Brevet FR2591525A1 — publié le 19870619

La présente invention concerne un procédé de moulage d'une matière polymérisable. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, ainsi que les pièces obtenues par ce procédé. L'invention s'applique de préférence, bien que de façon non Limitative, au moulage de matériaux composites chargés de fibres longues ou d'autres matériaux repartis de façon aléatoire dans un liant organique thermodurcissable, les fibres étant par exemple des fibres de verre, de carbone ou de kevlar. Un premier procédé de moulage connu d'une ma trière polymérisable est illustré de façon schématique par les figures la à lc. Ce procédé est généralement appelé procédé de moulage par transfert. Comme l'illustre la figure la, selon ce procédé on introduit dans une chambre cylindrique 1 formée dans une partie supérieure 2a d'un moule 2 une quantité donnée de matière N à mouler. Sous l'action d'un piston 3 coulissant de manière étanche dans la chambre 1, on transfère la majeure partie de la matière M dans une empreinte 4 formée à la fois sur la partie supérieure 2a et sur une partie inférieure 2b du moule 2, celui-ci étant fermé. Le transfert s'effectue par un conduit généralement tronconique 5 formé dans la partie 2a du moule, entre la chambre 1 et L'empreinte 4. Comme l'illustre la figure lb, lorsque le transfert est terminé l'empreinte 4 est remplie en totalité par la matière M. Dans le cas où la matière moulée est thermodurcissable, un échauffement de celle-ci a pour effet de provoquer son durcissement. L'ouverture du moule commandée généralement par la descente de la partie inférieure 2b permet de démouler la pièce P ainsi obtenue, comme Le représente la figure lc. Ce procédé a pour avantage de respecter toutes les cotes de la pièce. De plus, il conduit à des pelures relativement faibles sur la pièce, à l'empLacement du plan de joint entre les deux parties du moule. Cependant, il subsiste généralement sur la pièce une trace de la partie de la matière restant dans Le conduit 5, cette partie généralement appelée carotte étant représentée en C sur la figure lc. Ce procédé a en outre comme principal inconvénient de ne pouvoir être utilisé que lorsque la matière à mouler ne contient pas de fibres ou seulement des fibres de faible Longueur (in férieure à 3 mm). En revanche, il ne peut pas être utilise dans le cas d'une matière contenant des fibres de plus grande longueur, car celles-ci ne passent pas ou seulement très mal par Le conduit 5. Un autre procédé de moulage connu, généralement appelé moulage par compression, est illustré de façon schématique par les figures 2a à 2c. Dans ce procédé, la matière M à mouler est placée directement dans la partie femelle 4'b de l'empreinte de moulage formée sur la partie inférieure 2'b du moule 2', alors en position ouverte. La partie mâle 4'a de L'empreinte est formée sur la partie supérieure 2'a du moule 2'. Comme l'illustre la figure 2b, le moulage s'effectue directement par fermeture du moule, c'est-à-dire par montée de la partie inférieure 2'b de celui-ci dans le cas illustré sur les figures ou la descente de la partie 2'a dans d'autres cas. La mise sous pression de la matière M résultant de la fermeture du moule fait fluer cette matière de façon à remplir l'empreinte 4'. Dans le cas d'une matière thermodurcissable, le durcissement de la pièce C préalablement à l'ouverture du moule est obtenu par chauffage (figure lc). Par rapport au procédé de transfert décrit précédemment en se référant aux figures la à lc, le procédé de compression représenté sur les figures 2a à 2c a pour avantage essentiel de permettre le moulage de matières contenant des fibres de grande longueur Cependant, ce procédé présente également des inconvénients. Ainsi, au cours du fluage, La matière déborde au plan de joint entre les parties 2'a e#t 2'b du moule et crée une bavure fibreuse B (figure 2c). Une telle bavure est délicate à retirer et dégrade l'aspect de la pièce à cet endroit. De plus, les hauteurs et épaisseurs de la pièce perpendiculairement au plan de joint sont imprécises puisqu'elles dépendent de L'épaisseur de la bavure. Dans le brevet français n0 2 413 201, il a été proposé un perfectionnement au procédé de moulage par compression qui vient