Brevet FR2574341A1 — publié le 19860613

Perfectionnements aux procédés et dispositifs de fabrica- tion des coques et pièces minces analogues et aux pièces ainsi fabriquées. L'invention concerne la fabrication des pièces min- ces du genre des coques qui sont constituées en un matériau "composite", c'est-a-dire composées d'une part de feuilles en tissu de verre ou analogue imprégné de résine et d'autre part d'éléments de remplissage tels que des pains de mousse ou des blocs de bois. Les pièces minces en question seront appelées "coques" dans la suite pour clarifier l'exposé, mais à ti- tre bien entendu non limitatif. Dans les modes de fabrication connus de ces coques, on commence par mettre en place les différents composants de la coque contre la-surface intérieure d'un moule de mise en forme, puis on porte l'ensemble de ce moule et de son garnissage dans un four ou autoclave à une température suf- fisante pour ramollir la résine sans la liquéfier totalement de façon à assembler définitivement entre eux les différents composants. Une telle fabrication n'est envisageable que pour des coques relativement petites telles que celles des canots ou dériveurs. pour les coques de grande longueur, les di- mensions des fours de chauffage correspondants seraient prohibitives et il ne serait plus possible de conduire la chauffe de façon à obtenir une température rigoureusement égale sur toute la surface de la coque, comme il est requis pour éviter à la fois les coulages locaux et les insuffisan- ces de cuisson locales. L'invention a pour but, surtout, d'écarter cet in- convénient et de rendre donc possible la fabrication de co- ques en matériau composite de grandes dimensions, et en par- ticulier celle de coques de bateaux de longueur supérieure à 10 mètres, cette longueur pouvant même atteindre et dépas- ser 50 mètres. A cet effet les procédés de fabrication de coques selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce que l'on engendre les calories nécessaires au chauffage de la coque en cours de formation par l'intermédiaire de cou- ches électriquement chauffantes placées directement au con- tact de la surface extérieure et de la surface intérieure de cette coque. Les dispositifs de fabrication selon l'invention sont essentiellement caractérisés, quant à eux, en ce qu'ils comprennent un moule extérieur délimité intérieurement par - une couche électriquement chauffante propre à recevoir join- tivement la coque à fabriquer, un contre-moule intérieur délimité extérieurement par une couche électriquement chauf- fante propre à être placée jointivement à l'intérieur de la coque, et des moyens pour alimenter en courant électrique les- dites couches chauffantes. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - les couches électriquement chauffantes sont cons- tituées par des bandes métalliques minces disposées entre deux feuilles de tissu de verre ou analogue imprégné de ré- sine, - les bandes métalliques sont prévues autocollantes sur l'une de leurs faces, - les bandes métalliques sont parallèles et reliées électriquement entre elles en série selon un zigzag, - les bandes métalliques sont en plomb et présentent une largeur comprise entre 10 et 50 mm et une épaisseur com- prise entre 0,1 et 0,5 mm, - le contre-moule comprend une membrane étanche dont les bords sont recourbés de façon à envelopper la coque à fabriquer et sont assemblés de façon étanche sur le bord d'une pièce étanche constitutive du moule ou s'étendant à proximité de la face interne de ce moule de façon à former une poche déformable étanche contenant la coque et les deux feuilles chauffantes, et des moyens sont prévus pour faire régner une dépression dans ladite poche de façon à plaquer fortement les deux feuilles chauffantes contre la coque, - la coque comporte, parmi Ses composants, des in- serts présentant des portions en saillie susceptibles de former des amorces en attente pour des cloisons ou planchers, inserts constitués de préférence en des matériaux non mé- talliques tels que bois, résine, fibre de verre et mousse, - le moule est composé de deux moitiés symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan vertical longitudi- nal, moitiés montées de façon à pouvoir être écartées ho- rizontalement l'une de l'autre perpendiculairement audit plan, ce pour quoi elles sont de préférence montées sur des roulettes propres à rouler sur des rails transver- saux, - chaque moitié selon l'alinéa précédent est composée de plusieurs tronçons mobiles transversalement et juxtaposés longitudinalement les uns contre les autres lors de la fa- brication de la coque, chaque ensemble de deux tronçons dis- posés transversalement en regard l'un de l'autre étant lui- même monté de préférence de façon à pouvoir se déplacer longitudinalement par rapport aux autres ensembles, ce pour quoi il est monté sur des roulettes propres à rouler sur des rails longitudinaux. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicite- ment question ci-après. Dans ce qui suit l'or. va décrire un mode de réali- sation préféré de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ces dessins, montre en coupe trans- versale partielle schématique l'ensemble d'un moule, d'une coque et d'un contre-moule établi selon l'invention, ladite coque étant celle d'un bateau de grande longueur. La figure 2 montre à plus grande échelle en coupe partielle l'une des feuilles chauffantes de cet ensemble. La figure 3 montre comment sont raccordées entre elles les bandes constituant l'élément chauffant d'une telle feuille. Les figures 4 et 5 montrent respectivement en vue latérale et en bout une portion du moule. On se propose de fabriquer une coque 1 de bateau de grande longueur, par exemple de longueur supérieure à mètres, constituée en "composite". Un tel composite comprend: - des blocs rigides ou semi-rigides 2 constitués en un matériau léger non métallique qui peut être du bois, des particules agglomérées, mais est de préférence une mousse de polyuréthane, - et des feuilles 3 en tissu de verre ou analogue imprégné de résine ou en résine armée par des fibres ou fils de verre ou analogue. Dans le mode de réalisation préféré illustré les blocs 2 en question sont des pains prismatiques de section trapézo!dale enveloppées individuellement par des feuilles 3 telles que définies ci-dessus, ces pains sont juxta- posées côte à cote le long de leurs faces latérales et l'ensemble est inséré entre deux feuilles 3 parallèles du type ci-dessus. L'épaisseur de la coque 1 est de l'ordre de 5 cm pour une longueur de l'ordre de 30 mètres. - Comme il est connu pour des pièces de petites dimen- sions, la fabrication en question consiste: - à former des panneaux continus avec les composants (pains et feuilles) du composite en drapant les pains par les feuilles, - à tapisser avec ces panneaux les parois intérieu- res d'un moule de soutien et de mise en forme, - et à chauffer l'ébauche ou "coque crue" ainsi constituée de façon à ramollir la résine mais non à la li- quéfier, les différents composants étant ainsi soudés entre eux et formant après refroidissement et démoulage une coque continue rigide étanche et indéformable. Dans le présent cas, les calories nécessaires au chauffage de l'ébauche sont apportées à celle-ci, non plus par mise en place de l'ensemble mouleébauche à l'intérieur d'un four chauffé, mais par apport direct de calories con- tre les deux faces de ladite ébauche à l'aide de couches électriquement chauffantes 4 appliquées jointivement contre ces deux faces. Les couches 4 peuvent être de toutes natures désira- bles et comporter des éléments de chauffage électrique de toutes natures, formes et dimensions désirables susceptibles d'engendrer des calories par leur alimentation électrique. Dans les modes de réalisation préférés illustrés, les couches 4 sont des feuilles garnies de résistances élec- triques susceptibles d'engendrer des calories par effet Joule. Ces résistances sont constituées par des bandes pla- tes 5 en plomb présentant une largeur comprise entre 10 et mm, de préférence de l'ordre de 25 mm et une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5 mm, de préférence de l'ordre de 0,2 mm. - Ces bandes 5 s'étendent horizontalement parallèle- ment les unes aux autres, avec un-écart mutuel qui est de l'ordre de la moitié de leur largeur et elles sont raccor- dées entre elles en série à leurs extrémités selon un zigzag. Chaque raccord est avantageusement obtenu par dou- ble pliage de la bande à 90 , ainsi que visible en 51 sur la figure 3. Les bandes 5 sont insérées entre deux feuilles min- ces 6 (fig.2) constituées chacune par un tissu de verre ou analogue noyé dans une résine, lesdites feuilles 6 étant collées l'une contre l'autre. La feuille chauffante. formée. 4, dont l'épaisseur est notamment de l'ordre de 3 mm, est résistante aux tempé- ratures mises en jeu lors des moulages et de préférence perméable aux vapeurs et liquides. La résine qui constitue les feuilles 6 peut être à cet effet une résine d'outillage polymérisable & froid avec durcisseur. Pour faciliter la mise en place de chaque bande 5 entre les feuilles 6 qui.l'enserrent, on rend avantageuse- ment l'une des faces de cette bande autocollante par un revêtement approprié. Cette mesure permet d'appliquer très facilement la bande 5 sur l'une des feuilles 6 et, pour compléter la feuille chauffante stratifiée 4, il suffit de rapporter par collage la seconde feuille 6 contre la face, de la première, qui est revêtue de la bande 5. Pour pouvoir appliquer respectivement deux telles feuilles chauffantes 4 contre les deux faces de la coque 1, on délimite: - avec la première feuille-chauffante 4, la face interne d'un moule de-mise en forme 7 destiné à recevoir ladite coque, - et avec la seconde feuille chauffante 4, la face externe d'un contre-moule 8 destiné à être placé contre la face interne de ladite coque. Le moule 7 comprend successivement, depuis l'exté- rieur: - une