraient les mêmes dimen- sions. Selon un premier de ses aspects, la présente invention concerne un procédé de réalisation d'une structure en nid d'abeilles comprenant les phases successives sui- vantes: a. Prendre une pluralité de feuilles souples en matière fibreuse comprenant des fibres de carbone b. Déposer sur chaque feuille, en des zones distinctes, un adhésif collant adhérant aux fibres de la feuille mais ne s'étendant pas dans les autres zones de la feuille; c. Empiler les feuilles de façon que les zones d'adhé- sif de chaque feuille soiEntlatéralement déplacées par rapport aux zones d'adhésif des feuilles contiguës et que les zones d'adhésif de chaque feuille adhèrent aux zones correspondantes de la feuille contiguë; d. Etirer les feuilles pour les écarter les unes des autres dans les zones non réunies par l'adhésif de fa- çon que les feuilles forment une structure en nid d'a- beilles, les zones d'adhésif constituant les liaisons entre cellules contiguës de ladite structure; e. Appliqu7er à ladite structure, après cet étirage des feuilles, un produit capable, en se solidifiant, d'ad- hérer aux feuilles de façon à rigidifier la structure pour qu'elle conserve la forme en nid d'abeilles; f. Laisser prendre le produit appliqué dans la phase précédente pour que la structure conserve sa forme en nid d'abeilles. Dans la phase (a) du procédé selon ce premier aspect de l'invention, les fibres constituant les 'feuilles pourront être toutes des fibres de carbone ou un mé- lange de fibres de carbone et d'autres fibres, telles que des fibres de verre. De préférence, ces fibres se présenteront sous forme de mèches tissées comportant chacune, dans le cas de fibres de carbone, au plus 5.000 fibres et au mieux 3.000 fibres. Si. les feuilles sont tissées, le nombre de mèches par centimètre dans un sens (par exemple le sens chaine) pourra être égal ou différent du mombre de mèches par centimètre dans l'autre sens (par exemple le sens trame) Les feuilles de fibres pourront être imprégnées de pro- duits tels que des apprêts, habituellement utilisés à agglutiner les fibres de carbone pour éviter l'effilo- chement des mèches. Ces produits pourront contenir de faibles quantités de matières résineuses ou synthéti- ques mais les feuilles ne devront pas être traitées avec une quantité de telles matières susceptible de les rendre plus raides, faute de quoi elles ne seront pas suffisamment souples pour s'étirer au cours des phases (d) et (e) du procédé. Une feuille serait trop raide, par exemple, si les fibres de carbone étaient imprégnées d'une matière ayant subi un traitement de mutation partielle, comme les feuilles dites "pré- imprégnées", puis à soumettre-la feuille à un trai- tement de mutation complète avant de l'étirer Dans la phase (b), les zones adhésives seront, de pré- férence, des bandes. On entend ici par "adhésif col- lant' un adhésif adhérant facilement aux feuilles Les dépôts d'adhésif n'auront besoin d'être effectués que sur une seule face de chaque-feuille. L'adhésif pourra tre un des composés suivants: poly- acétate de vinyle, polyalcool de vinyle, polyéther de vinyle, solution d'amidon, solution de dextrose, néo- prène ou résorcinol-formaldéhyde. Si les zones adhésives se présentent sous forme de bandes, les feuilles seront superposées, dans la phase (c), de façon que les bandes de toutes les feuilles soient parallèles entre elles. Dans la phase (d), la forme des cellules de la struc- ture en nid d'abeilles pourra être quelconque mais, de préférence, hexagonale. Dans la phase (e), le produit appliqué pourra être un des produits appropriés quelconques tels qu'une résine durcissable à froid ou à chaud ou un polymère thermo- plastique, comme l'un de ceux servant à la fabrication des matières plastiques renforcées de fibres de car- bone ( par exemple: résines polyester, résines époxy, résines de Friedel-Craft, polyéthersulfones ou poly- imides) additionnés d'un agent de durcissement appro- prié quelconque tel qu'un des sels complexes de tri- fluorure de bore comme ceux qu'on sait utiliser avec les résines époxy, ou d'un agent thixotropique ou de charge connu, s'il est nécessaire. Si le produit appliqué au cours de la phase (e) est une solution contenant une matière thermoplastique, il faudra veiller, au cours de l'application, à le faire couler de façon au'il prenne intimement contact avec les feuilles, puis à éliminer le solvant par sé- chage sous l'application de chaleur. Si le produit appliqué au cours de la phase (e) com- porte une résine durcissable à chaud, la phase suivante (f) consistera en application de chaleur destinée à provoquer la mutation de la résine, la feuille en nid d'abeille restant constamment à l'état étiré. Selon un second aspect, l'invention concerne une struc- ture en nid d'abeille réalisée par le procédé conforme à son premier aspect. Le procédé selon le premier aspect de l'invention, of- fre un moyen pratique de réaliser une structure en nid d'abeilles avec des fibres de carbone. le produit ob- tenu par le procédé de l'invention