Brevet FR2568511A1 — publié le 19860207

Dans l'état actuel de la technique, l'obtention d'une pièce en matériaux composites résulte de la mise en oeuvre simultanée ou séquencée d'une résine thermodurcissable, la plupart du temps, et de renforts fibreux de différentes natures et présentations. Les procédés les plus élaborés restent le drapage, la pultrusion, l'enroulement filamentaire, le moulage - par projection - au contact - à froid sous presse, l'estampage, la stratification en continu sur presses multi-plateaux. Ces procédés restent lents et nécessitent des manipulations importantes de pièces et d'outillages aux différents stades de leur élaboration pour les petites série s, reposent sur la compression de pré-imprégnés en feuilles pour les grandes séries. Une documentation intéressante suit les 2 ouvrages sur les matériaux composites, édités par le CETIM. La présente invention concerne un procédé continu d'enroulements d'une nappe en ruban avec croisement de fibres, obtenu par des bobinages successifs montants et descendants sur une forme de révolution. Ces enroulements sont réalisés au-pas de l'hélice enveloppe du profil à obtenir, afin de réaliser de façon reproductible et en série des profilés en matériaux composites. La nappe de fils est préparée dans une boite d'imprégnation. Sa section en sortie de boite est constante et de largeur prédéterminée. Les mèches sont travaillées à l'intérieur de la boite dtimprégnations pour satisfaire d'une part à un taux de résinage voulu, d'autre part celles-ci sont écartées ou resserrées de manière à créer un faisceau convergent ou divergent selon le sens de bobinage, bobinage montant ou bobinage descendant. Pendant la phase de bobinage, la boite d'imprégnation est entrainée dans un double mouvement, mouvement de translation à vitesse variable et mouvement angulaire, fonction de l'avancement du bobinage. La translation à vitesse variable permet de réaliser un bobinage hélicoidals la rotation angulaire permet de contrôler l'angle d'attaque du bobinage sur un mandrin support, mû en rotation. Le bobinage double montant et descendant se réalise sans chevauchement des spires qui sont jointives. Deux tours d'enroulements, croisés, donnent une structure équivalente à celle d'un tissu. Les angles d'écartement des fils sont rigoureusement identiques et offrent une symétrie axiale remarquable. La structure ainsi obtenue est idéale pour résister à la fois au cisaillement et à la flexion. Chaque portion d'une section est réalisée et déduite du cone osculateur correspondant à la portion de section analysée. La fabrication continue nécessite un axe supplémentaire indépendant et mis au bout du mandrin à reproduire. Un dispositif à pince permet la reprise du ruban et son serrage avant d'effectuer un second élément de mêmes caractéristiques. Selon une variante un faisceau de mèches glissées longitudinalement permet de renforcer la tenue à la traction et la prise du tracteur permettant de réaliser des structures façonnées, dont les propriétés mécaniques restent semblables au profil de révolution réalisé pour l'ébauche. Selon une variante, une démultiplication du pas d'avance permet d'obtenir le chevauchement des enroulements et permet un renforcement mécanique d'une portion de section, sans reprise de pièces ; le but étant la fabrication de pièces terminées et reproductibles, en série. La réalisation d'enroulements croisés, à spires jointives à partir d'une nappe en ruban, boudinée sur un faisceau axial de fibres disposées longitudinalement permet d'obtenir le maximum des caractéristiques remarquables choisies t légèreté, rigidité, résistance à l'écrasement et à l'éclatement, à la traction et au cisaillement. Le matériau composite ainsi façonné reste un matériau à paroi ain- ce, obtenu sans rupture de fils. Ce procédé d'obtention de profilés, en matériaux composites, associe une structure obtenue par enroulement d'une nappe en ruban, préformée à la reproduction de profils de formes. Le principe de réalisation permet d'obtenir des éléments reproductibles de formes identiques à partir des mêmes outillages ou des formes différentes les unes des autres, à condition de procéder à un changement automatisé des outillages, au moment de la modification programmée qui correspond à l'arrivée d'un développé différent de la nappe en ruban. Les différentes séquences des mouvements sont commandées par programmation électronique. Après enroulements, l'opération séquentielle de reprise de la nappe en ruban sur un deuxième axe, par pince, permet de dissocier l'opération de cuisson de l'opération de