Brevet FR2527515A1 — publié le 19831202

La présente invention concerne un procédé de fabri- cation d'un article renforcé de fibres et concerne plus précisément un perfectionnement permettant d'économiser du temps et de l'argent pour la fabrication d'articles renforcés de fibres tels que des pales aérodynamiques utilisées dans les hélices d'avions. Les propriétés de haute résistance et de faible poids des articles renforcés de fibres ont compté durant ces dernièresannées au moins en partie pour la popularité de tels articles par rapport aux articles métalliques fabriqués au moyen de procédés connus tels que l'usinage, le moulage ou le forgeage d'une pluralité d'éléments métal- liques et l'assemblage ultérieur de tels éléments Le grand nombre de formes possibles et la réduction au minimum résultante des éléments requis associés à la technique des articles renforcés des fibres a également contribué à une telle popularité Un exemple de procédé moderne de fabri- cation de pales renforcés de fibres d'hélices d'avionx est décrit dans la demande de brevet français numéro 81 18080 Dans cette demande de brevet une pale d'hélice d'avion est fabriquée en formant d'abord un sous-assemblage consti- tué d'un longeron et de mousse, appelé ci-après sous- assemblage de longeron-mousse, en utilisant un longeron d'une matière tei que l'aluminium, en enduisant le longeron d'une matière adhésive thermodurcissable et en moulant une mousse enduite de matière adhésive thermo- durcissable autour des surfaces avant et arrière du longeron. un film ou revêtement renforcé de fibres est alors formé autour de l'extérieur du sous-assemblage longeron-mousse. Ainsi qu'il est décrit avec davantage de détails dans la publication mentionnée ci-dessus, le revêtement comprend un certain nombre de couches de tissu de fibres de verre, chaque couche étant maintenue en position autour du sous- assemblage longeron-mousse au moyen d'une couture Ensuite, un plastique liquide tel qu'une matière polymérisable synthétique est moulé par injection sous vide dans le tissu et est durci Ces spécialistes en la matière compren- dront aisément que coudre une pluralité de couches de tissu autour d'une forme t<> qu'un soe-assemblage longeron- 2- mousse exige un temps substantiel et contribue par con- séquent de façon significative à augmenter les dépenses de fabrication d'un tel article En particulier, lorsque l'article a une dimension significative et une forme sensiblement complexe, il est souvent nécessaire de faire la couture à la main d'une manière exigeant beaucoup de temps. En conséquenceil est un but principal de la présente invention de réaliser un procédé perfectionné de fabrica- tion d'articles renforce de fibres qui est caractérisé par une économie et une facilité de fabrication accrues. Le temps nécessaire pour fixer la matière fibreuse à une forme ou sousassemblage avant le moulage par injection avec une substance thermodurcissable, est réduit au minimum, et une telle fixation de Ia matière fibreuse à la forme ne nuit pas à la résistance de la matière fibreuse ou de l'article fini. Selon la présente invention, lors de la fabrication d'un article renforcé de fibres tel qu'une pale d'hélice d'avion, la matière fibreuse est fixée à une forme ou sous-assemblage au moyen de quantités minimes de matières adhésives thermoplastiques disposées sur une surface de matière fibreuse de sorte que les couches de matières fibreuses peuvent être fixées aux couches adjacentes par collage au moyen de chaleur et de pression soit localementsoitsur une grande surface de la matière plutôt que par couture de la matière filamentaire. La matière fibreuse peut comprendre un tissu sous forme d'une feuille tel qu'un tissu de fibres de verre tissées. La matière adhésive peut être constituée de toutes matiè- res adhésives thermoplastiques, pouvant être traitées à l'état fondu, par exemple un polyamide tel qu'un copolymère de nylon-12 sous forme finement divisée uniformément déposé sur une seule surface du tissu. Lors de la production de pales d'hélice d'avion, la matière adhésive adhère à la surface du tissu de verre avec une dimension de particules dans l'intervalle de -400 micromètres et une densité de 0,59-5,98 g/m 2 de tissu, une telle densité éliminant le risque d'inter- -3- férence de la matière adhésive thermoplastique avec l'écou- lement de la résine thermodurcissable coulée dans la matière fibreuse au cours d'une opération ultérieure. Pour que l'invention puisse être mieux comprise, référence est faite aux dessins suivants o: La figure 1 est une vue en perspective d'une pale d'hélice d'avion qui est un exemple typique d'un article renforcé de fibres qui peut être fabriqué selon le procédé de h présente invention; la figure 2 est une vue en coupe de la pale de la figure 1 prise dans la direction de la ligne 2-2 de celle-ci; la figure 3 est une vue en perspective d'une technique connue pour enrouler une matière fibreuse pour former la partie la plus externe de la pale représentée dans les figures 1 et 2; la figure 4 est