Brevet FR2576250A1 — publié le 19860725

"Elément de renforcement pour matériaux composites tels que portes de caravane de camping, réservoirs ou autres L'invention concerne un élément de renforcement pour des matériaux composites qui sont fabriqués par le procédé d'injection sous vide (VI). Il est connu que l'on peut fabriquer des séries, petites et moyennes, de pièces de construction par le procédé d'injection sous vide. Il est, d'autre part, connu que l'on peut fabriquer des stratifiés à parois minces ou épaisses et des pièces en sandwich. Il est particulière- ment économique de fabriquer des pièces de construction en sandwich en polyester et en polyuréthane par le procédé d'injection sous vide. On utilise ici comme produits de départ de la mousse de polyuréthane, des résines de poly- ester fluides, ou d'autres résines synthétiques et des nappes non tissées de fibres de verre continues comme matériau de renforcement. Ce qui est répandu le plus largement est l'utilisation de nappes de fibres continues comme matériau de renforcement, ces nappes présentant une bonne perméabilité à la résine, de même qu'en raison de leur structure, elles excluent la séparation des fibres par flottation. Si ces nappes ou mattes sont trop forte- ment compactées, s'il s'agit, par exemple, de nappes de fibres de verre empilées avec un liant, il faut poser une garniture supplémentaire perméable à la résine, une toile d'emballage par exemple, o il faut pratiquer dans le noyau de mousse des conduits supplémentaires pour le passage de la résine. I1 est aussi connu d'après les documents DE-OS 19 59 151 et DE-OS 20 12 733, que l'on peut utiliser les fibres de renforcement sous la forme de matières tricotées ou travaillées en mailles. On connait, d'autre part, l'utilisation de nappes de fibres de sisal volumineuses comme matériaux de renforcement et, en même temps, comme nappe permettant le passage. On fabrique, de préférence, par le procédé d'injection sous vides, des pièces de construction ne présentant aucune structuration, des planches de "SURF" par exemple. Pour les pièces de construction en sandwich qui sont destinées principalement à des garnitures et à l'iso- lation et qui sont, par suite, moins soumises à des con- traintes mécaniques, le problème principal est d'arriver à une épaisseur de paroi uniforme la plus mince possible, car cette qualité a des effets importants sur le poids, la stabilité de la forme, la valeur à l'usage, la qualité de surface et le coût. La recherche d'une solution à ce problème intéresse particulièrement la construction des carrosseries. La continuation de la pénétration du procédé d'injection sous vide, que l'on peut mécaniser fortement, dans la construction des carrosseries, par exemple, dans les caravanes de camping est gênée par les exigences qui s'opposent réciproquement de la valeur d'usage et des possibilités de fabrication. La recherche de pièces de construction en sandwich légères, à double courbure, avec des insertions relativement importantes de noyaux en mousse, bute sur les limites des possibilités de fabrication en sandwich, avec des couches de recouvrement minces, par le procédé d'injection sous vide, car les mattes de fibres sans fin permettent seulement la fabrication de parois d'une épaisseur relativement grande et doivent, sans exception, être posées à la main dans les moules. Tous les matériaux de renforcement connus jusqu'ici empêchent de tirer complètement parti du procédé d'injection sous vide pour la fabrication industrielle, en particulier pour la fabrication d'éléments en sandwich en polyester, polyuréthane à double courbure, pour les motifs indiqués ci- après: Comme nappes emboutissables, on connait seule- ment les nappes ou mattes de fibres sans fin, ainsi que les étoffes tricotées et avec certaines réserves les étoffes travaillées en mailles. Avec des nappes de fibres sans fin, on ne peut réaliser en raison de leur construction que des stratifiés d'une épaisseur de 3 mm et plus. Dans des zones o se pro- duisent des déformations partielles importantes, les nappes ou mattes de fibres sans fin s'étirent en un petit nombre de groupes de fibres et perdent, par suite, en ces empla- cements, leur action de renforcement. Les pièces construites en sandwich avec des nappes ou mattes de fibres sans fin sont, par suite, relativement lourdes, quelquefois aussi en liaison avec un revêtement avec un gel ou une nappe de surface, car de ce fait, l'épaisseur du stratifié sera encore augmentée. Les nappes de fibres continues, les étoffes tricotées ou travaillées en mailles, ainsi que les pièces formant des surfaces de fibres de verre plus minces qui ne se prêtent pas à l'emboutissage, telles que, par exemple, les empilages de nappes de fibres de verre comportnat un liant, et les produits "Malimo" marque déposée doivent être adaptées, par des nombreuses découpes précises aux corps de mousse à double courbure, Les emplacements des superpositions, qui se forment alors, forment des canaux dans lesquels la résine pénètre plus rapidement, et provoque la formation d'ilots qui ne sont pas imprégnés. Il est alors nécessaire de procéder à des retouches qui diminuent la qualité et sont onereuses. La pose à la main de la matière de renforcement dans le moule et le revêtement