d'être décrit en se référant aux figures 2a à 2c, ce perfectionnement visant à supprimer les inconvénients sus-mentionnés. Dans ce brevet, la partie femelle 4'b de l'empreinte formée dans la partie inferieure 2'b du moule est réaLisée en partie sur L'extrémité d'un piston de forme cylindrique, implicitement de révolution, qui occupe une position basse Lorsque la ma trière est placée dans cette partie femelle. Lors de la fermeture du moule, l'accroissement du volume de l'empreinte obtenu grâce à la position basse du piston permet en principe d'effectuer la fermeture complète du moule sans qu'aucune bavure ne se forme au plan de joint.Le piston est ensuite remonté de façon à faire fluer la ma tiére et a remplir complètement l'empreinte. S'il est vrai que le procédé décrit dans le brevet français n0 2 413 201 supprime les inconvénients présentés par le procédé de moulage par compression traditionnel lors du moulage d'un certain nombre de matériaux, ce résultat n'est pas obtenu avec tous Les matériaux. Ainsi, il existe certaines matières polymérisables telles que les polyimides, dont la polymérisation commen ce à s'effectuer dès Leur introduction dans le moule. Dans ce cas, le temps qui s'écoule entre l'introduction de la matière dans Le moule ouvert et La fin du moulage (fermeture du moule et actionnement du piston) est préjudiciable à un bon remplissage de L'empreinte et donc à une bonne qualité de la pièce. De plus, lors du moulage d'une matière à haut coefficient de foisonnement (8 par exemple) la matière introduite dans la partie femelle de l'emprèinte, le moule étant ouvert, déborde Largement au-dessus du plan de joint. La fermeture du moule a alors pour conséquence de créer une bavure comme dans les installations de moulage par compression de type traditionnel. La présente invention a précisément pour objet un nouveau procédé de moulage utilisable pour tous Les types de matériaux polymérisables, quel que soit Leur coefficient de foisonnement ou leur rapidité de polymérisation, et indépendamment du fait que ce matériau contienne ou non des fibres de grande longueur. A cet effet, il est proposé conformément à l'invention un procédé de moulage d'une matière polymérisable, caractérisé en ce qu'il consiste à - placer une quantité donnée de ladite matière, dans une empreinte formée dans un moule en au moins deux parties et sous un piston de transfert apte à coulisser de façon étanche dans une chambre cylindrique ménagée dans le moule, ladite quantité de matière étant introduite par ladite chambre dans le moule fermé, après efface ment du piston hors de cette chambre, - compresser ladite quantité de matière par introduction du piston de transfert dans la chambre, de façon à rem plir L'empreinte avec ladite matière, - polymérisation de la matière moulée, et - démoulage par effacement du piston et ouverture du mou le. Ce nouveau procédé allie les avantages du procédé de moulage par transfert à ceux du procédé de moulage par compression. En effet, comme dans le procédé de moulage par transfert, la matière est introduite dans le moule fermé. Les cotes de la pièce sont donc parfaitement respectées et reproductibles et les bavures fibreuses sont évitées. De plus, comme le procédé de moulage par compression, ce procédé peut être utilisé pour mouler des matières contenant des fibres de grandé longueur et, de façon plus générale, des matières difficilement transférables.En outre, par rapport au procédé décrit dans le brevet français n0 2 413 201, le procédé selon l';nven- tion permet de mouler des matières présentant un haut coefficient de foisonnement et des#matières à polymérisation rapide, puisque ces matières sont introduites directement dans le moule fermé. Enfin, le procédé selon l'invention permet d'utiliser toute forme de piston cylindrique, de révolution ou non. Selon le cas, la compression de la matière introduite dans le moule peut se poursuivre jusqu a ce que cette matière stoppe le déplacement du piston de transfert ou jusqu'à ce qu'une butée arrête ce déplacement. Lorsqu'un insert doit être noyé dans la pièce réalisée, cet insert peut avantageusement être porté par l'une des parties du moule. L'invention a également pour objet une installation de moulage d'une matière