Brevet FR2586966A1 — publié le 19870313

La présente invention a pour objet des structures multi- canaux en matériaux composites,des procédés et des demi-produits pour la fabrication de ces structures. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction de coques ou de panneaux à haute performances mécaniques. On sait que les constructions aéronautiques et navales utilisent des matériaux composites constitués par des structures mul- ticanaux, par exemple des structures en nid d'abeille, qui permettent de réduire le poids, d'avoir une bonne tenue à la corrosion et des bonnes propriétés mécaniques. De telles structures composites multi- canaux sont utilisées par exemple pour construire des cellules d'a- vion ou des coques de bateaux. Les structures multicanaux qui comportent des canaux paral- lèles permettent d'obtenir de bonnes propriétés de résistance mécani- que à des contraintes dirigées parallèlement à l'axe des canaux. Par contre, elles résistent mal à des contraintes ayant d'autres direc- tions. Un des objectifs de la présente invention est de procurer des structures multicanaux enmatériaux composites uipeuvent être composées de plusieurs couches superposées dans lesquelles les di- rections des canaux sont entrecroisées afin de faire correspondre ces directions et donc les lignes de meilleure résistance mécanique du produit fini avec les directions des contraintes qu'il doit supporter. A ce jour, on sait fabriquer des structures multieanaux dans lesquelles tous les canaux ont des directions parallèles mais les procédés connus de fabrication de ces structures ne permettent pas d'obtenir des structures pouvant être mises facilement en forme ou pouvant résister à des contraintes ayant plusieurs directions. Un autre objectif de la présente invention est de faciliter la fabrication de structures multicanaux en matériaux composites. Les objectifs de l'invention sont atteints par un procédé de fabrication de structures multicanaux en matériaux composites qui comporte la suite d'opérations suivantes: - on confectionne un tissu alvéolaire composé de gaines parallèles juxtaposées; - on enfile dans chaque gaine un profilé tubulaire; - on étend sur chaque face dudit tissu alvéolaire une ou plusieurs nappes d'armature; - et on noie ledit tissu alvéolaire et lesdites armatures dans une résine polymérisable que l'on polymérise. L'invention a pour résultat de nouvelles structures multi- canaux en matériaux composites qui sont composées d'un tissu alvéolai- re comportant des gaines parallèles juxtaposées, de tubes qui sont engagés chacun à l'intérieur de l'une desdites gaines, d'une ou plu- sieurs nappes d'armatures placées de part et d'autre dudit tissu alvéolaire contenant lesdits tubes et de résine polymérisée qui en- toure lesdits tubes et dans laquelle ledit tissu alvéolaire et les- dites armatures sont noyées. Un avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait que l'on peut préparer en série et fabriquer mécaniquement des nappes de tissu alvéolaire dont chaque alvéole est garnie d'un tube, les- quelles nappes peuvent être ensuite facilement stockées, transpor- tées, manipulées et mises en place dans des moules et constituent un demi-produit qui facilite la fabrication des structures multicanaux. Un autre avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait que les nappes de tissu alvéolaire, dont chaque alvéole est garnie d'un tube, peuvent être fortement courbées dans le sens trans- versal et légèrement courbées dans le sens longitudinal si les tubes sont souples ou semi-rigides, ce qui permet de confectionner des pan- neaux ou des coques à forte courbure transversale, par exemple des tubes de grand diamètre ou des cellules d'avion et même des surfaces à double courbure présentant un faible rayon de courbure dans le sens transversal aux tubes et un rayon de courbure élevé dans le sens longitudinal. Un autre avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait qu'il permet de réaliser des structures composites multicanaux comportant des couches entrecroisées pour mieux résister à des con- traintes ayant des directions entrecroisées. Les tubes noyés dans la structure peuvent être des tubes armés pultrudés très résistants, qui confèrent à la structure une très bonne résistance dans le sens longitudinal aux tubes. Les nappes d'armature, le tissu alvéolaire et les cloisons de celui-ci confèrent aux structures une bonne résistance mécanique dans les deux directions perpendiculaires aux axes des tubes. Les structures selon l'invention présentent l'avantage que les tubes qui les composent, peuvent être rendus étanches en obturant leurs deux extrémités tandis que les structures multicanaux connues, par exemple les structures en nid d'abeille présentent l'inconvénient que l'eau peut pénétrer dans les canaux, ce qui les rend peu aptes à la construction de coques de bateaux. Les tubes noyes dans la résine permettent d'augmenter le moment d'inertie et la résistance mécanique sans augmenter le poids. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, des exemples de réalisa- tion de structures multicanaux selon l'invention. La figure I est une vue en perspective partielle d'un demi-produit selon l'invention. La figure 2 est une coupe transversale partielle d'une structure multicanaux selon l'invention. La figure 3 est une vue éclatée en perspective d'un deu- xième mode de réalisation d'un demi-produit selon l'invention. La figure 4 est une vue en perspective partielle d'une structure courbe selon l'invention comportant une seule couche de canaux. La figure 5 est une vue en perspective partielle d'une structure courbe selon l'invention comportant deux couches de canaux dont les directions sont entrecroisées. La figure I représente un demi-produit utilisé dans le procédé de fabrication de structures multicanaux selon l'invention. Ce demi-produit comporte un tissu alvéolaire 1, qui est composé de deux nappes de tissu parallèles 2a et 2b, qui sont re- liées entre elles par des cloisons transversales 3 qui définissent avec les deux nappes, des gaines parallèles 4, de section rectangu- laire lorsque le tissu est déployé en tension. Dans chaque gaine est enfilé un profilé tubulaire 5 dont la section transversale correspond sensiblement à celle de la gaine de sorte que celle-ci enveloppe le tube 5. La fonction du tissu alvéolaire 1 est de regrouper les tubes 5 dans un demi-produit en forme de nappe qui peut être faci- lement manipulé. Le tissu alvéolaire I peut être un filet ou, de préférence, un tissu serré composé de fibres du type fibres de verre ou de carbone ou toute autre fibre utilisée pour confectionner des armatures de produits stratifiés. Les profilés tubulaires 5 sont par exemple des tubes pultrudés obtenus par étirage de fibres de verre imprégnées de résine à travers une filière. Ce peut être également des profilés en matière plastique si on ne recherche pas une grande résistance mécanique. - La figure 2 représente une coupe transversale partielle d'une structure multicanaux selon l'invention. On retrouve sur la figure 2 les tubes 5 engages chacun dans une gaine du tissu alvéolaire 1. La structure comporte, en outre, une ou plusieurs nappes d'armatures 6 et 7 représentées en traits mixtes qui sont placées de part et d'autre du tissu alvéolaire 1. Les nappes d'armatures 6, 7 et le tissu alvéolaire I sont noyes dans une résine polymérisable 8 qui est mise en forme dans un moule. La figure 2 représente par exemple un panneau plan. La figure 3 est une vue éclatée en perspective d'un autre mode de réalisation d'un demi-produit selon l'invention. Celui-ci comporte un tissu alvéolaire 9 qui est composé de deux nappes de tissu entrecroisées de façon à délimiter entre elles des gaines parallèles 10 ayant une section en forme de fuseau lorsque le tissu est déployé. Dans chacune des gaines est engagé un profilé tubulaire 11 ayant par exemple une section transversale de forme générale rectan- gulaire à coins arrondis ou même une section circulaire. Le tissu 9 est composé, de préférence, d'un tissu en fibres de verre ou de carbone ou touteautre fibre couramment utilisée pour former des armatures dans des produits en matériaux composites. Les tubes Il sont par exemple des tubes de verre ou de carbone pultrudés ou des tubes extrudés en résine. La figure 4 représente une surface courbe 12 fabriquée avec un demiproduit selon la figure 3, qui est noyé dans une résine polymérisée 16 avec interposition entre le demi-produit et les faces latérales d'une ou plusieurs nappes d'armatures externes 13 qui sont représentées en traits mixtes. La surface 12 présente une cour- bure dans le sens transversal aux axes des tubes 11 et il est possi- ble d'obtenir dans ce sens un rayon de courbure relativement faible car le demi-produit selon la figure 3 peut être facilement cintré dans ce sens. De plus, si les tubes Il sont souples ou semi-rigides, il est possible de fabriquer des pièces présentant également une légère courbure dans le sens longitudinal aux tubes. La figure 5 représente une plaque courbe 14 qui est fa- briquée en superposant deux demi-produits selon la figure 3 en en- trecroisant les directions des tubes 11, de sorte qu'une telle surface peut résister à des contraintes ayant des directions croi- sées. Les lignes en traits mixtes 15 représentent des nappes d'arma- tures placées entre les deux couches et de part et d'autre des tubes. Si les produits finis sont destinés à aller dans l'eau, par exemple dans le cas de coques de bateaux, les profilés tubulaires 5 ou 11 peuvent être obturés de façon étanche à leurs extrémités et comme ils sont eux-mêmes étanches, l'eau ne risque pas de pénétrer dans les canaux de la structure. Deux technologies peuvent être utilisées dans un procédé de construction de structures multicanaux selon I'invention. Selon une première technologie, on met d'abord en place dans le fond d'un moule une ou plusieurs nappes d'armatures externes 7 et on les imprègne de résine polymérisable. On met ensuite en place sur cette première couche le demi-produit constitué par des tubes pla- cés à l'intérieur des gaines-d'un tissu alvéolaire et on imprègne ledit