bobinage. Un dispositif à rouleaux tangents chauffants est appliqué en pression sur le profilé, dans le cas d'un profil de révolution. La rotation du mandrin et des rouleaux chauffants évite à la résine de couler, permet d'obtenir un bon état de surface et une bonne cohé sion des fibres et de la résine. Selon une variante, la cuisson s'opère dans un moule à coquilles. La figure 1 > représente le schéma de principe du bobinage avec enroulement croisés de la nappe en ruban. Les mèches sont déroulées de bobines de fils disposées dans un cantre (11). Les mèches passent à travers des passe-fils, individuellement réglables, afin de règler l'écartement des mèches. L'ensemble de réglage (6) se dé place en fonction de l'avancement du bobinage, suivant la trajectoire (10). Les mèches forment une bande (5) et traversent une boite d'imprégnation (4). L'équipement d'imprégnation assure un mouillage correct des mèches en les revêtant d'une quantité appropriée de résine. Le faisceau de mèches est contrôlé en largeur à la sortie de la boite d'imprégnation.L'écartement des mèches préréglé et la largeur constante en sortie de boite permettent d'obtenir un faisceau convergent ou divergent adapté au bobinage (3) à réaliser. La boite d'imprégnation (4) est montée sur pivot réglage en rotation. La boite se déplace suivant une double trajectoire (9) montante (7) et descendante (4) de manière à contrôler les angles d'attaque du bobinage en fonction des formes de révolution à réaliser (li. Le mandrin (1) entraîné en rotation assure son propre bobinage. La structure (3) ainsi obtenue est tissée, puisque les enroulements montants et descendants se croisent suivant des angles symétriques et égaux. La figure 2 représente le dispositif propre à la réalisation d'une série de pièces. Un axe (2) est mis en bout du mandrin (1), cet ensemble est entraîné en rotation synchrone, par accouplement direct ou par renvoi. La bande (5) a été préalablement pincé. par l'intermédiaire d'un clip (13) afin de démarrer le bobinage avec un angle correct d'attaque et la largeur de bande exacte. La figure 3 représente les différentes séquences des mouvements pris par l'axe (2) de reprise du bobinage. Deux axes sont utilisés. L'axe (2) maintient la bande en tension tandis que l'axe (14) vieit au contact de la bande tendue. Le clip (13) pince la nappe (5) sur l'axe (14). Préalablement, la pièce (3) est tronçonnée de façon à libérer l'axe (2). La bande (5) est coupée en aval de l'axe (14). 4).L'axe (2) est évacué en position (15), séquence qui correspond à l'éjection de la chute de pièce. L'axe (14) prend la position qu'occupait initialement l'axe (2), en bout du mandrin (1). Le travail de bobinage reprend automatiquement. La présente invention permet de réaliser en continu, des éléments de révolution, profilés à parois minces, en matériaux composites qui concurrencent et remplacent avantageusement des structures courantes obtenues à partir de différents matériaux. RENENDICATIONS 1) Procédé continu d'enroulements montants et descendants caractérisés par un croisement symetrique, en tous points, des couches superposées alternativement déposées sur un mandrin entraîné en rotation uniforme, d'un ruban de fibres continues disposées en nappe, avec contrôle permanent respectivement de la largeur du ruban et de l'angle d'attaque du bobinage, au droit du profil de révolution, pour satisfaire à un enroulement héli- coidal continu des spires, afin de réaliser des profilés en matériaux composites, à paroi mince ou épaisse. 2) Procédé selon la revendication 1 caractèrisé en ce que le développé est enroulé à spires jointives sur un outil rtIG.1(1), représentatif du corps géomètrique à réaliser. 3) Procédé caractèrisé par un bobinage montant et descendant, à deux couches superposées ou multiples, symètriques, à enroulements croisés FIG#~(3). 4) Procéda selon la revendication 3 caractèrisé en ce que les spires peuvent se chevaucher pour obtenir un renforcement partiel du corps à réaliser. 5) Procédé caractèrisé par la répétitivité des fabrications obtenue par un recommencement des bobinages gr#ce à l'utilisation d'un axe secondaire sur lequel la nappe en ruban est pincée ce qui permet la réalisation de pièces identiques. 6) Procédé caractèrisé en ce que le profil initial bobiné peut être transformé après déplacement par traction du profil, puis façonnage en reprise sous pression grâce à des fils préalablement déposés axialement. 7) Procédé caractérisé par une cuisson des résines polymères obtenue par pression de rouleaux chauffants entratnds en rotation autour du profilé bobiné.