polymérisable, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend : - un moule comportant au moins une partie supérieure fixe et une partie inférieure mobile entre une position haute de fermeture du moule et une position basse d'ou verture du moule, - un piston de transfert apte a coulisser de façon étan che dans une chambre cylindrique formée dans la partie supérieure du moule, entre une position inférieure de moulage et une position supérieure d'effacement déga geant complètement ladite chambre, et - une empreinte de moulage formée sur chaque partie du moule et sur le piston de transfert, pour définir la forme à donner à ladite matière lorsque la partie infé rieure du moule est en position haute de fermeture et le piston de transfert en position inférieure de moula ge. On décrira maintenant, à titre d'exemple non Limitatif, deux exemples de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - les figures la à îc, déjà décrites, représentent de façon schématique trois étapes de mise en oeuvre du procédé de moulage par transfert selon l'art antérieur, - les figures 2a à 2c, déjà décrites, illustrent de façon schématique trois étapes de réalisation du procédé de moulage par compression selon l'art antérieur, - les figures 3a à 3c illustrent de façon schématique trois étapes de réalisation du procédé de moulage selon l'invention, conformément à un premier exemple de mise en oeuvre de ce procédé, et - les figures 4a à 4e illustrent de façon schématique différentes étapes du procédé de moulage selon l'invention dans un deuxième exemple de mise en oeuvre de ce procédé. En se reportant à la figure 3a, on voit que L'installation de moulage selon L'invention comprend un moule 12 constitué d'une partie supérieure fixe 12a et d'une partie inférieure mobile 12b. La partie supérieure 12a du moule est montée sous le plateau supérieur fixe 17a d'une presse alors que le plateau inférieur 12b est monté sur le plateau inférieur mobile 17b de cette même presse. Le déplacement vertical du plateau inférieur 17b portant la partie 12b du moule est commandé par un vérin de fermeture 18. La machine de moulage selon L'invention comprend de plus un piston de transfert 20, de section cylindrique, apte à se déplacer verticalement sous l'action d'un vérin 22 entre une position haute d'effacement représentée sur ta figure 3a et une position basse représentée sur la figure 3b. Dans la partie inférieure de sa course, le piston 20 coulisse de façon étanche dans une chambre cylindrique, généralement de révoLution, verticale 24 formée dans la partie supérieure 12a du moule 12. cette chambre 24 est pro Longée dans le plateau supérieur 17a de la presse par un passage cylindrique 26 de plus grande section, que traverse librement te piston 20. Dans sa position haute représentée sur la figure 3a, Le piston 20 est effacé, c'est-à-dire qu'il est complètement dégagé de la chambre 24 et du passage 26. Au contraire, dans sa position basse, représentée sur La figure 3b, Le piston 20 est situé à l'extrémité inférieure du cylindre 24. Dans cette position, ta face inferieure plane 14c du piston 20 constitue te fond de la partie femelle 14a de l'empreinte 14 formée dans La partie 12a du moule alors que la partie mâle 14a de l'empr-einte est formée sur la face supérieure de la partie 12b du moule. Comme L'illustre la figure 3a, conformément à l'invention, L'introduction de la matière M à mouler s'effectue après que Le piston 20 ait été effacé en position haute, les deux parties 12a et 12b du moule étant fermées de telle sorte que leurs plans de joint soient en contact. L'introduction de la matière M peut se faire indifféremment en vrac ou sous la forme de pastilLes. IL est à noter dès à présent que l'introduction de la matière M dans le moule, alors que celui-ci est fermé, a pour conséquence de supprimer tout risque de formation d'une bavure au plan de joint lors de la fermeture du moule. De plus, l'introduction de la matière directement à l'intérieur du moule permet d'effectuer le moulage d'une matière comportant des fibres de grande longueur et d'une matière dont la polymérisation est très rapide. Au cours de l'étape suivante du procédé de moulage selon l'invention, le piston 20 est introduit dans le cylindre 24 et descendu jusqu a sa position basse sous l'action du vérin 22. Dans la dernière partie de sa descente, le piston 20 exerce une pression sur La matière M, ce qui a pour effet de remplir l'empreinte 14 délimitée entre les parties 12a et 12b du moule 12 et l'extrémité du piston 20 proprement dit. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 3b, la position basse occupée finalement par le piston de transfert 20 est déterminée par la quantité de matière M introduite préalablement à l'intérieur du moule. Dans ce cas, suivant ta qualité de la pesée de la matière, il pourra exister une Légère surépaisseur ou un léger creux au droit du piston. Dans une autre variante de réalisation de L'in- vention non représentée, ce creux peut être limité grâce à La présence d'une butée limitant la course vers Le bas du piston de transfert 20. Cette butée peut être placée soit directement sur le vérin 22, soit sur le piston de transfert 20. Lorsque la matière moulée est thermodurcissable, des moyens de chauffage sont prévus sur la machine. Par exemple, tes plateaux supérieur 17a et inférieur 17b de la presse peuvent être des plateaux chauffants. Le moule peut être lui-même chauffant par La présence de résistances 13a-13b autour des parties 12a-12b ou à l';ntè- rieur de celles-ci et d'autres résistances 13c à L'intérieur du piston 20. Ces moyens de chauffage sont mis en oeuvre soit des l'introduction de la matière M dans le moule, soit seulement après La descente du piston de transfert 20. Dans les deux cas, ils ont pour effet de faire durcir le matériau M après que celui-ci ait rempli l'empreinte 14 formée dans le moule. La matière M se transforme alors en une pièce rigide P (figure 3c). En variante, toute autre matière polymérisable peut être moulée dans le dispositif décrit. En particulier, il peut s'agir d'un mélange comprenant une résine et un durcisseur, apte à durcir à température ambiante. Les moyens de chauffage ne sont alors plus nécessaires. Lorsque La matière est polymérisée, le piston 20 est à nouveau escamoté en position haute et Le moule 12 est ouvert par descente du plateau inférieur 17b portant la partie inférieure 12b du moule. La pièce P peut alors être retirée. Après avoir refermé le moule 12, on se retrouve dans la situation illustrée sur la figure 3a et La fabrication d'une autre pièce peut être entreprise. Comme dans le cas du procédé de moulage par transfert, la pièce obtenue respecte parfaitement les cotes définies par Le moule, de façon reproductible, sauf en ce qui concerne La partie de la pièce située au droit du piston 20. De faibles pelures peuvent apparaitre sur le plan de joint et à la marque du piston. Cependant, La qualité du moulage est totalement indépendante de la nature de la matière moulée, contrairement à toutes les techniques existant à ce jour. Dans Le mode de réalisation de L'invention qui vient d'être décrit en se référant aux figures 3a à 3c, le piston 20 est un piston cylindrique qui ferme l'empreinte du moulage par son extrémité plane et Lisse. Toutefois,une telle configuration n'est possible que Lorsque la pièce à fabriquer possède au moins une face Lisse. Les figures 4a à 4e illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention permettant la réalisation de pièces ne présentant aucune face lisse perpendiculairement à la direction de l'axe des mouvements de la machine. Dans ce cas, le piston de transfert 120 est un piston de forme constituant un poinçon 121 moulant la partie creuse de la pièce. On comprend ainsi que Ca section de la chambre cylindrique 124 n'est pas nécessairement,et quelquefois ne peut pas être, circulaire,et que ladite section doit être compatible avec la forme dudit poinçon 121 moulant la partie creuse de La pièce P. Le mode de réalisation des figures 4a à 4e illustre également le cas où la pièce à réaliser doit incorporer un certain nombres d'inserts I. Comme l'illustre la figure 4a, on utilise ici encore un moule 112 constitué d'une partie supérieure 112a et d'une partie inférieure 112b. A ces deux parties 112a et 112b s'ajoute une partie intermédiaire 112c portant les inserts I qui doivent être noyés dans la pièce à réaliser. Cette partie intermédiaire 112c se présente sous la forme d'une plaque épaisse sur laquelle est formée