charpente 9 supportant une série de couples transversaux 10 en contre-plaqué, couples dont les formes évoluent en fonction de la forme désirée pour la coque à mouler, - des lisses longitudinales en bois 11 disposées horizontalement sur les couples 10, - et deux feuilles 12 et 13 de mousse, notamment en polyuréthane, dont la première, 12, est collée contre les lisses 11 et dont la seconde, 13, est collée contre la pre- mière 12. C'est contre la seconde feuille en mousse 13 qu'est appliquée la première feuille chauffante 4 délimitant la face interne du moule. Le contre-moule comprend, quant à lui, rapportés successivement contre la face interne de la coque 1: - la seconde feuille électriquement chauffante 4 définie ci-dessus, - un tissu de drainage 14 propre à absorber les sol- vants ou autres liquides qui s'échappent de la coque 1 lors de son chauffage, - une membrane 15 imperméable à l'air, notammenten une matière plastique telle que le polyéthylene haute pres- sion, - et une couche de revêtement en isolant thermique 16, par exemple en laine de roche ou de verre. La membrane 15 est prolongée à sa périphérie par des bords rabattus 17 qui enveloppent la coque 1! et qui sont assembles de manière étanche contre le pourtour du moule. Le but de cet assemblage est de réaliser une poche déformable étanche contenant à la fois la coque 1 et les deux feuilles chauffantes 4. La mise sous vide du volume intérieur à ladite poche à travers une conduite 18 se traduit alors par une réduction maximum du volume de cette poche et, par suite, par une for- te application de chaque feuille chauffante 4 contre la co- que 1 selon l'effet dit de "pelli-placage". La réalisation de la poche dont il vient d'être ques- tion suppose que le moule est lui-même étanche à l'air, ce qui est ici le cas lorsque les mousses constitutives des feuilles 12 et 13 ont une porosité fermée. Si ce n'est pas le cas, on fait comprendre également au moule une membrane étanche à l'air sur le bord de laquelle est assemblé le bord de la membrane 15. Sur la figure 1, on voit encore que la coque à fabri- quer comprend, en plus de ses portions courantes relativement minces à faces parallèles, des inserts 19 présentant des portions 20 en saillie vers l'intérieur de la coque, por- tions destinées à constituer ultérieurement des attentes pour des cloisons ou planchers ou des raidisseurs. Ces inserts sont constitués en des matériaux non métalliques, de préférence à l'aide de pièces en mousse et/ou en bois et de tissus de verre ou analogue imprégné de résine. Comme bien visible sur la figure 1, lesdits inserts 19 sont enveloppés sur toute leur étendue par les différentes feuilles constitutives du contre-moule 8, et en particulier par la feuille chauffante 4 et la membrane 15 constitutives de ce contre-moule. Pour ce qui est du moule lui-même, pour faciliter le démoulage, on le constitue de préférence en deux moitiés 71,' 72 symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan vertical longitudinal P, chaque moitié pouvant être écartée ou rapprochée de l'autre selon une direction perpendicu- laire au plan P en étant à cet effet portée par un châssis 21 lui-même monté sur des roulettes 22 propres à rouler sur des rails transversaux 23. - Chaque moitié peut elle-même être décomposée en une pluralité de tronçons distincts tels que 711, 712 (figure 4) qui sont juxtaposés longitudinalement lors de la fabrication de la coque mais dont les déplacements transversaux confor- mes à ce qui vient d'être exposé peuvent être conduits in- dépendamment les uns des autres. Cette mesure facilite encore le démoulage. Enfin, chaque ensemble de deux tronçons symétriques l'un de l'autre par rapport au plan P peut être monté de façon à pouvoir se déplacer longitudinalement indépendam- ment des autres ensembles analogues parallèlement au plan P, cet ensemble étant à cet effet monté globalement, y compris ses chassis 21, roulettes 22 et rails 23, sur un châssis 24 monté à son tour sur des roulettes 25 propres à rouler sur des rails longitudinaux 26. Cette liberté de déplacement supplémentaire facilite la préparation des différentes portions de l'ensemble moule- coque - contre-moule. Ceci étant, la fabrication d'une-coque met en oeuvre les opérations suivantes, après exécution du moule 7 propre- ment dit: - on place sur la face interne de ce moule 7 la pre- mière feuille chauffante 4 et une couche de démoulage (par exemple épaisse de quelques 1/100 de mm et constituée en le - produit diffusé sous l'appellation MOLD WIZ F 57 par la Société STURGE), - on met en place sur cette feuille 4 ainsi revêtue l'ébauche de coque 1 en composite, y compris ses attentes 19, - on revêt intérieurement cette ébauche, avec encore interposition d'une couche de démoulage du genre de la pré- cédente, par la seconde feuille chauffante 4, puis par le tissu de drainage 14 et par la membrane 15 et enfin par la couche d'isolation thermique 16, - on assemble les bords de la membrane 