Brevet FR2596431A1 — publié le 19871002

Procédé de fabrication d'une structure tubulaire stratifiée pour le renfort d'une-pièce en matériau composite, et pièce ainsi obtenue La présente invention concerne la fabrication d'une structure tubulaire stratifiée, et plus précisément la fabrication 05 d'une structure comprenant des couches de matériau fibreux qui sont superposées en direction axiale et s'étendent chacune depuis la surface intérieure jusqu'à la surface extérieure de la structure. Le domaine d'application de l'invention est plus particulièrement, mais non exclusivement, la fabrication de 10 structures fibreuses de renfort constituant des préformes pour la réalisation de pièces en matériau composite, par exemple des protections thermiques ablatives pour propulseurs à poudre. Différents procédés sont utilisés pour réaliser des préformes de renfort pour pièces de révolution en matériau 15 composite. Un de ces procédés consiste à empiler des anneaux de matériau fibreux et, éventuellement, à les lier entre eux, par exemple par aiguilletage, pour former une préforme qui est ensuite densifiée pour obtenir la pièce de révolution désirée. Ce procédé 20 est utilisable pour réaliser des pièces de relativement faible épaisseur, comme des disques de frein, mais n'est plus adapté lorsque les pièces à réaliser ont une dimension axiale plus grande. Un autre procédé consiste à bobiner sur un mandrin des fils, rubans ou bandes de matériau fibreux en couches superposées. 25 Les couches peuvent être liées entre elles de différentes façons, par exemple par aiguilletage ou couture, ou encore au moyen de picots qui sont implantés à la surface du mandrin soit pour constituer eux-mêmes des éléments de liaison radiaux, soit pour réserver le passage à des éléments de renfort radiaux mis en place 30 après bobinage. Par rapport à ce dernier procédé, la présente invention a pour but de fournir un nouveau procédé qui permette également de réaliser des pièces ayant toute dimension axiale désirée, mais tout en apportant une résistance accrue à l'ablation en particulier 35 lorsque les pièces sont soumises à des écoulements gazeux à haute température. Ce but est atteint au moyen d'un procédé selon lequel, conformément à l'invention, on utilise une tresse tubulaire et on replie sa paroi sur elle-même pour former des ondulations ou replis 05 qui constituent les couches de matériau fibreux superposées en direction axiale. Grâce à la déformabilité de la tresse, il est possible d'obtenir une structure dans laquelle les couches peuvent avoir toute orientation désirée par rapport à l'axe de la structure. En io particulier, dans le cas d'une application à la fabrication de protections thermiques composites, la résistance à l'ablation peut être améliorée par une orientation à "lisse-poil" des fibres par rapport à l'écoulement gazeux. De plus, dans chaque ondulation, ou repli, les fibres 15 s'éendent depuis l'intérieur jusqu'à l'extérieur de la structure tubulaire. Ainsi, même si la partie interne de la structure se dégrade sous l'action d'un écoulement gazeux intense à haute température, la partie froide externe des fibres reste bien ancrée et l'orientation des fibres favorise l'évacuation des gaz de 20 pyrolyse provenant de la dégradation de la partie interne sans délaminer la structure. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après à titre indicatif mais non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue très schématique d'une tresse utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et - la figure 2 illustre très schématiquement la formation d'une structure tubulaire au moyen d'une tresse telle que celle de la figure 1. La figure 1 illustre une tresse tubulaire 10 constituant le produit de départ pour la fabrication d'une structure suivant le procédé de l'invention. Comme le montre la figure 2, la structure 11 est réalisée en repliant la tresse sur elle-même par translation suivant son axe (flèches F) pour former des 35 ondulations ou replis 12. Ces derniers sont appliqués les uns sur les autres et forment des couches qui sont superposées en direction axiale et s'étendent chacune depuis la surface intérieure jusqu'à la surface extérieure de la structure 11. Dans l'exemple illustré, les replis 12 sont disposés en 05 biais, c'est-àdire en formant par rapport à l'axe 13 de la structure 11 un angle a compris entre quelques degrés et 90 . L'amplitude des ondulations ou replis 12 détermine, avec l'angle a, l'épaisseur e de la structure 11, c'est-à-dire -la distance entre surface intérieure et surface extérieure. Suivant les propriétés géométriques de la tresse (diamètre, angles formant entre elles les mèches constitutives de la tresse,...) et en profitant de ses capacités de déformation, il est possible d'obtenir une structure dans laquelle l'angle a et l'épaisseur e peuvent être réglés à volonté. En particulier, 15 l'angle a pourra être égal à 90 , c'est-à- dire avec des replis 12 perpendiculaires à l'axe 13. Le procédé selon l'invention s'applique à l'élaboration de structures tubulaires dont la section droite n'est pas obligatoirement circulaire, et dont le lieu du centre de gravité de 20 la section droite n'est pas nécessairement rectiligne. On pourra également, le long de l'axe de la structure 11, faire varier l'épaisseur e en modifiant l'amplitude et/ou l'inclinaison des replis 12. Comme déjà indiqué, l'invention vise plus particulièrement la fabrication de structures tubulaires constituant des préformes de renfort fibreuses pour réaliser des pièces en matériau composite, notamment des pièces ablatives. Le matériau constitutif de la tresse tubulaire 10 est choisi en fonction de l'application envisagée pour la structure. 