tissu de résine polymérisable. On met enfin en place par dessus une ou plusieurs nappes de la deuxième armature externe que l'on im- prègne de résine polymérisable, puis on fait polymériser l'ensemble dans le cas d'une structure à une seule couche de canaux. Si l'on désire réaliser une structure à plusieurs couches de canaux, entrecroisés ou non, on dépose sur les nappes d'armatures surmontant la première couche, une deuxième couche de demi-produit puis de nouvelles nappes d'armatures et ainsi de suite. Si l'on veut réaliser des produits présentant une courbure ou une double courbure, on effectue les opérations dans un moule courbe. Selon une deuxième technologie, les nappes d'armatures ex- ternes peuvent être des nappes préimprégnées de résine non entiè- rement polymérisée. Dans ce cas, il suffit de mettre en place une ou plusieurs nappes d'armatures externes dans le fond d'un moule, puis un demi-produit destiné à constituer l'âme du produit fini sur celle- ci, puis une ou plusieurs nappes d'armatures externes par dessus et de polymériser l'ensemble en température. Les structures composites multicanaux selon l'invention comportant une ou plusieurs couches superposées de canaux peuvent être utilisées pour fabriquer toutes sortes de structures légères et non corrodables ayant de très bonne propriétés mécaniques, par exemple des coques de bateaux, des fuselages d'aéronefs, des cloisons, des plan- chers etc.... Pour fabriquer un produit fini plan comportant plusieurs couches de canaux, on peut fabriquer séparément deux couches multica- naux planes comportant chacune une seule rangée de canaux puis super- et en les collant. poser ces deux couches en entrecroisant les directions des canauxT Pour fabriquer un produit fini selon la figure 5, compor- tant plusieurs couches de canaux et ayant une courbure, il est plus facile de mettre en forme les deux couches l'une après l'autre dans un même moule avant de polymériser la résine. Lorsqu'on fabrique des structures multicanaux selon l'in- vention de forme cylindrique, les nappes d'armatures externes 6, 7 peuvent être réalisées par bobinage, c'est-à-dire en fils qui sont en- roulés en hélice de part et d'autre du tissu alvéolaire contenant les profilés tubulaires, cette opération étant réalisée sur une machine à bobiner. RE V E N D I C A T I ON S 1. Procédé de fabrication de structures multicanaux en ma- tériaux composites, caractérisé par la suite d'opérations suivantes: - on confectionne un tissu alvéolaire (1, 9), composé de gaines parallèles juxtaposées (4, 10); - on enfile dans chaque gaine un profilé tubulaire (5, 11); - on étend sur chaque face dudit tissu alvéolaire une ou plusieurs nappes (6, 13) d'armature; - et on noie ledit tissu alvéolaire et lesdites armatures dans une résine polymérisable (8) que l'on polymérise. 2. Procédé selon la revendication 1 pour fabriquer des structures multicanaux planes, caractérisé en ce que ledit tissu alvéo- laire (1) est composé de deux nappes de tissu (2a, 2b) parallèles re- liées entre elles par des cloisons transversales (3) qui définissent des gaines parallèles (4) de section rectangulaire et on enfile dans chaque gaine un profilé tubulaire de section rectangulaire (5) légè- rement inférieure à celle de ladite gaine. 3. Procédé selon la revendication 1 de fabrication de structures multicanaux courbes, caractérisé en ce que ledit tissu alvéolaire (9) est composé de deux nappes de tissu entrecroisées qui définissent des gaines parallèles (10) ayant une section en forme de fuseau et on enfile dans chaque gaine un profilé tubulaire (11) ayant une section transversale de forme générale rectangulaire à coins arrondis. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites nappes d'armature externes (13, 15) sont préimprégnées de résine avant d'être mises en place. 5. Structures multicanaux en matériaux composites,caracté- risées en ce qu'elles comportent: - un tissu alvéolaire (1, 9) composé de gaines parallèles juxtaposées (4, 10); - des profilés tabulaires (5, 11) qui sont engagés chacune X l'intérieur de l'axe desdites gaines; - une ou plusieurs nappes d'armatures externes (6, 7) pla- cées de part et d'autre dudit tissu alvéolaire contenant lesdites tubes; et de la résine polymérisée (8) qui entoure lesdits tubes et dans laquelle ledit tissu alvéolaire et lesdites armatures sont noyées. 6. Structure multicanaux selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte deux tissus alvéolaires superposés garnis de tubes dont les directions sont entrecroisées qui sont placés entre des nappes d'armatures et noyes dans une résine polymérisée. 7. Demi-produit utilisé dans la fabrication de structures multicanaux selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, carac- térisé en ce qu'il est composé d'un tissu alvéolaire (1, 9) qui dé- limite des gaines parallèles (4, 10) et de profilés tubulaires (5, 11) qui sont engagés chacun dans une desdites gaines. 8. Structures multicanaux selon la revendication 5, carac- térisées en ce que lesdites nappes d'armatures externes sont réali- sées par bobinage.