15 sur le moule 7 de façon à réaliser la poche à Vide, - on fait le vide dans cette poche à travers la conduite 18, notamment en y appliquant une dépression de l'ordre de 0,2 à 0,3 bars, - on alimente les feuilles électriquement chauffan- tes 4 en courant électrique à partir d'une source S de fa- çon à faire croître progressivement et de façon uniforme la température de l'ébauche de coque jusqu'à une valeur maximum donnée, - on maintient l'ensemble chauffé à sa température maximum pendant une certaine durée comprise entre 12 et 24 heures, - on laisse refroidir l'ensemble et on procède au démoulage. Dans des modes de réalisation particulièrement avan- tageux, la température maximum est de l'ordre de 1200 et est atteinte par paliers au terme d'une période de l'ordre de 8 à 9 heures. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réali- sation adopté, on dispose finalement d'un procédé et d'un dispositif de fabrication de coques permettant la réalisa- tion de coques de grandesdimensions dans d'excellentes conditions. Comme il va de soi, et conmme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement-envisages; elle en embrasse, au con- traire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de coques en composite, selon lequel on met en place la coque crue (1) dans un moule de mise en forme et on la chauffe à une température suffisante pour la cuire, caractérisé en ce que l'on engen- dre les calories nécessaires au chauffage de la coque en cours de formation par l'intermédiaire de couches électri- quement chauffantes (4) placées directement au contact de la surface extérieure et de la surface intérieure de cette coque (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on plaque fermement les couches électriquement chauffantes (4) contre les surfaces extérieure et intérieu- re de la coque (1) en appliquant une dépression dans une poche déformable qui enveloppe cette coque et ces couches. 3. Dispositif pour fabriquer une coque en composite par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un moule extérieur (7) délimité intérieurement par une couche électriquement chauffante (4) propre à recevoir jointivement la coque à fabriquer (1), un contre-moule intérieur (8) délimité exté- rieurement par une couche électriquement chauffante (4) propre à être placée jointivement à l'intérieur de la coque et des moyens (S) pour alimenter en courant électrique les- dites couches chauffantes (4). 4. Dispositif de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que les couches électriquement chauf- fantes (4) sont constituées par des bandes métalliques min- ces (5) disposées entre deux feuilles (6) de tissu de verre ou analogue imprégné de résine. 5. Dispositif de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce, que les bandes métalliques (5) sont prévues autocollantes sur l'une de leurs faces. 6. Dispositif de fabrication selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les bandes métalliques (5) sont parallèles et reliées électriquement entre elles en série selon un zigzag. 7. Dispositif de fabrication selon l'une quelconque des revendications 4, 5 et 6, caractérisé en ce que les bandes métalliques (5) sont en plomb et présentent une lar- geur comprise entre 10 et 50 mm et une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5 mm. 8. Dispositif de fabrication selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le contre-moule (8) comprend une membrane étanche (15) dont les bords (17) sont recourbés de façoh à envelopper la coque à fabriquer (1) et sont assemblés de façon étanche sur le bord d'une pièce étanche constitutive du moule ou s'éten- dans à proximité de la face interne de ce moule de façon à former une poche déformable étanche contenant la coque (1) et les deux feuilles chauffantes (4), et en ce que des moyens (18) sont prévus pour faire régner une dépression dans ladite poche de façon à plaquer fortement les deux feuilles chauffantes contre la coque. 9. Dispositif de fabrication selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le moule est composé de deux moitiés (71, 72) symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan vertical longitudi- nal (P), moitiés montées de façon à pouvoir être écartées horizontalement l'une de l'autre perpendiculairement audit plan, ce pour quoi elles sont de préférence montées sur des roulettes (22) propres à rouler sur des rails transversaux (23). 10. Dispositif de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque moitié de moule est compo- sée de plusieurs tronçons mobiles transversalement et juxta- posés longitudinalement les uns contre les autres lors de la fabrication de la coque, chaque ensemble de deux tron- çons disposés transversalement en regard l'un de l'autre étant lui-même monté de préférence de façon à pouvoir se déplacer longitudinalement par rapport aux autres ensembles, ce pour quoi il est monté sur des roulettes (25) propres à rouler sur des rails longitudinaux (26).