la partie supérieure 114c de L'empreinte 114 (figure 4c) et présentant un évidement 115 aux formes du piston 120. De même que la chambre 124 formée dans la partie supérieure 112a (figure 4b) cet évidement 115 permet au piston 120 de coulisser de façon étanche, la plaque épaisse 112c venant se loger de façon précise entre les pièces 112a et 112b.Comme précédemment, la pièce 112a est fixée en-dessous du plateau supérieur fixe 117a d'une presse et la partie inférieure 112b du moule est fixée sur un plateau inférieur mobile 117b de cette même presse. Après ouverture du moule 112 sous L'action du vérin 118 (figure 4b), la partie intermédiaire 112c portant les inserts I est mise en place comme L'illustre la figure 4a. Le moule 112 est ensuite fermé par remontée du plateau inférieur 117b commandée par le vérin 118, jus qu a ce que le plan de joint de la partie inférieure 112b du moule vienne en contact avec le plan de joint de la partie supérieure 112a de ce moule, et que les plans de joints de la partie intermédiaire 112c viennent au contact avec les plans de joints des parties 112a er 112b On se trouve alors dans une situation comparable à celle qui est représentée sur la figure 3a dans Le mode de réalisation précédent, lorsque le piston de transfert 120 est escamoté en position haute sous L'action du vérin 122. La matière M à mouler peut alors être introduite à l'intérieur du moule fermé par le passage 126 forme dans le plateau supérieur 117a et par la chambre cyLindrique 124 formée dans la partie supérieure 112a du mou te. Comme dans le mode de réalisation précédent, la quantité de matière M introduite dans le moule est déterminée avec une précision aussi grande que possible en fonction du volume de la pièce à réaliser. Pour réaliser le moulage proprement dit, Le piston 120 descend jusqu a sa position basse, déterminée ici par la venue en appui de sa face inférieure plane contre des butées 134 formées sur la partie inférieure 112b du moule et devant correspondre ultérieurement à des trous ménagés dans ta pièce à réaliser. Dans cette position basse illustrée par ta figure 4c, L'empreinte 114 de la pièce à réaliser est formée à la fois sur les parties 112a, 112b et 112c du moule et sur l'extrémité inférieure formant poinçon du piston de transfert 120. De façon plus précise, alors que la partie centrale cylindrique du piston 120 coulisse de façon étanche dans la chambre cylindrique 124 formée dans La partie supérieure 112a et dans la partie intermédiaire 112c du moule, L'extrémité inférieure du piston 120 fait saillie au-delà de cette partie intermédiaire 112c. La surface périphérique et la surface d'extrémité de cette partie en saillie du piston 120 constituent ainsi une partie mâle 114d de l'empreinte 114. La partie femelle 114b de l'em- preinte 114 est formée sur ta partie 112b du moule. L'empreinte est compLétée par la face inférieure 114c de la partie intermédiaire 112c et par une surface 114a formée sur la partie supérieure 112a du moule. Lorsque te piston 120 descend jusqu'à la position basse représentée sur la figure 4c, il apptique une pression sur la matière fi introduite préalablement dans le mou Le fermé, ce qui a pour effet de chasser cette matière vers la partie périphérique de L'empreinte et, par conséquent, de remplir cette empreinte avec la matière à mouler. Simultanément ou ultérieurement, on réalise la polymérisation de la matière M, par exemple à l'aide de moyens de chauffage incorporés dans les plateaux supérieur et inférieur 117a et 117b. Le moule peut être luimême chauffant par la présence de résistances 113a-113b autour des parties 112a-112b ou à L'intérieur de celles-ci et d'autres résistances 113c à l'intérieur du piston 120. En variante, le durcissement peut également être obtenu en introduisant un durcisseur dans La matière à mouler. Lorsque L'opération de polymérisation est terminée, on extrait du moute L'ensemble constitué par la pièce P ainsi obtenue et par la partie intermédiaire 112c du moule portant les inserts 1. Ce démoulage est obtenu par remontée du piston de transfert 120 jusqu'à sa position haute, puis ouverture du moule par abaissement du plateau inférieur 117b portant la partie inférieure 112b du moule, comme l'illustre la figure 4d. Comme