présentera une rigi- dité et une résistance mécanique plus grandes, bien qu'un poids spécifique moindre, qu'une structure en nid d'abeilles en aluminium de m9mes dimensions. Le produit selon le second aspect de l'invention pourra servir d'élément léger de remplissage pour structures stratifiées telles que des éléments profilés aérodyna- miquement ou des panneaux de sol. Les couches externes de telles structures stratifiées pourront être faites de n'importe quelle matière appropriée telle que bois, métal, matière synthétique, plastique renforcé, selon l'application envisagée. Ces couches externes pour- ront être liées à l'élément de remplissage par n'im- porte quel adhésif approprié connu tel que, par exem- ple, une résine époxy liquide durcissable à froid. L'invention est décrite ci-après en détail en se ré- férant à un exemple préféré, non limitatif, de réali- sation représenté sur les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une coupe d'un tas de feuilles en fibres de carbone; - la figure 2 est une coupe, dans le même sens, d'une des feuilles du tas de la figure 1; et - la figure 3 est une coupe, dans le même sens, du tas de feuilles de la figure 1 formant, après éti- rage, une structure en nid d'abeilles. Le tas 9 de la figure 1 est formé, par exemple comme décrit ci-après, d'une pluralité de feuilles 1 en tissu de fibres de carbone alternant avec une plura- lité de feuilles 5 de même tissu. Ce tissu pourra être un satin de 5, contenant environ 3.000 fibres par mèche, épaisses chacune de 7,5 à 8,5 microns en- viron. La figure 2 montre, séparément, une des feuilles 1. Une série de bandes parallèles 3 de matière adhésive est déposée, par exemple par impression à l'écran de soie, sur la face supérieure de chaque feuille 1. La matière constitutive des bandes 3 pourra être l'un des composés suivants: polyacétate de vinyle, poly- alcool de vinyle, polyéther de vinyle, solution d'a- midon, solution de dextrose, néoprène ou résorcinol- formaldéhyde. Tous ces composés sont de nature col- lante, c'est à dire adhérant facilement à la feuille sans devenir cassants après y avoir adhéré. L'inter- valle entre bandes contiguës 3 est d'environ trois fois la largeur d'une bande. Sur leur face supérieure, les feuilles 5 portent une série de bandes parallèles 7 de même composition que les bandes 3 et déposées par le même procédé, décrit plus loin. En fait, les bandes 7 sont en tous points identiques aux bandes 3 sauf que les deux séries de bandes sont latéralement décalées l'une par rapport à l'autre en sorte qu'il y a plus de bandes 7 par feuille 5 que de bandes 3 par feuille 1. Le déplace- ment latéral est égal à la moitié de la périodicité de récurrence latérale des bandes 3 de façon que ces dernières se trouvent placées latéralement à mi-chemin entre les bandes 7 contiguës et que les bandes 7 elles mêmes se trouvent placées latéralement à mi-chemin entre les bandes contiguës 3. L!empilement du tas 9--s'effectue aussit8t après le dépôt des bandes 3 et 7 sur les feuilles 1 et 5, res- pectivement, de sorte que l'adhésif adhérera à la face inférieure de la feuille 1 ou 5, selon le cas, pendant qu'il est encore collant. A titre d'exemple, la constitution du tas 9 se fera de la façon suivante (non représentée en détail): D'un rouleau unique on déroule des longueurs égales d'étoffe de fibres de carbone pour former les feuil- les 1 et 5 que des rouleaux et des dispositifs de guidage amènent, en succession continue, à un lit en- ducteur o les bandes adhésives 3 et 7 sont déposées sur les feuilles 1 et 5, respectivement, par un pro- cédé connu tel que l'impression à l'écran de soie. Ce lit enducteur comporte un mécanisme de déplacement latéral alternatif entre la réception des feuilles consécutives 1 ou 5 dont l'effet sera de décaler la- téralement les bandes 3 par rapport aux bandes 7. Les feuilles 1 et 3 sont ensuite amenées par d'autres rouleaux et dispositifs de guidage à un plateau récep- teur o se forme le tas 9. La feuille 11 placée au sommet du tas 9 n'a pas besoin de porter de bandes adhésives sur sa face supérieure Après formation du tas 9, une pièce lourde est placée sur la feuille 11 pour aider à la formation de la liaison entre les feuilles 1 et 5 par l'adhésif des bandes 3 et 7, en particulier à la partie supérieure du tas 9. Cette pièce lourde est laissée en place pendant 30 à 45 minutes Une fois la pièce de compression retirée, le tas est étiré verticalement de façon connue, par exemple en liant une feuille de contre-plaqué à la feuille in- férieure puis en saisissant cette dernière et en sou- levant la feuille supérieure 11i au moyen de griffes plates insérées dans les intervalles séparant la -feuille 11 de la feuille immédiatement inférieure (l'une des feuilles 5), entre les bandes 3. Cet étirage s'effectue généralement dans un appareillage rigide pour traitement de mutation (curing) afin d'ob- tenir des degrés de dilatation constants On réalise ainsi une structure en nid d'abeilles à partir du tas 9, comme le montre la figure 3. Les bandes 3 et 7 