du noyau de mousse avec le matériau de renforcement demandent beaucoup de soins, car ils doivent être sans lacune et exempts de plis. Les bords demandent un soin particulier, o il ne doit se trouver ni excès, ni manque de matière. C'est dans cette phase que la qualité ultérieure de la matière composite est fixée. Cette étape du travail prend beaucoup de temps et prolonge la durée d'occupation du moule aux dépens de l'opération d'inJection sous vide proprement dite. Les matériaux de renforcement actuels ont, en outre, l'inconvénient qu'ils nécessitent une mise en oeuvre de matières qui techniquement n'obéissent pas à des règles strictes. D'autre part, il est connu que l'on peut fabri- que des corps creux fermés à partir de matière plastique renforcée avec des fibres de verres. On monte, par exemple, des réservoirs sur des pièces moulées, ou-les enroule suivant différents procédés. On fait ici une différence entre les réservoirs de stockage ou de transport, sans pression, et les réservoirs sous pression. Les réservoirs sous pression sont fabriqués par le procédé par enroule- ment d'un fil. Les corps creux fermés en matière plastique renforcée de fibres de verre prennent de plus en plus d'importance comme éléments légers de construction por- tants. Suivant les exigences mécaniques, ils seront rigidifiés en partie par des anneaux et/ou des longueurs ou dans d'autres zones, seront réalisés en sandwich. Des corps creux connus sont, par exemple, des réservoirs qui sont établis par montage à partir-de deux moitiés de la construction. L'inconvénient de ces corps creux fermés est qu'on ne peut les fabriquer que par montage de parties de moule, o, comme il est décrit, les emplacements des jonctions sont les points faibles. But de l'invention. L'invention a pour objet de proposer un élément de renforcement exigeant peu de matière qui permette de donner au procédé d'injection sous vide une forme plus rationnelle et qui permette de diminuer la quantité de matière mise en oeuvre dans ce procédé. Le but de l'invention est de proposer un élément de renforcement au moins partiellement emboutissable pour des matériaux composites qui permette la fabrication, avec des formes compliquées, d'un stratifié plus mince, suffi- samment solide. Ce résultat est obtenu au moyen d'un élément de renforcement pour matériaux composites qui, suivant l'invention est constitué d'au moins un produit textile confectionné, au moins partiellement emboutissable. Ce produit textile est fait d'au moins une pièce et est tendu sur au moins un noyau sur lequel il s'applique étroitement de tous cstés. Il y a avantage à ce que le produit textile emboutissable, confectionné, soit un tricot ou un produit travaillé en maille. Comme matière pour le prodtit confectionné, em- boutissable, on se sert de préférence de fibres chimiques telles que polyamides, polyester et/ou fibres de verre. Dans un lit, l'élément de renforcement est constitué d'au moins un produit textile confectionné, au moins partiellement emboutissable. Grâce à la faiblesse de l'épaisseur de l'élément de renforcement, il est aussi possible de le disposer en plusieurs lits. D'autre part, l'élément de renforcement peut être constitué de plusieurs lits faits de matières sembla- bles ou différentes. Le noyau sur lequel l'élément de renforcement est tendu peut être généralement un bloc de mousse. On a toutefois aussi constaté que l'on peut fabriquer des matériaux composites avec un corps creux comme noyau, par exemple un sac de polyéthylène gonflé. L'invention assure la fabrication de matériaux composites extrêmement légers, tout en offrant une soli- dité suffisante et est extrêmement avantageuse au point de vue de l'économie de matière et permet d'organiser d'une façon plus rationnelle le procédé d'injection par le vide, l'élément de renforcement étant confectionné au préalable en dehors du moule dans un poste de travail spécial. Dans ce travail de préparation préalable, on peut faire intervenir les formes les plus compliquées, au moyen d'un travail de rapprochement, d'un accessoire ad hoc, d'une soudure partielle, d'un collage ou agrafage. Les durées d'occupation du moule seront par suite fortement réduites. La grande aptitude à l'emboutissage, en particu- lier des objets tricotés confectionnés permet de multi- plier les formes des éléments de construction en matériaux composites. Ainsi, par exemple, des renforcements brusques auxquels ne se prête pas le procédé d'injection sous vide dans une surface, ou des rayons très faibles pourront être façonnés dans ces conditions. D'autres possibilités de réalisation de l'élé- ment de renforcement consistent dans le choix des fils, des mailles et dans le poids par unité de surface. Grâce aux possibilités d'extension tri-dimension- nelles de l'élément de renforcement suivant l'invention, qui s'offre aussi bien dans la zone macrogéométrique que dans la zone microgéométrique, on obtiendra une perméabi- lité à la résine qu'il sera difficile de dépasser. La mise en oeuvre de l'élément de renforcement suivant l'invention dans la fabrication des corps creux permet d'arriver à une technologique entièrement nouvelle pour ces produits. Exemples de réalisation. Premier exemple: Fabrication d'une porte de caravane de camping. Comme