30 S'agissant de renfort pour pièce composite destinée à être soumise à des contraintes thermiques élevées, on choisira une tresse réalisée à partir de fibres réfractaires ou de précurseurs de celles-ci, par exemple une tresse en fibres PAN (polyacrylonitrile) préoxydé, précurseur du carbone. La tresse est 35 fabriquée à partir des fibres choisies par tout procédé textile connu pour la réalisation de tresses tubulaires. Après repliage de la tresse sur elle-même, la structure tubulaire obtenue peut être renforcée, par exemple en étant soumise à une opération d'aiguilletage en direction transversale; 05 par rapport aux replis 11. Ensuite, pour obtenir la pièce composite désirée, la structure est densifiée par dépôt à coeur d'un matériau formant matrice, par exemple une résine thermodurcissable, du carbone ou un autre matériau réfractaire, par exemple du type céramique. Divers procédés de densification 10 peuventetre utilisés, par exemple l'infiltration chimique en phase vapeur, ou l'imprégnation liquide suivie d'un traitement thermique,ou encore une infiltration précédée d'une pré-imprégnation. Le matériau constitutif de la matrice, comme celui constitutif de la structure de renfort, est choisi en 15 fonction de l'application envisagée. Il pourra s'agir de résine, de carbone pyrolytique ou d'un autre matériau réfractaire tel que le carbure de silicium, déposé en phase vapeur suivant une technique maintenant bien maîtrisée. La structure obtenue selon l'invention est bien adaptée à 20 la réalisation de protections thermiques, notamment pour rallonges arrière de propulseurs à poudre car la résistance à l'ablation causée par l'écoulement des gaz de combustion à haute température peut être sensiblement accrue grâce à une orientation à "lisse-poil" des replis 12 et donc des fibres de la structure 11. 25 De plus, dans chaque repli 12, les fibres partent de la surface intérieure de la structure et s'étendent jusqu'à la surface extérieure. Ainsi, lorsque la partie chaude interne de la structure se dégrade sous l'effet de l'écoulement des gaz chauds, les fibres situées dans cette partie restent bien ancrées dans la 30 partie froide externe et les gaz de pyrolyse peuvent facilement s'évacuer vers l'intérieur du tube sans compromettre sa tenue. Bien entendu, le procédé selon l'invention n'est pas limité à la réalisation de structures de renfort pour pièces composites ablatives mais peut s'appliquer dans tous les cas o 35 une structure tubulaire de renfort doit être réalisée, dans la mesure o la tresse tubulaire nécessaire peut être fabriquée. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une structure tubulaire stratifiée comprenant des couches de matériau fibreux qui sont superposées en direction axiale et s'étendent chacune depuis la 05 surface intérieure jusqu'à la surface extérieure de la structure, caractérisé en ce que l'on utilise une tresse tubulaire et on replie sa paroi sur elle-même pour former des ondulations ou replis qui constituent lesdites couches de matériau fibreux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les replis sont disposés en biais par rapport à l'axe de la structure. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que l'on fait varier les replis le long de l'axe de la structure pour donner à celle-ci une épaisseur variable. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la structure est renforcée par aiguilletage. 5. Pièce composite comprenant une structure de renfort tubulaire fibreuse densifiée par une matrice, caractérisée en ce que la structure de renfort est constituée par une tresse 20 tubulaire en matériau fibreux dont la paroi est repliée sur elle-même pour former des ondulations ou replis qui constituent des couches de matériau fibreux superposées en direction axiale et s'étendant chacune de la surface intérieure à la surface extérieure de la structure de renfort. 6. Pièce composite selon la revendication 5, caractérisée en ce que la structure tubulaire fibreuse est renforcée par aiguilletage. 7. Pièce composite selon l'une quelconque des revendications et 6, formant protection thermique ablative destinée à être 30 soumise à un écoulement gazeux à haute température, caractérisée en ce que les replis de la structure tubulaire sont orientés en biais par rapport à l'axe de la structure, à lisse-poil par rapport à l'écoulement gazeux.