Brevet FR2554876A1 — publié le 19850517

1. La présente invention concerne un vérin à base de matériaux composites. Jusqu'à présent, les vérins sont complètement constitués de métal. Or, pour certaines applications, ces vérins s'avèrent être d'un poids trop important. On a donc cherché des vérins de plus faible poids, ces vérins étant capables de résister à des pressions aussi élevées que les vérins complètement métalliques. La présente invention vise à fournir de tels vé- rins. Elle a pour objet un vérin du type comprenant un corps cylindrique dans lequel coulisse un piston solidaire d'une tige coulissant à travers l'une des têtes du vérin, caractérisé en ce que le corps du vérin et la tige du vérin compren- nent des matériaux composites constitués d'une matrice polymère réticulée et de fibres de renforcement, et en ce que les têtes du vérin ont la forme d'un embout coiffant les extrémités du corps du vérin et sont fixées à ce corps par collage. Les matériaux composites qui sont utilisés dans la présente invention sont des matériaux dits à "hautes per- formances", caractérisés par une résistance mécanique éle- vée, aussi bien en flexion qu'en compression. Ils comprennent une matrice polymère réticulée qui est obtenue par réticulation d'une résine thermodurcissable. Ces résines thermodurcissables utilisées peuvent être notamment des résines époxydes et des résines poly- imides. Les fibres de renforcement sont des fibres à "hautes performances", telles que des fibres de verre ou de carbone. Le corps du vérin est avantageusement constitué d'un ou plusieurs enroulements de filaments de fibres de renforcement noyé dans une matrice polymère réticulée. Ce corps de vérin peut être obtenu par enroulement de filaments imprégnés de résine thermodurcissable sur un 2. mandrin recouvert d'un produit antiadhérent, durcissement de la résine (par exemple par chauffage) et enlèvement du mandrin après durcissement. Pour améliorer la résistance mécanique, le corps du vérin peut en outre comprendre une âme tubulaire métal- lique mince. Le corps du vérin est alors réalisé par en- roulement de filaments imprégnés de résine thermodurcis- sable sur un tube métallique mince qui reste en place après réticulation de la résine et constitue l'âme du corps du vérin. Ce mode de réalisation permet en outre de réduire ou de supprimer l'usinage précis de l'alésage du corps du vérin, suivant la classe de précision du corps choisi. La tige du vérin peut être réalisée par moulage d'un mélange de résine thermodurcissable et de fibres de renforcement dans un tube métallique mince. Après réticu- lation de la résine on obtient une tige hybride comprenant une enveloppe métallique mince. Cette tige est particuliè- rement légère et possède de bonnes propriétés mécaniques. Comme pour l'âme métallique du corps de vérin, cette en- veloppe métallique réduit ou supprime l'usinage, suivant la classe de précision du tube choisi. On peut également obtenir la tige de vérin par moulage du mélange dans un moule. Après réticulation, on procède au démoulage et on obtient une tige particulièrement légère et performante. En variante, on peut obtenir les tiges par pul- trusion en continu dans une machine thermorégulée munie d'une filière à travers laquelle le mélange est extrudé et est réticulé. Les tiges sont ensuite découpées à la longueur voulue. Les têtes de vérins peuvent être métalliques, en matière plastique ou en matériau composite. Ces têtes, qui comportent une arrivée ou une sortie de fluide ont la forme d'un embout et viennent coiffer les extrémités du corps du vérin. 3. Les têtes de vérin sont collées sur le corps par une colle thermodurcissable, notamment une colle époxyde. Les tiges de vérin sont également collées aux pis- tons, réalisés de manière classique en métal, et à leur autre extrémité à l'organe de commande. Les vérins selon la présente invention sont ainsi bien plus faciles à assembler que les vérins métalliques classiques de type "bitube" o un sertissage était néces- saire. Ces vérins ont des tenues en pression pouvant atteindre 25.106 Pa et même 50.106 Pa, dans le cas des corps avec une âme métallique. Ces vérins ont en outre des poids inférieurs d'au moins 50 % à celui des vérins métalliques classiques. Ces vérins ont, de plus, une très bonne résistance aux chocs, en particulier à l'impact de petits projectiles, alors que les vérins métalliques classiques subissent ai- sément une déformation permanente. Cette bonne résistance aux chocs permet de maintenir le fonctionnement de ces vérins, même en cas d'impact accidentel, ce qui est très important du point de vue de la sécurité (en particulier dans l'industrie automobile, les industries de l'armement, l'aéronautique). L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement des modes d'exé- cution. Sur ces dessins: la Fig. 1 est une vue en coupe transversale d'un corps de vérin utilisé dans l'invention; la Fig. 2 est une variante de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue en coupe transversale d'une tige de vérin utilisée dans l'invention; la Fig. 4 est une variante de