Brevet FR2574343A1 — publié le 19860613

L'invention a pour objet la fabrication d'un matériau composite par le renforcement d'une pluralité de couches de fibres imprégnées de résine. Un procédé bien connu de fabrication de matériau composite comportant des fibres de renforcement encloses à l'intérieur d'une matrice de résine consiste à empiler plusieurs couches imprégnées de résine non cuite et à comprimer l'empilage dans un autoclave à une température élevée de façon à éliminer le taux de vide par renforcement et à cuire la résine. Alors que cette méthode donne satisfaction pour la fabrication d'objets plans, elle présente certains inconvénients lorsque l'objet est fabriqué sur un gabarit aux formes anguleuses. Lorsque l'empilage est comprimé, le mouvement latéral entre les couches adjacentes de fibres imprégnées de résine nécessaire pour leur faire épouser les formes anguleuses est entravé par des forces de friction entre les couches adjacentes. Plus la pression exercée sur les couches augmente, plus les forces de friction augmentent La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de matériau composite sur un gabarit anguleux au cours duquel les forces de friction entre les couches adjacentes Imprégnées de résine sont réduites, assurant de la sorte une meilleure conformité des matériaux composites au gabarit utilisé pour définir leur forme. Le procédé de fabrication de matériau composite selon l'invention comporte les étapes d'empiler alternativement des couches de fibres Imprégnées de résine non cuite et des films élastiques fins, d'augmenter la température dudit empilement de couches jusqu'à ce qu'il se produise une cuisson seulement partielle de ladite rési- ne, d'appliquer une pression suffisante auxdits empilages au moyen de gabarits de formes correspondantes de façon que ledit empilage de couches prenne la forme définie par lesdits gabarits de formes correspondantes, de permettre audit empilage de couches de refroidir et de cesser ensuite d'appliquer ladite pression, de séparer lesdites couches dudit empilage et d'enlever lesdits films plastiques fins de dégagement, d'empiler à nouveau lesdites couches de fibres imprégnées de résine partiellement cuite sur un gabarit de forme correspondante et d'appliquer une pression suffisante euxdites couches pour les renforcer totalement à une température et pendant une durée telles que la cuisson définitive de la résine se produise. L'invention va maintenant être décrite au moyen d'exemples, avec référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue éclatée d'un empilage de couches de fibres imprégnées de résine et de couches de films élastiques fins de dégagement utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; La figure 2 est une vue en coupe de côté d'un appareil utilisé pour la mise en oeuvre du procédé salon la présente invention; Et la figure 3 est une vue en coupe d'un autre appareil utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention. Des couches alternatives de fibres de carbone 10 imprégnées de résine epoxy non cuite et de films 11 de polyester élastiques de dégagement de 0, 25 milimètre d'épaisseur sont empilées de la façon qui est représentée sur le figure 1.L'empilage 12, constitué par les couches 10 et 11, est alors précuit à une température d'environ 1 25 C pendant une période d'environ 90 minutes avant d'être placé entre deux gabarits anguleux 13 et 14, comme on peut le voir sur la figure 2. Les gabarits 13 et 14 ont des formes correspondantes de sorte que lorsqu'une pression est exercée sur le gabarit supérieur 13, par une presse hydraulique par exemple, dans la direction indiquée par la flèche 15, l'empilage 10 est comprimé et est mis en forme selon la forme définie par les gabarits 13 et 14. Une pression minimale et suffisante est appliquée à l'empilage 12 pour lui donner la forme définie par les gabarits 13 et 14 et l'opération de précuisson s'effectue pendant une durée et à température suffisantes pour que la résine époxy dans les couches de fibres 10 soit flexible et qu'il ne se produise qu'une cuisson partielle de la résine. On envisage que l'opération de précuisson pourrait s'effectuer par chauffage des gabarits 13 et 14. - Pendant la compression de l'empilage 12, il se produit un mouvement latéral entre les couches de fibres de carbone imprégnées de résine 10 dû au fait qu'elles prennent le forme définie par les gabarits 13 et 14. Ce mouvement latéral est facilité par le film de dégagement 1 1 intercalé entre les couches de fibres de carbone imprégnées de résine 10. Lorsque le mise en forme de l'empilage 12 est achevée, on laisse refroidir l'ensemble sous pression, après quoi on sépare les gabarits 13 et 14 et on enlève l'empilage 12. A ce stade, l'empilage 12 peut être ébarbé si on le désire par le procédé décrit dans notre demande de brevet anglais n'8407861 déposée parallèlement à la présente. Les différentes couches 10 et 1 1 de l'empilage 12 sont alors séparées de façon que l'on puisse enlever facilement les couches de films I 1 de dégagement de l'empilage 12. Les couches de films de dégagement 1 l sont alors mises au rebut et les couches de fibres mises en forme sont empilées à nouveau. Lorsque les couches de fibres 10 sont