une vue en plan de la matière fibreuse montrant la présence de la matière adhésive sur une surface de la matière; et la figure 5 est une vue en perspective de l'enrou- lement de la matière fibreuse formant le revêtement ex- terne de la pale représentée dans les figures 1 et 2 selon le procédé de la présente invention. La présente invention concerne un procédé perfection- né de fabrication d'articles renforcés de fibres en général L'invention est applicable à la fabrication d'articles renforcés de fibres o unemultiplicité de feuilles fibreuses sont enroulées dans un moule et /ou autour de la surface d'une forme Dans des buts illustra- tifs, ce procédé perfectionné est décrit ci-après en rapport avec la fabrication d'une pale d'hélice d'avion, cependant, il doit être compris de ces spécialistes en la matière que ce procédé peut être utilisé avec une utilité égale pour la fabrication d'articles renforcés de fibres de toute forme souhaitée ou une fixation par collage de couches sèches de fibres à une forme ou sous-assemblage avant le moulage est souhaitable. En úe référant à la figure 1, une pale d'hélice d'avion est représentée, cette pale comprenant une sec- 252/515 -4- tion 10 de surface portante comportant une partie 12 de profil d'extrémité externe et une partie 14 d'extré- mité interne La partie constituant l'élément porteur est fixée à un longeron 16 formé typiquement en aluminium ou autre matière similaire, le longeron s'étendant sensiblement sur la totalité de la longueur de l'élément porteur et comprenant une extrémité inférieure 20 au moyen de laquelle la pale est fixée à un moyeu approprié (non représenté) Dans la figure 2, la pale, vue en coupe, comprend le longeron enduit sur ses surfaces d'une matière adhésive convenable 20, par exemple une matière adhésive liquidede résine époxy modifiéenon volatile, thermodurcis- sable La matière adhésive 20 lie les parties 22 et 24 de charge de mousse avant et arrière, respectivement- au longeron 16 aux surfaces avant et arrière de celui-ci. Les parties 22 et 24 comprennent, par exemple une mousse à deux constituants de semi-prépolymère de polyuréthane rigide Comme il est décrit dans la demande de brevet français No 81 18 080 mentionnée cidessus, le longeron 16, les parties 22 et 24 de charge de mousse avant et arrière et la matière adhésive 20 sont formé$ en un assemblage de pale par un procédé de moulage o un longeron 16 est enduit d'une matière adhésive 20 et disposé dans un moule (non représenté) comprenant une cavité interne de forme convenable également pré-enduite de matière adhésive 20 Après l'insertion du longeron, une matière capable de former une mousse est injectée dans le moule à un endroit adjacent aux bords avant et arrière du lon- geron Les matières dans le moule sont ensuite chauffées pour obtenir un durcissement partiel de la matière adhésive 20 et pour former les parties 22 et 24 Le sous-assemblage longeron-mousse comprenant le longeron enduit de matière adhésive et les parties de mousse qui y sont attachées, est alors enlevé du moule. La pale est achevée par enroulement autour du sous- assemblage d'une matière fibreuse qui est alors imprégnée par une matière plastique convenable td E qu'une résine thermodurcissable par moulage par injection sous vide pour former une couche externe 26 de l'élément -5porteur Le procédé de moulage final est décrit en détail dans la demande de brevet français 81 18 080 mentionnée ci-dessus. Pour la précision dut dimensions en réalisant le revêtement 26, il est nécessaire d'enrouler autour du sous-assemblage la matière fibreuse d'une manière aussi égale que possible Jusqu'à présent, c'était l'usage d'employer la matière fibreuse sous forme d'une feuille flexible et de taillerla matière fibreuse sur le sous-assemblage de pale, ce découpage impliquant diverses mesures, le découpage à la main, des opérations d'ajustement et de fixation ainsi qu'il est nécessaire d'une manière générale pour l'application sur mesure de l S toute matière de feuille flexible à un contour ou forme souhaités Une telle application sur mesure est représentée sur la figure 3, o on représente une moitié de moule femelle o le sous-assemblage longeron- mousse et les feuilles de matières fibreuses sont reçus Les feuilles sont ajustées in situ dans la moitié 30 de moule pour remplir la cavité définie par la moitié démoule et une moitié de moule correspondante (non représentée) Les moitiés de moule sont alors rassembles avec le sousassemblage recouvert de feuiles pour mouler la résine thermo-durcissable dans la matière fibreuse. Typiquement, une pluralité de feuilles se recouvrant de matière fibreuse sont disposées dans la moitié de moule 30 avant d'insérer le sous-assemblage longeron- mousse Le sous-assemblage est alors inséré dans la moitié du moule sur le dessus des feuilles de matière fibreuse dont chacune est alors individuellement repliée au-dessus du sous-assemblage, découpée et ajustée à celui-ci et fixée à elle-même Dans la figure 3, deux feuilles fibreuses 38 et 40 sont montrées Ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus, ces feuilles peuvent être formées à partir de toute matière de fibres ayant une résistance, une flexibilité et une compatibilité convena- bl E avec la résine thermodurcissable à injecter ultérieu- rement dans celles-ci Par exemple, les feuilles fibreu- ses peuvent comprendre un tissu de fibres de verre tisses. Dans la figure 3, la couc;Sa a éeu Caillée autour du sous-assemblage longeron-mousse en découpant la matière en excès de la périphérie de la feuille, en excisant diverses parties de la feuille de sorte que cette feuille puisse être enroulée autour de ce sous-assemblage de pale sans plis et sans fronccoet en cousant ensuite à la main comme en 42 La feuille 32 découpée et cousue de cette manière forme une gaine sur mesure autour du sous-assemblage longeron-mousse et toute feuille de tissu sousjacen-tk La feuille 40 est représentée cousue à elle-même par-dessus la feuille 38, la feuille 40 ayant déjà été découpée autour de sa péripkirie pour définir les bords 44 et 46 qui se rencon Uentle long d'une couture longitudinale droite Est également montréedans la feuille 40 une partie découpée 48, dont les bords doivent être cousus ensemble selon une couture divergeant de la couture longitudinale d'une manière similaire à celle des coutures correspondantes montrées dans la feuille 38. Ces spécialistes enia matière comprendront qu'un tel découpage sur mesure et couture à la main de chaque feuille de tissu individuelle autour du sous-assemblage de pale constiâit une partie considérable de la durée et * 5 des dépenses globales impliquées dans la fabrication des articles renforcés de fibres Coudre chaque feuille à elle-même a été nécessaire pour empêcher le mouvement des feuilles lorsque des feuilles supplémentaires sont déposées et pour empêcher le mouvement de la feuille lorsque le moule est fermé pour le moulage par injection sous videfinal de la résine thermodurcissable dans les feuilles Avec la présente invention une telle couture à la main est éliminée et la durée requise pour la dispo- sition des tissus est réduite en appliquant sur les feuilles de tissu sur une de leur surface,des quantités minimes de matière adhésive thermoplastique finement divisée Dans la figure 4, une partie d'une feuille de tissu de fibres de verre tissées est montrée, une seule surface de cette feuille comprenant une quantité minime d'une matière adhésive thermoplastique 50 tdb qu'un poly- -7- amide Bien que dans le mode de réalisation préféré un copolymère de nylon-12 est utilisé, il doit être compris que l'invention n'est pas limitée à celui-ci, toute matière adhésive thermoplastique de point de fusion convenable et compatible avec la résine thermodurcissable et la matière fibreuse utiliséesdans la couche externe 26 pouvant convenir La matière adhésive thermoplastique est appliquée sur la feuille avec la densité minimum requise pour fixer la feuille sur une surface de feuille de tissu adjacente en une liaison suffisamment résistante pour empêcher tout mouvement relatif des feuilles lorsqu'elles sont disposées l'une sur l'autre dans le moule et lorsque le moule est fermé La matière adhésive ne doit pas donner de résistance quelconque à l'article renforcé de fibres, une telle résistanceétant obtenuepar la saturation de la matière de la feuille au moyen de la résine thermodurcissable couúée ultérieurement Lorsque la matière de la feuille comprend un tissu de fibres de verre tis, matière adhésive thermodurcissable employée ultérieurement. La matière adhésive peut être disposée sur la matière fibreuse selon toute technique connue teique fournir la matière fibreuse sous forme d'une feuille continue et déposer des particules de la matière adhésive sur la feuille continue La feuille continue peut bien entendu être chauffée pendant le dépôt de la matière adhésive pour obtenir que celle-ci adhère à celle-là. Dans la figure 5 on montre un moule 30 avec le sous- assemblage longeron-mousse disposé dans celui-ci sur un certain nombre de couches de tissu de la manière -8- commentée en rapport avec la figure 3, les deux couches externes 38 et 40 étant spécifiquement représentées. Les feuilles de tissu sont disposées l'une sur l'autre de telle façon que la surface de chaque feuille comprenant une matière adhésive 50 est disposée contre la feuille précédente, donc, la surface externe de chaque feuille est libre de matière adhésive La matière de la feuille est découpée de la même manière que celle décrite en rapport avec la figure 3 Cependant, comme il est montré dans la figure 4, chaque couche de tissu est fixée à une couche adjacente par collage avec la matière adhésive 50. La matière adhésive est activée à la chaleur et à la pres- sion-fourniespar l'utilisation d'un fer 54 à main à résistance électrique La disposition de la matière adhésive sur une seule surface des feuilles permet de ramollir la matière adhésive au moyen du fer sans contacter réellement le fer pour empêcher de salir la surface du fer La température du fer 54 est fixée