Brevet FR2550123A1 — publié le 19850208

Perfectionnements apportés a la fabrication de tubes et bielles en matériaux composites à base de fibres de carbone en nappes unidirectionnelles. Il existe à l'heure actuelle des tubes et des bielles en matériaux composites; leurs utilisations sont nombreuses, en particulier dans le domaine aéronautique. Les bielles et tubes en fibres de carbone imprégnées de résine sont particulièrement intéressants, car les fibres de carbone ont des caractéristiques remarquables, leur module élastique théorique pouvant atteindre de 22000 à 33000 daN/mm2. Mais l'expérience montre que, dans la pratique, les tubes et les bielles en un matériau composite en fibres de carbone réalisés jusqu'd présent à partir de nappes unidirectionnelles ont un module beaucoup plus faible, de l'ordre de 11000 daN/mm2. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de tubes et de bielles à partir de rubans ou de feuilles de fibres de carbone imprégnées de résine, qui permet d'obtenir des pièces dont le module élastique se rapproche d'une valeur voisine de la valeur théorique. Le procédé selon l'invention, dans lequel le tube ou la bielle est moule dans un moule, est caractérisé en ce que, pendant la polymérisation de la résine enrobant les fibres de carbone, on immobilise les extrémités des rubans ou de la feuille par rapport aux extrémités du moule. Lors de la montée en température de la résine, les fibres de carbone se raccourcissent alors qu'au contraire le moule s'allonge. Comme la résine est alors relativement fluide, les fibres de carbone peuvent se déplacer et se tendent, ce qui les aligne et les rend pratiquement parallèles à l'axe du tube. Elles conservent ce parallélisme lorsque la résine polymérise et l'on obtient alors un élément en un matériau composite rigide possédant un module élastique plus voisin du module élastique théorique. Si on le désire, on peut tendre les fibres lors de leur immobilisation. Les fibres conservent leur tension après polymérisation de la résine et on obtient un élément moulé dans lequel les fibres sont tendues. L'invention a également pour objet un moule pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ce moule est caractérisé en ce que son élément externe est solidaire d'éléments de pincement entre lesquels on peut enserrer les extrémités des rubans ou de la feuille. Le moule peut comporter un mandrin expansible. Celui-ci permet de presser les rubans ou feuille contre la paroi interne de l'élément externe du moule. Ce mandrin expansible peut comprendre une vessie reliée à une source de fluide sous pression. Dans le cas du moulage d'un tube, cette vessie peut contenir un mandrin métallique creux dont la paroi comporte des perforations et dont l'intérieur est relié à la source de fluide sous pression. Lors de la polymérisation de la résine, le mandrin se dilate et se gonfle, ce qui améliore encore l'alignement des fibres. L'invention a enfin pour objet les tubes et bielles obtenus par le procédé ci-dessus défini. On a décrit ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, trois modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, avec référence au dessin annexé dans lequel les Figures 1 à 3 illustrent chacune l'un de ces modes de mise en oeuvre. Dans le mode de mise en oeuvre de la Figure 1, pour réaliser un tube, on dispose une ou plusieurs feuilles 1 ou une série de rubans en fibres de carbone enduites d'une résine thermodurcissable sur un mandrin 2, de préférence en aluminium, qui est muni à sa périphérie d'une série d'orifices 3 et dont l'intérieur peut être relié à une source de fluide sous pression par un conduit 4; le mandrin est revêtu extérieurement d'une vessie 5 dont l'extré- mité est pincée de manière étanche sur le conduit 4. L'ensemble est placé dans un moule externe 6 et chacune des extrémités de la feuille ou des rubans 1 est serrée dans un dispositif de pincement 7-8 fixe par rapport au moule 6. Le moule 6 avec son mandrin et la feuille ou les rubans qui sont placés entre ces éléments, est alors chauffé de façon à assurer la polymérisation de la résine imprégnant les fibres de carbone. En même temps, on admet un fluide sous pression dans le mandrin 2 par le conduit 4. Le fluide introduit à l'intérieur du mandrin 2 en sort par les orifices 3 et vient gonfler la vessie 5 qui presse les fibres de carbone sur la paroi interne du moule 6. Lors de la montée en température, les fibres de carbone ont tendance à rétrécir alors que le mandrin 2 et le moule 6 s'allongent. Sous l'effet de ce phénomène de dilatation différentielle, les tensions auxquelles sont soumises les fibres s'uniformisent et leur parallélisme est amélioré. Par la suite, la résine polyméri se et l'on obtient un tube en un matériau composite rigide dans lequel les fibres de carbone sont-pratiquement parallèles. Il suffit alors de mettre le tube à la longueur désirée par découpe. Le module d'elasticité de la pièce obtenue est très voisin de la valeur théorique. Si on le désire on peut tendre les fibres lors de leur pincement entre les éléments 7 et 8. Après polymérisation de la résine, les fibres conservent leur tension. Les Figures 2 et 3 montrent l'application du procédé à un tube épanoui ou bien à un tube à extrémités coniques. Dans ce cas, on supprime le mandrin métallique 2 et on ne prévoit que la vessie 5 qui forme mandrin expansible. A la Figure 2, le moule extérieur 6a se termine, à chacune de ses extrémités, par une partie tronconique 9 par l'intermediai- re de laquelle il se raccorde à l'élément de pincement 8a. L'ex trémité de la vessie 5 est pincée, comme les fibres de carbone 1, entre le premier élément de pincement 8a et le second 7a. A la Figure 3, le moule extérieur 6b est fixé, à chacune de ses extrémités, sur un élément de pincement 8b dont la paroi intérieure cylindrique se raccorde par une partie tronconique à la paroi intérieure du moule 6b; cet élément de pincement forme donc ainsi moule. Comme à la Figure 2, la vessie 5 est pincée entre les éléments 8b et 7b. Ce mode de mise en oeuvre convient notamment pour la réalisation d'une bielle. Il va de soi que la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée aux trois modes de mise en oeuvre décrits et représentés, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de tubes et de bielles à partir de rubans ou de feuilles de fibres de carbone imprégnées de résine, dans lequel le tube ou la bielle est moulé dans un moule 6, 6a ou 6b, caractérisé en ce que, pendant la polymérisation de la résine enrobant les fibres de carbone, on immobilise les extrémités des rubans ou de la feuille par rapport aux extrémités du moule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on tend les fibres lors de leur immobilisation. 3. Moule pour la mise en oeuvre du procédé défini dans la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que son élément externe 6, 6a ou 6b est solidaire à chacune de ses extrémités d'éléments de pincement entre lesquels on peut enserrer les extrémités des rubans ou-de la feuille. 4. Moule selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un mandrin expansible. 5. Moule selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mandrin comporte une vessie 5 reliée à une source de fluide sous pression. 6. Moule selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vessie 5 contient un mandrin métallique creux dont la paroi comporte des perforations 3 et dont llinterieur est relié à la source de fluide sous pression. 7. Tube bu bielle obtenu par le procédé défini à l'une des revendications l à 3 et/ou à l'aide du moule défini à l'une des revendications 4 à 6.