empilées, elles sont soudées par point les unes aux autres de façon à être assujetties les unes aux autres. D'autres moyens peuvent être employés pour assujettir les couches 10 les unes aux autres, si on le désire, par exemple le soudage par ultrasons, le soudage par faisceau laser, le soudage par rayonnement à faible longueur d'onde, le chauffage localisé par induction ou encore l'assemblage par un adhésif rapide compatible avec la résine utilisée pour imprégner les couches de fibres 10. L'empilage de couches de fibres 1 0 est alors placé dans un gabarit 16 dont la forme, comme on peut le voir sur la figure 3, correspond à la forme de l'empilage de couches de fibres 10 et par conséquent à celle du gabarit 14. De fait, le gabarit 14 peut être utilisé à la place du gabarit 1 6, si cela convient. L'empilage de couches de fibreslO est alors recouvert par des séparateurs, des tampons de purge, un matériau d'aération et une membrane imperméable au gaz 17, lequels sont fixés à leur périphérie d'une façon conventionnelle par un organe de fixation 18. L'ensemble est alors placé dans un autoclave conventionnel et est chauffé à une température de 175'C pendant deux heures à une pression de 225 Kg /cm2. Cela a pour but de provoquer le renforcement total des couches de fibres empilées 10 de même que la cuisson complète de la résine contenue dans les-couches 10. Après refroidissement et relachement de la pression, le matériau composite complètement mis en forme est enlevé du gabarit 16. On peut donc voir que le procédé selon la présente invention est un procédé de fabrication de matériau composite, qui, grâce à son étape de préformation, assure un aj ustement parfait des couches de fibres 10 adjacentes et réduit considérablement leur volume. De ce fait le procédé permet de faire appel au moulage au sac en autoclave pour la fabrication de matériaux composites qui ont une configuration complexe. Un autre avantage du procédé est que les couches de fibres préformées, dans la mesure ou elles sont sensiblement rigides et ne sont pas fixées, sont susceptibles d'un traitement mécanique, ce qui offre la possibilité d'une automatisation du processus d'empilage avant le moulage au sac en autoclave. Bien que le procédé selon la présente invention soit décrit à propos de la fabrication d'un matériau composite utilisant le moulage au sac en autoclave, il va de soi que le procédé n'est pas strictement limité à l'utilisation du moulage au sac en autoclave et que d'autres processus de moulage, tels que le moulage sous vide, peuvent être employés dans des circonstances appropriées. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de fabrication d'un matériau composite, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes d'empiler alternativement des couches de fibres (10) imprégnées de résine non cuite et des films élastiques fins ( 1), d'augmenter la' température dudit empilement (12) de couches jusqu'à ce qu'il se produise une cuisson seulement partielle de ladite résine, d'appliquer une pression suffisante audit empilage (12) au moyen de gabarits (13,14) de formes correspondantes de façon que ledit empilage (12) de couches prenne a18 forme définie par lesdits gabarits ( 13, 14) de formes correspondantes, de permettre audit empilage (12) de couches de refroidir et de cesser ensuite d'appliquer ladite pression, de séparer lesdites couches dudit empilage (12) et d'enlever lesdits films ( 11) plastiques fins de dégagement, d'empiler à nouveau lesdites couches ( 10) imprégnées de résine partiellement cuite sur un gabarit (16) de forme correspondante et d'appliquer une pression suffisante auxdites couches (10) pour les renforcer totalement à une température et pendant une durée telles que la cuisson déflnitive de la résine se produise. 2- Procédé de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température dudit empilage de couches (12) est elevée jusqu'à ce qu'une cuisson seulement partielle de la résine se produise avant la mise en forme de l'empilage de couches (12) selon les formes définies par les gabarits correspondants ( 13,14). 3 - Procédé de fabrication d'un matériau composite selon le revendication I ou 2, caractérisé en ce que l'apppllcatlon de ladite pression auxdltes couches (12) dans le but de les renforcer totalement se fait à une température telle que la cuisson complète de la résine est achevée par le moulage au sac en autoclave. 4 - Procédé de fabrication de matériau composite selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites fibres sont des fibres de carbone. - Procédé de fabrication d'un matériau composite selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résine est une résine d'epoxy. 6 - Procédé de fabrication d'un matériau composite selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit film élastique mince de dégagement ( 11) est constitué d'un polyester. 7 - Procédé de fabrication d'un matériau composite selon une des revendications précédentes, caractérisé en e que les couches imprégnées de résine (10) sont assujetties ensemble après avoir été empilées à nouveau. 8 - Procédé de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites couches imprégnées de résine (10) sont assujetties - ensemble par soudage.