forment des liaisons verticales entre les cellules contiguës de cette structure. Sous cette forme, le tas 9 est plongé dans un récipient contenant une solution de matière d'imprégnation appropriée à rendre cette forme irréversible, par exemple une solu- tion de résine époxy durcissable à chaud telle que celle distribuée sous la Marque Déposée EPIKOTE DX 210 de la Société Shell, additionnée d'agent durcissant BF3 400, solution qui, après séchage à l'air chaud, sera soumise à un traitement thermique de mutation à une température de 150 à 160 C pendant 60 minutes Après extraction de l'appareillage de traitement de mutation et séchage subséquent, la structure rigide en nid d'abeille renforcée de fibres de carbone ainsi ob- tenue pourra être découpée en tranches verticales uti- lisables dans toutes les applications connues comme é- léments légers de garnissage pour structures strati- fiées, par exemple comme noyaux légers d'éléments multicouches de panneaux de sol. Les couches externes de l'élément stratifié pourront être faites de matière synthétique renforcée de fibres de carbone ou de mélan- ge de fibres de carbone et de verre, et liées au noyau en nid d'abeilles par tout liant approprié tel qu'une résine époxy durcissable à froid épaissie d'une charge de silice thixotropique l'empêchant de s'égoutter dans les cellules du nid d'abeilles. 24868?4 REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une structure en nid d'a- beilles, caractérisé en ce qu'il comprend les phases successives suivantes consistant à: a - prendre une pluralité de feuilles souples faites de fibres comprenant des fibres de carbone b - déposer sur chaque feuille, en des zones dis- tinctes,-un adhésif collant adhérant aux fibres de la feuille mais ne s'étendant pas dans les autres zones de la feuille; c - empiler les feuilles de façon que les zones d'a- dhésif de chaque feuille soient latéralement dé- placées par rapport aux zones d'adhésif des feuilles contiguës et que les zones d'adhésif de chaque feuille adhèrent aux zones correspondan- tes de la feuille contiguë; d - étirer les feuilles pour les écarter les unes des autres dans les zones non réunies par l'a- dhésif de façon que les feuilles forment une structure en nid d'abeille, les zones d'adhésif constituant les liaisons entre cellules de la- dite structure; e - appliquer à ladite structure, après cet étirage des feuilles, un produit capable, en se solidi- difiant, d'adhérer aux feuilles de façon à ri- gidifier la structure pour qu'elle conserve la forme en nid d'abeilles; f - laisser prendre le produit appliqué dans la phase précédente pour que la structure conserve sa forme en nid d'abeilles. 2. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les fibres constituant les feuilles souples sont toutes des fibres de carbone. 3. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les fibres constituant les feuilles souples sont un mélange de fibres de carbone et d'autres fibres 4. Procédé selon la Revendication 3, caractérisé en ce que les fibres constituant les feuilles souples sont un mélange de fibres de carbone et de fibres de verre. 5. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les fibres cons- tituant les feuilles souples se présentent sous la forme de mèches tissées, chaque mèche de fibres de carbone contenant au plus 5.000 fibres. 6. Procédé selon la Revendication 5, caractérisé en ce que chaque mèche de fibres de carbone contient environ 3.000 fibres 7. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que les sones adhésives se présentent sous la forme de bandes, et en ce que, dans la phase (c), les feuilles sont empilées de façon que les bandes des feuilles suc- cessives soient parallèles ensemble. 8. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que les zones adhésives déposées au cours de la phase (b) sont constituées par un des composés suivants: poly- acétate de vinyle, polyalcool de vinyle, polyéther de vinyle, solution d' midon, solution de dextrose, néoprène ou résorcinol-formaldéhyde. 9. Procédé selon la Revendication 8, caractérisé en ce que les zones adhésives sont déposées, au cours de la phase (b), par-impression à l'écran de soie. 10. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que le produit appliqué au cours de la phase (e) est une résine durcissable à froid. 11. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que le produit appliqué au cours de la phase (e) est une résine durcissable à chaud, la phase (f) comprenant l'application de chaleur en vue du traitement de mutation de la résine. 12. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que le produit appliqué au cours de la phase (e) est un polymère thermoplastique. 13. A titre de produit industriel nouveau, structure en nid d'abeilles réalisée par le procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 14. Structure en nid d'abeilles selon la Revendication 13, caractérisée en ce qu'elle constitue la garni- ture légère d'un élément multicouches, ladite gar- niture étant liée aux couches externes dudit élé- ment.