Brevet FR2552012A1 — publié le 19850322

La présente invention concerne d'une façon générale la fabrication des pièces moulées de grandes dimensions et elle est plus particulièrement relative à un procédé de fabrication d'un moule économique pour articles de grandes dimensions en matériau composite polymérisable par application de chaleur et de pression. Les matériaux composites à base de résines et de fibres se sont considérablement développés dans de nombreuses applications en raison de leurs qualités inhérentes: résistance, stabilité, insensiblilité à la corrosion et autres propriétés bien connues parmi lesquelles notamment la facilité de fabrication par moulage et polymérisation sous chaleur et pression. Cependant, la fabrication d'articles de grandes dimensions en résine armée de fibres n'a été possible jusqu'à présent que par des procédés manuels dans lesquels un ou plusieurs opérateurs déposent des couches, par exemple de tissu de verre, en les imprégnant au fur et à mesure avec des couches de résine, sur une forme, la polymérisation étant obtenue uniquement par l'adjonction de catalyseur à la résine, en raison du fait que l'application uniforme de pression et de chaleur est extrêmement difficile sur des pièces de grandes dimensions Ce procédé est long et présente en outre les inconvénients de la polymérisation par réaction 25 exothermique. Pour réaliser des pièces en résine armée, polymérisées par application de chaleur et de pression, on doit utiliser des moules rigides comportant des canaux pour assurer la circulation d'un agent de chauffage. > O De tels moules sont extrêmement coûteux à réaliser et principalement les frais entrainés par cette fabrication ont jusqu'à présent rendu impossible la fabrication d'articles de grandes dimensions, par exemple des poutres en matériau composite polymérisé par application de chaleur et de pres35 sion, bien que les qualités de ces matériaux soient particulièrement intéressantes dans cette application, ainsi que dans de nombreuses autres. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en fournissant un procédé de fabrication d'un moule pour la 25520 1 2 réalisation d'articles de grandes dimensions en résine armée par moulage sous chaleur et pression. L'invention a pour objet à cet effet un procédé de fabrication d'un moule pour réaliser des pièces moulées de grandes dimensions en matériau composite polymérisé par application de chaleur et de pression, caractérisé en ce qu'on forme une paroi d'une empreinte de moulage en plusieurs parties en un matériau peu coûteux ayant une conductivité thermique élevée, on applique des moyens chauffants en relation d'échange thermique direct avec la surface externe de ladite paroi de l'empreinte, on applique un isolant thermique par-dessus lesdits moyens chauffants et on fixe les différentes parties de paroi sur des formes-supports rigides en relation de transmission uniforme de pression 15 avec ladite paroi. On comprend que l'isolant thermique formant barrière, la chaleur engendrée par les moyens chauffants est entièrement appliquée au matériau composite-disposé dans l'empreinte du moule à travers la paroi conductible de 20 celui-ci; cette chaleur agissant en conjugaison avec la pression appliquée aux formes-supports, permet d'obtenir la polymérisation désirée du matériau. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens chauffants appliqués à l'extérieur de ladite 25 paroi d'empreinte sont des éléments flexibles interchangeables. Suivant un mode de réalisation, la paroi d'empreinte est réalisée en un métal mince porté par une forme-support rigide et incompressible en un matériau isolant, lesdits 30 éléments chauffants étant intercalés entre ledit matériau et ladite paroi de façon amovible. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, ladite paroi de l'empreinte est constituée par une t 8 le épaisse rigide assurant elle-même la transmission de la 35 pression de moulage. L'invention a également pour objet un moule pour la fabrication par moulage de pièces de grandes dimensions en résine armée de fibres polymérisée par application de chaleur et de pression,réalisé suivant le procédé ci-dessus. L'invention a encore pour objet une pièce de grandes dimensions en résine armée de fibres, polymérisée par application de chaleur et de pression, caractérisée en ce qu'elle est obtenue au moyen du moule tel que défini ci-dessus et 5 comportant ou non des éléments chauffants incorporés dans la masse, comme connu en soi. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titres d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être 10 mise en pratique. La figure 1 est une vue en coupe d'une moitié d'une section de moule suivant un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une section à plus grande échelle 15 suivant la ligne 2-2 de la figure 1. Les figures 3 et 4 sont des vues analogues à celle de la figure 1 de deux autres formes de réalisation de l'invention. La figure 5 est une vue en section transversale d'un 20 moule suivant l'invention dans lequel est moulée une pale d'éolienne. La figure 6 est une vue en section d'une variante d'une partie de moule suivant l'invention. D'une façon générale les moules utilisés pour la 25 fabrication de pièces par moulage comportent deux demicoquilles qui sont dans leur ensemble identiques; on a décrit et représenté seulement la coquille ou moitié inférieure d'un élément de moule suivant l'invention dans les différentes figures du dessin. La moitié de moule représentée à la figure 1 comporte une paroi d'empreinte 10 qui est constituée dans cet exemple par une tôle mince mise en forme par un procédé quelconque approprié, par exemple par un procédé de chaudronnerie classique. La feuille de tôle 10 comporte sur sa face externe opposée à l'empreinte de moulage des moyens chauffants constitués par des éléments il d'un type connu qui sont espacés sur la longueur de l'élément de moule, et ces éléments chauffants sont maintenus par une masse 12 d'une mousse de matière synthétique dure thermiquement isolante, capable de transmettre une pression de façon uniforme sur la totalité de la surface de l'ensemble constitué par la paroi d'empreinte 10 et les éléments chauffants 11. Le bloc de mousse 12 est de préférence disposé dans un bâti,désigné dans son ensemble par la référence 13, lié au sol et donc indéformable en rectitude et en torsion. On comprend que les éléments chauffants 11 sont ainsi en relation d'échange thermique direct avec la tôle 10 mince 10 constituant la paroi de l'empreinte de moulage et que la masse de mousse 12 constitue une barrière thermique de telle sorte que la chaleur engendrée par les éléments chauffants 11 se trouve entièrement dirigée vers l'intérieur de l'empreinte de moulage à travers la t 8 le mince 10 15 dont la conductivité thermique est élevée Cette masse de mousse permet de limiter l'énergie nécessaire à la polymérisation qui s'effectue donc sur place sans passer par un four chauffant ou une étuve. On a représenté à la figure 2, à plus grande 20 échelle, l'agencement d'un élément chauffant 11 entre la masse de mousse 12 et la paroi d'empreinte 10. Chaque élément chauffant 11 comprend comme connu en soi un élément de résistance électrique constitué par exemple par un ruban de métal lia disposé suivant un trajet continu sinueux entre deux feuilles 14 d'une matière fibreuse, par exemple en tissu de verre, qui sont collées au moyen d'une résine synthétique polymérisée. Le principe de ces éléments chauffants est connu. Ils peuvent être fabriqués de façon rapide et économique 30 en toutes dimensions et avec des valeurs de résistance connues, en particulier à l'aide de feuilles d'une matière synthétique appropriée sur lesquelles sont disposés des rubans adhésifs au plomb. Ces éléments, ou "résistances",présentent l'avantage d'une très grande surface d'échange thermique; ils sont alimentés sous une tension appropriée et leur température est régulée. La mousse thermiquement isolante 12 peut être coulée directement sur les éléments chauffants et le dos de la paroi 10 de l'empreinte de moulage et coupée ensuite pour entrer dans le support 13. Elle peut également être réalisée sous la forme d'un bloc et travaillée pour présenter une forme corres5 pondant à celle de la paroi 10 de l'empreinte de moulage. Les éléments chauffants sont espacés de façon à répartir la chaleur sur la longueur de la paroi de l'empreinte de façon à peu près uniforme. Suivant l'exemple représenté à la figure 3 le moule suivant l'invention est réalisé au moyen d'une formesupport 15 en tôle épaisse et rigide qui a été préalablement ou fo rmée usinée/de façon à présenter la forme désirée Sur la paroi interne de cette tô 181 e épaisse est disposée une couche S en stratifié fibres de verre/résine qui reçoit de façon amovible les éléments chauffants 16 sur lesquels