l'illustre la figure 4e, la partie inter mediaire 112c du moule est ensuite détachée de la pièce P comportant les inserts 1. Comme dans le mode de réalisation précédent, la pièce ainsi obtenue après moulage peut présenter de fai bles pelures au plan de joint et autour du piston. De plus, suivant la qualité de la pesée de la matière M, L'épaisseur des parois peut être légèrement supérieure à la cote nominale prévue initialement. Il est à noter qu'une cote inférieure à la cote nominale est impossibLe puisque la course du piston 120 est limitée dans ce cas par les butées 134. En l'absence de telles butées, des butées pourraient ici encore être prévues soit sur le vérin 122, soit sur le piston 120. Comme dans le cas du mode de réalisation décrit précédemment en se référant aux figures 3a à 3c, ce mode de réalisation des figures 4a à 4e présente ici encore l'avantage de permettre le moulage de matières quelconques, indépendamment du coefficient de foisonnement et de la rapidité de la polymérisation de cette matière ou de la présence de fibres de grande longueur à l'intérieur de cette matière. Bien entendu, l'invention n'est pas Limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemple mais en couvre toutes les variantes. En parties culier, on comprendra que des pièces de formes très diverses peuvent être fabriquées avec le procédé selon L'invention, ces pièces pouvant comporter des inserts de forme et en nombre variables. REVENDICATIONS 1. Procédé de moulage d'une matière polym#risa- ble (M), caractérisé en ce qu'il consiste à : - placer une quantité donnée de Ladite matière dans une empreinte (14, 114) formée dans un moule (12, 112) en au moins deux parties (12a, 12b ; 112a, 112b, -112c) et sous un piston de transfert (20, 120) apte à coulisser de façon étanche dans une chambre cylindrique (24, 124) ménagée dans le moule, Ladite quantité de matière étant introduite par ladite chambre dans le moule fermé, après effacement du piston hors de cette chambre, - compresser ladite quantité de matière moulée par intro duction du piston de transfert (20, 120) dans La cham bre (24, 124), de façon à remplir l'empreinte (14, 114) avec ladite matière, - polymériser la matière moulée, et - démouler par effacement du piston (20, 120) et ouvertu re du moule (12, 112). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce qu'on comprime ladite quantité de matière jus qu'à ce que celle-ci stoppe le déplacement du piston de transfert (20, 120). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce qu'on comprime ladite quantité de matière jusqu'à ce qu'une butée (134) stoppe Le déplacement du piston de transfert (20, 120). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que L'une (112c) des parties du moule porte au moins un insert (I) apte à être noyé dans ladite matière, après durcissement de celle-ci. 5. Installation de moulage d'une matière poly mérisable (), cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend : - un moule (12, 112) comportant au moins une partie supé rieure (12a, 112a) fixe et une partie inférieure (12b, 112b) mobile entre une position haute de fermeture du moule et une position basse d'ouverture du moule, - un piston de transfert (20, 120) apte à coulisser de façon étanche dans une chambre cyLindrique (24, 124) formée dans La partie supérieure du moule, entre une position inférieure de moulage et une position supe rieure d'effacement dégageant complètement Ladite chambre, et - une empreinte de moulage (14, 114) formée sur chaque partie du moule (12, 112) et sur le piston de transfert (20, 120), pour définir la forme à donner à ladite ma tière lorsque la partie inférieure du moule est en po sition haute de fermeture et le piston de transfert en position inférieure de moulage. 6. InstaLLation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une butée (134) déterminant la position inférieure du moulage du piston de transfert (20, 120). 7. Installation selon L'une queLconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que le mouLe comprend une partie itermédiaire (112c) portant au moins un insert (I) apte à être noyé dans Ladite matière, après durcissement de ceLle-ci. 8. Pièces obtenues par le procédé de mouLage de L'une quelconque des revendications 1 à 4.