matière de départ pour l'élément de ren- forcement emboutissable, on se sert de "Wolpryla" marque déposée. Le façonnage est exécuté sur une machine à tri- coter rectiligne à moteur. La machine est réglée pour une formation de mailles droite-droite. La résistance des mailles correspond à la résis- tance connue d'après l'industrie du vêtement. Le poids superficiel du tricot produit se monte à 280 g/m2. La matière produite au mètre est coupée en pièces suivant un pochoir. La coupe se fait en grandes quantités sous forme de surface déroulée de la pièce finie, en tenant compte de réserves éventuelles et de déformations importantes (ouvertures ou piqGres). La couture des pièces de l'élément de renforce- ment se fait sur une machine à coudre à trois fils, à surjet. Au cours de la -coupe et de la couture, on devra veiller à placer l'ouverture nécessaire pour l'introduction ultérieure du noyau de mousse en un endroit qui permette de fermer ensuite facilement l'élément de renforcement. La fermeture de l'élément de renforcement après qu'il a reçu le noyau de mousse s'opère à la main, au moyen de quelques points de couture. Pour de plus grandes ouvertures à l'intérieur des pièces qui seront terminées ensuite (par exemple un regard dans la porte de la caravane) le noyau de mousse sera pourvu d'un évidement, et l'élément de renforcement sera relié après la couture, au moyen d'un adhésif pour textiles à l'endroit voulu qui sera en même temps estampé. Le noyau de mousse, confectionné, ainsi obtenu sera en- suite terminé en une pièce finie. Deuxième exemple: Fabrication d'un réservoir de grandes dimensions, à col relativement étroit. Comme matériau de départ pour l'élément de renforcement, on se servira d'un fil de fibres de verre retors (ES 9 68 tex Z X ZS 100 - T 10 - B 1). Le façonnage s'opère avec plusieurs brins sur une machine à tricoter rectiligne à moteur. La machine sera mise en service pour une formation de maille droite-droite, en veillant parti- culièrement sur les éléments de guidage du fil, pour obtenir un tricotage lâche et très déformable. Le-poids du tricot par unité de surface est de 450 g/m2. La matière produite est coupée en lits suivant un patron. On posera deux lits l'un sur l'autre en les décalant, et les coudra avec une machine à point noué. Les lits ainsi bâtis seront cousus en forme de sac. Du fait que les lits sont posés l'un sur l'autre avec un décalage, on arrive à ce que la couture qui donne la forme ne prend que deux épaisseurs et qu'il ne se forme aucune couture rigide. On introduit dans cet élément de renforcement à deux lits, un ballon en caoutchouc gon- flable auquel est fixé un tuyau. Le ballon de caoutchouc est légèrement gonflé, et on tire sur lui, sans faire de pli, l'élément de renforcement. On amène ensuite l'ensemble dans un moule. On portera une attention particulière sur les zones des bords du moule pour qu'il ne se produise aucun pincement entre les moitiés du moule. On gonfle alors le ballon en caoutchouc au moyen du tuyau passant à l'extérieur en un point étanche à l'air, à travers le moule. L'élément de renforcement s'applique alors exac- tement sur la paroi intérieure du moule. La pression dans le ballon en caoutchouc doit être accordée à la dépression utilisée au cours de l'opé- ration (Pression dans le sac-de feuille = 133,32 Pa.103. Dépression = 399,96 Pa.102 Pa dans le moule). On exécute alors l'opération sous vide connue. Le ballon en caoutchouc est ensuite retiré de la pièce finie, et éventuellement, utilisé d'autres fois. Il peut toutefois aussi être laissé dans la partie finie. RE V E N D I C A T IO N S 1 ) Elément de renforcement pour matériaux composites, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un produit textile confectionné, au moins partiel- lement emboutissable, qu'il correspond par son contour à celui de la pièce à construire, qu'il est constitué d'au moins une pièce, et qu'il est tendu sur au moins un noyau, en entourant étroitement de toutes parts ce dernier en s'y appliquant étroitement. 2 ) Elément de renforcement suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que leproduit textile confec- tionné, emboutissable, est un tricot ou une matière travaillée en mailles. 3 0-) Elément de renforcement suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le produit textile confectionné-, emboutissable, est faite de préférence de fibres chimiques, telles que polyamide, polyester et/ou de fibres de verre. 4 ) Elément de renforcement suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un lit d'un prdouit textile confectionné, emboutissable. ) Elément de renforcement suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs lits d'un produit textile confectionné, emboutissable. 6 ) Elément de renforcement suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il est constitué de lits de matières semblables ou différentes, ou de matières façonnées différemment. 7 ) Elément de renforcement suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le noyau est un corps en mousse et/ou creux. 8 ) Elément de renforcement suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps creux est gonflable. 9 ) Elément de renforcement suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps creux gonflable est un ballon en caoutchouc.