est posée une forme en tô 181 e mince 17 Cette disposition permet la réparation ou le remplacement des éléments chauffants Une mousse thermiquement isolante 18 de matière plastique, de faible densité qui constitue la barrière thermique est 20 appliquée sur la surface externe de la forme-support 15 en tô 181 e épaisse. Dans ce mode de réalisation, la forme-support 15 en tôle épaisse présente une certaine inertie thermique qui est utilisée pour obtenir une meilleure répartition de la 25 chaleur dégagée par les éléments chauffants 16 Dans cet exemple également la partie de moule est montée sur un bâti 13 a, par exemple au moyen d'entretoises 19. Suivant le mode de réalisation représenté à la figure 4, la paroi de l'empreinte est constituée directe30 ment par une tô 181 e épaisse 20 usinée approximativement, le profil approprié étant donné par une couche R de résine chargée de poudre de métal, par exemple d'aluminium. Sur la surface externe de la t 81 e:20 s Qnt appliqués des éléments chauffants 21 par-dessus lesquels 35 est appliquée une couche 22 d'une mousse thermiquement isolante de faible densité servant de barrière thermique. Dans ce mode de réalisation la paroi de l'empreinte en tôle épaisse 20 constitue en même temps la forme-support. Elle est fixée sur le bâti 13 b au moyen d'entretoises 23. On a représenté à la figure 5 un moule complet comprenant une moitié supérieure 24 a et une moitié inférieure 24 b dans lesquelles la paroi de l'empreinte est constituée par une tôle mince 25 sur la surface externe de laquelle sont q disposés des éléments chauffants 26, la forme-support étant constituée par un empilage 27 de couches de tissu de verre préalablement imprégnées de résine et disposées dans un bloc de mousse isolante rigide 28 de densité élevée préalablement usiné à la forme voulue La pièce formée dans ce moule est 10 avantageusement réalisée au moyen de plusieurs couches du demi-produit pré-imprégné par exemple tel que décrit dans la demande de brevet français de la demanderesse n 81/19706 et désignées dans leur ensemble par la référence 29 et au milieu desquelles sont disposés des éléments chauffants 30 qui sont de préférence disposés à l'état non polymérisé entre les couches 29, ces éléments chauffants 30 étant alimentés simultanément avec les éléments chauffants 26 et avec la mise sous pression, ces éléments chauffants 30 se trouvant finalement incorporés à la matière constituant la pièce 20 moulée dont ils deviennent totalement solidaires. On a enfin représenté à la figure 6 une autre variante d'un moule réalisé suivant l'invention Dans cette variante, la forme-support est constituée par une masse 31 de béton allégé chargé de billes de verre cellulaire et de micro-sphères de verre ayant une densité comprise entre 0,3 et 0,7, qui confèrent à ce béton des propriétés thermiquement isolantes élevées tout en lui laissant la rigidité nécessaire pour transmettre uniformément la pression sur la tôle mince 32 constituant la paroi de l'empreinte La masse mise de béton allégé 31 peut être facilement/à la forme voulue pour constituer la forme-support et après sa prise peut transmettre uniformément la pression à la tôle mince 32 tout en constituant une barrière thermique appropriée pour la chaleur dégagée par les éléments chauffants 33 La masse 31 35 de béton cellulaire est avantageusement soutenue par un support 34 en béton armé Un tel moule assure une très grande fiabilité des fabrications de pièces structurales de grandes dimensions car un tel béton allégé ne présente aucun interstice ou bulle. Bien entendu, dans tous les exemples décrits plus haut on utilise de façon connue en soi un agent de démoulage approprié pour éviter toute adhérence du matériau composite sur la paroi de l'empreinte. On comprend que l'invention permet de réaliser de façon économique des moules pour la réalisation de pièces en matériau composite de grandes dimensions en plusieurs éléments pouvant être facilement adaptés les uns à la suite des autres et sur lesquels il est possible d'appliquer des organes de transmission de pression, tandis que les éléments chauffants transmettent leur chaleur directement à travers la paroi conductible de l'empreinte de moulage et que, le cas échéant, des éléments de chauffage incorporés 15 dans la matière de la pièce moulée assurent un chauffage uniforme du produit composite pour assurer sa polymérisation. On remarquera enfin que les moules