la Fig. 3; la Fig. 5 est une vue en coupe longitudinale d'un vérin selon la présente invention. Le corps de vérin représenté schématiquement sur la Fig. 1 est constitué par un enroulement cylindrique 1 4. de filaments de fibres telles que des fibres de verre, enrobé dans une matrice 2 de résine thermodurcissable. Le corps de vérin représenté sur la Fig. 2 est une variante de la Fig. 1. Le corps comprend en outre une âme tubulaire métallique mince 3. La tige de vérin représentéesur la Fig. 3 est cons- titué d'une matrice 4 de forme cylindrique contenant à l'état dispersé des fibres de renforcement 5. La tige de vérin représentée sur la Fig. 4 est une variante de la Fig. 3 et comprend une enveloppe métallique mince 6. Le vérin selon l'invention représenté sur la Fig.5 comprend un corps cylindrique en matériau composite. Ses deux extrémités 8 et 9 sont coiffées d'embouts respecti- vement 10 et 11 qui sont collés sur les extrémités 8 et 9. Les embouts 10 et 11 sont munis de tubulures res- pectivement 12 et 13, d'amenée et de sortie de fluide hydraulique. L'embout 1l est muni d'un alésage 14 à travers ' lequel coulisse la tige 15 du vérin qui est également en matériau composite. A l'extrémité de cette tige 15 est collé un piston métallique 16. Les exemples suivants illustrent la fabrication des vérins selon l'invention. EXEMPLE 1 a) Corps du vérin Le corps du vérin est constitué d'un tube com- posite réalisé par enroulement filamentaire de fibres de verre E imprégnées de résine époxy constituée par un me- lange de 100 parties en poids d'éther diglycidylique du Bis-phénol A ayant un équivalent époxyde de 195 et une viscosité de 19 Pa.s à 25 C et de 11 parties en poids de triéthyltétramine,sur un mandrin ayant un diamètre de 28 mm et enduit d'un produit antiadhérent. La structure composite est constituée des cou- ches suivantes: 5. Un voile de verre Une couche à 90 Une couche à - 54 Une couche à 90 Une couche à + 54 Une couche à 90 Après bobinage, l'ensemble est placé 1 h.30 à C. On procède ensuite au démandrinage. b) Tige de vérin La tige de vérin est constituée de fibres de verre E imprégnées de résine époxy (Pourcentage fibres/ résine: 75/25). La tige composite est moulée par pultrusion de fibres de verre E, imprégnées de résine époxy au travers d'une filière chauffée à 140 C. La vitesse de défilement est de 1 m/mn. On procède en continu à la découpe de longueur de tige. On effectue ensuite le collage des extrémités métalliques (piston et organe de commande) à l'aide d'une colle époxyde (traitement pendant 1 h. à 130 C). c) Assemblage L'assemblage des têtes de vérin en alliage lé- ger se fait par collage avec une colle époxyde (traite- ment pendant 1 h. à 130 C). On obtient un vérin résistant à une pression de 25.10 Pa. Le poids total des matériaux composites et des têtes de vérin représente seulement 363 g, soit un gain en poids d'environ 60 % par rapport à un vérin métallique. EXEMPLE 2 Le corps de vérin est constitué d'un bobinage de fibres de verre R imprégnées de résine époxyconstituée par un mélange de 100 parties en poids d'éther diglyci- dylique du Bis-phénol A ayant un équivalent époxyde de et une viscosite de 13,5 Pa.s à 25 C et de 38 parties en poids de 4,4'-méthylène dianiline sur un tube métallique mince en XC 48, épaisseur 3/10 et un diamètre intérieur de 28 mm. 6. Le bobinage des fibres de verre R imprégnées sur le tube métallique est réalisé de façon à aboutir à la structure composite hydride suivante: Tube acier 3/10 Une couche à 90 Une couche à 45 Une couche à 90 Après bobinage, l'ensemble est placé en étuve pendant 2 h. à 80 C. La tige et le piston sont analogues à ceux uti- lisés à l'exemple 1. Les têtes de vérin sont constituées de deux pièces en acier Z 200 C13. L'assemblage du corps et des têtes se fait par collage avec une colle époxyde (traitement pendant 1 h. à 130 C). On obtient ainsi un vérin résistant à une pression de 35.106 Pa. Le poids total des matériaux composites et de têtes de vérin représente seulement 371 g, soit un gain d'environ 60 % par rapport à un vérin métallique classique. 7. REVENDICATIONS 1. Vérin du type comprenant un corps cylindrique dans lequel coulisse un piston solidaire d'une tige cou- lissant à travers l'une des têtes du vérin, caractérisé en ce que le corps (7) du vérin et la tige (15) du vérin comprennent des matériaux composites constitués d'une matrice (2,4) polymère réticulée et des fibres de renfor- cement (1,5) et en ce que les têtes du vérin (10,11) ont la forme d'un embout coiffant les extrémités du corps (7) du vérin et sont fixées à ce corps (7) par collage. 2. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (7) du vérin est constitué d'un ou plusieurs enroulements (1) de filaments de fibres de ren- forcement noyé dans une matrice (2) polymère réticulée. 3. Vérin selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé en ce que le corps du vérin com- prend en outre une âme tubulaire métallique mince (3). 4. Vérin selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la tige du vérin com- prend en outre une enveloppe métallique mince (6).