pqur dépasser le point de fusion tela matière adhésive de copolymère de nylon-12 Comme il est montré dans la figure 5, au contraire du procédé par couture utilisé dans la figure 3 o chaque couche de tissu est cousue à elle-rhème, le fer 54 fixe de façon adhésive chaque couche de tissu à la couche précédente (et la première couche au sous-assemblage longeron-mousse) avec une résistance suffisante pour empêcher le mouvement relatif des couches lorsqu'elles sont disposées les unes sur les autres et lorsque les moitiés de moules sont fermées avant le moulage par injection sous vide de la résine thermodurcissable dans le tissu. Ainsi qu'on l'a montré dans la figure 5, la fixation des couches de tissu 38 et 40 de cette façon permet de replier en arrière le bord 46 de la feuille 40, par- dessus la feuille 40 et de le fixer de façon adhésive au moyen du fer 54 au bord 44 avant que chacun de ces bords ne soit découpé La matière en excèspeut alors être découpée simultanément depuis les parties des deux bords économisant ainsi une opération de découpage des bords dans la pile de la matière fibreuse - 9 - Ainsi qu'on l'a expliqué ci-dessus, bien que le procédé de la présente invention a été décrit pour la fabrication d'une pale d'hélice, on doit comprendre que le procédé convient également pour la fabrication de toute article renforcé de fibres tel que divers autres éléments du système d'hélice (capot de moyeu d'hélice, fuselage, etc) ou des articles renforcés de fibres pour toute application souhai- tée Le procédé a été illustré ici en utilisant un copolymè- re de nylon-12 déposé sur un tissu de fibres de verre tissées. Cependant, on comprendra que diverses autres matières peuvent être utiisées avec une utilité égale selon la nature de l'article à former et les autres matières telles que la résine thermodurcissable utilisée lors des étapes ultérieures de moulage par injection sous vide En outre, bien qu'un fer manuel a été décrit comme moyen pour chauf- fer localement la matière adhésive, d'autres techniques équivalentes te 3 sclue des presses et autres semblables peuvent être utiliséespour chauffer la matière adhésive soit localement soit sur une surface large de la matière fibreuse sans sortir du cadre de l'invention En conséquen- ce, on comprendra que la présente invention n'est pas limitée à la description détaillée de celle-ci mais plutôt englobe toute modification équivalente qui viendront d'elle- même à l'esprit de ces spécialistes en la matière. Bien entendu diverses modificatbns peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. _ 7 5 1 Revendications: 1 Procédé de fabrication d'un article renforcé de fibres, comprenant les étapes de réaliser un sous- assemblage de forme souhaitée de cet article renforcé de fibres, envelopper ce sous-assemblage d'une matière de renforcement fibreuse, imprégner cette matière fibreuse d'une matière adhésive durcissable et transformer cette matière fibreuse imprégnée par moulage en une couche externe de cet article renforcé de fibres conforme avec la forme du sousassemblage, ce procédé avant le moulage de h matière fibreuse se caractérisant par les étapes d'utiliser cette matière fibreuse sous forme d'une plurali- té de feuilles ( 38,40) chacune comprenant une quantité minime d'une matière adhésive thermoplastique déposée sur une seule surface de ces feuilles; et déposer ces feuilles ( 38,40) fibreuses l'une sur l'autre sur ce sous- assemblage tout en collant une première de ces feuilles sur ce sousassemblage et chaque feuille ultérieure sur une feuille adjacente précédente ( 38) par application de cha- leur et de pression. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette chaleur et cette pression sont appliquées en des endroits localisés sur cette matière fibreuse. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette chaleur et cette pression sont appliquées sur cette matière fibreuse sur une grande surface de celle-ci. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces feuilles de matières fibreuses ( 38, 40) sont disposées de telle façon que la matière adhésive thermo- plastique 50 sur chaque feuille est disposée en contact avec la feuille adjacente précédente. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque feuille ( 40) est collée à la feuille adjacen- te ( 33) précédente manuellement au moyen d'un fer ( 54) maintenu à la température de ramolissement de cette matière adhésive. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par les dépôts de cette matière adhésive en une quantité se situant il - dans un intervalle d'environ 0,59 à environ 5,98 g de matière adhésive par m 2 de matière. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette matière de la feuille fibreuse ( 38,40) com- prend un tissu de fibres de verre tissées. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette matière adhésive thermoplastique comprend une matière polymère synthétique. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérise en ce que cette matière synthétique comprend un copolymère de nylon-12.