réalisés suivant l'invention en conjugaison avec le demi-produit tel que décrit dans la demande de brevet français no 81/19706 20 de la demanderesse, non polymérisé ou partiellement polymérisé, permettent la réalisation jusqu'alors impossible de pièces de grandes et même de très grandes dimensions, le demi-produit précité permettant un gain de temps extrêmement important lors de la disposition des différentes 25 couches du produit composite dans les empreintes de moulage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un moule pour réaliser des pièces moulées de grandes dimensions en un matériau composite, caractérisé en ce qu'on forme une 5 paroi d'empreinte de moulage ( 10, 17, 20, 25, 32) en plusieurs parties en un matériau peu coûteux ayant une conductivité thermique élevée, on applique au moins un moyen chauffant ( 11, 16, 21, 26, 30, 33) en relation d'échange thermique direct avec la surface externe de ladite paroi, on applique un isolant thermique ( 12, 18, 22, 28, 31) par-dessus lesdits moyens chauffants, et on fixe les différentes parties de parois sur des formessupports rigides en relation de transmission uniforme de pression avec ladite paroi. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi d'empreinte de moulage est constituée par une t 8 le mince ( 10, 17, 25, 32) non rigide mise à la forme par un procédé de chaudronnerie ou autre, et ladite forme-support rigide est constituée par 20 ledit isolant thermique ( 12, 28, 31). 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite formesupport est réalisée en une mousse rigide ( 12, 28) de résine synthétique. 4. Procédé suivant la revendication 2, 25 caractérisé en ce que ladite forme-support ( 31) est réalisée en béton allégé, de préférence chargé de billes de verre cellulaire et de micro-sphères de verre et ayant une densité de 0,3 à 0,7. 5. Procédé suivant la revendication 1, 30 caractérisé en ce que ladite paroi d'empreinte de moulage est constituée par une t 8 le mince ( 17) mise en forme par un procédé de chaudronnerie ou autre, ladite formesupport ( 15), en tôle épaisse rigide, étant mise à une forme correspondant à celle de ladite paroi, lesdits moyens 35 chauffants ( 16) étant intercalés entre ladite paroi d'empreinte ( 17) en tôle mince et ladite forme-support ( 15), ledit isolant thermique ( 18) étant constitué par une mousse de résine synthétique non rigide sur la face externe de ladite forme-support ( 15) en t 8 le épaisse. 6 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi d'empreinte de moulage est constituée par une t 8 le épaisse ( 20) usinée ou formée approximativement et mise à la forme précise par recouvrement au moyen d'une couche de résine armée ou non de fibres et chargée d'une poudre de métal assurant ladite conductivité, ledit isolant thermique étant une mousse ( 22) d'une résine synthétique non rigide appliquée sur la face externe de ladite formesupport ( 20) en t 8 le épaisse, lesdits moyens chauffants 10 ( 21) étant intercalés entre ladite forme-support ( 20) et ledit isolant thermique ( 22). 7 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens chauffants ( 11, 16, 21, 26, 33) sont constitués par des éléments à 15 résistance électrique (lia, 30) cette résistance étant constituée par un ruban en plomb adhésif collé sur une feuille de support en fibres imprégnées d'une résine synthétique, polymérisée, d'un type connu en soi, flexible. 8 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé 20 en ce que ladite paroi d'empreinte de moulage est constituée par une tôle épaisse rigide ( 20) mise en forme par usinage et constituant en même temps la formesupport, ledit isolant étant constitué par une mousse d'une résine synthétique ( 22) à faible densité. 9 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits éléments chauffants (il, 16, 21, 26, 33) sont disposés en relation d'échange thermique direct avec la paroi de l'empreinte ou avec la forme-support de façon amovible. 10 Moule en plusieurs parties pour la fabrication de pièces de grandes longueurs, en matériau composite, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moyen du procédé tel que défini suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11 Pièce moulée de grande longueur en matériau 35 composite fibres-résine polymérisé par application de chaleur et de pression, caractérisée en ce qu'elle est obtenue au moyen d'un moule tel que défini suivant la revendication 10.