Brevet FR2602458A1 — publié le 19880212

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un tube composite et le tube obtenu selon ce procédé. Les produits industriels actuels, compte tenu de leurs applications, nécessitent souvent d'associer une résistance mécanique élevée à des caractéristiques thermiques et/ou chimiques particulières tout en ayant des coûts de fabrication peu élevés. Il est pratiquement impossible de trouver un produit unique pouvant apporter simultanément toutes ces caractéristiques d'où la conception de matériaux composites. C'est le cas par exemple des différents tubes devant véhiculer des fluides au sein d'une structure mécanique complexe comme par exemple un moteur thermique. La résistance mécanique devra de plus être obtenue si possible avec un gain de poids sans nuire à la bonne résistance à la température tout en conférant au produit une durée de vie suffisante. Dans le cas des moteurs termiques, le tube composite devra généralement prendre une forme particulière pour pouvoir réaliser des liaisons adéquates, tout en contournant les pièces et parties existantes. De même, la section peut en fonction des nécessités ne pas rester constante et évoluer aussi bien dans ses dimensions que dans sa forme (section circulaire puis ovale par exemple. Les structures tubulaires ainsi réalisées à partir de matériau composite sont constituées de trois éléments essentiels; un tube interne renforcé à sa surface extérieure de fibres synthétiques, l'ensemble étant enrobé dans une résine. On connaît par exemple le brevet GB-2 004 619 concernant des produits tubulaires renforcés. Un tube interne en caoutchouc est recouvert par une tresse à base de fibres synthétiques, l'ensemble est alors trempé ou imprégné d'une résine liquide polymérisable. On dispose alors cet ensemble dans un moule permettant une élévation en température du produit,desti- née à favoriser la polymérisation de la résine. On obtient ainsi un tube composite. Ce brevet propose dans le cadre d'une amélo- ration de la fabrication de gonfler le tube interne par introduction d'un fluide sous pression, de manière à plaquer le tube souple interne contre la paroi du moule ce qui a pour avantage de bien faire pénétrer les fibres dans la résine liquide et de rendre l'état de surface du produit fini plus acceptable. Si cette technique paraît satisfaisante pour la fabrication de tubes à axe rectiligne et à section constante, il reste qu'il est difficile à l'aide de ce procédé d'obtenir des produits ayant des formes de révolution complexes et dont l'axe peut présenter des courbures dans différents plans. La demande de brevet français n0 35/09714 au nom de la demanderesse a proposé un procédé permettant d'améliorer la qualité du produit final. Dans ce but, les trois constituants principaux, tube interne en caoutchouc, fibre synthétique de renfort et résine liquide sont disposés de façon classique mais en plus d'exercer une pression interne à l'aide d'un fluide sous pression on exerce parallèlement et simultanément une traction aux deux extrémités de la tresse en fils synthétiques de renfort de façon que celle-ci se positionne parfaitement sur le tube en caoutchouc pour répartir de façon homogène la résine sur ces différentes fibres. Dans un tel cas, si le produit obtenu est satisfaisant sur le plan de la qualité de fabrication, il reste que les coûts sont relativement élevés. En effet, notamment lors de la réalisation de certains profils complexes, la répartition de la résine liquide pose un problème car cette répartition est non homogène. L'automatisation reste difficile et de nombreuses interventions manuelles sont requises. La présente invention a donc pour but de proposer un perfectionnement au procédé de fabrication de tube en matériau composite à base d'un matériau de renfort disposé sur un tube noyé dans une matrice en résine polymérisable, caractérisé par les étapes suivantes - mise en place d'un tube souple sur un mandrin souple adapté à la forme finale du produit, - drapage d'une résine prépolymérisée sous forme de ruban autour du tube souple, - mise en place du matériau de renfort autour de l'ensemble tube plus résine, - drapage, autour de ce matériau de renfort, d'une nouvelle couche de résine prépolymerisée sous forme de ruban, - mise en place dans le moule, - polymérisation à la chaleur de l'ensemble. Ce procédé est en outre caractérisé par le fait que dans le but de réaliser des surépaisseurs locales définies en fonction du profil et destinées à augmenter la résistance mécanique, on effectue un drapage supplémentaire sur la partie définie du tube de manière à obtenir ce renfort localisé. Ce procédé utilise simultanément une pression interne destinée à plaquer l'ensemble des composants initiaux à savoir résine, tresse, tube contre la paroi du moule, et une dépression dans la zone située entre les composants et la paroi interne du moule. Ce vide est plus particulièrement destiné à améliorer l'extraction des bulles d'air lors de la polymérisatior dans le moule. Mais, cette dépression auxiliaire améliorera également le compactage sous l'effet de la pressier interne (augmentation de la pression relative effective). L'invention a également pour objet le tube composite obtenu par ce procédé de fabrication. Les avantages d'un tel procédé outre le fait de diminuer les coûts de fabrication permettent d'obtenir des produits exempts de défauts tant internes que de surface. En effet, le centrage des fibres de renfort est obtenu par la disposition des différentes couches de résine. Les renforts, peuvent être localisés en des endroits divers et sur de très faibles longueurs, la fabrication restant dans tous les cas aisée propre et sans risque de coulure de résine. Par ailleurs, l'homo- généité structurale et la répartition de la résine sont telles qu le procédé garantit la reproductibilité du produit. #nsi, il sera possible de réaliser des structures de tubes à diamètre variable et à profil complexe dans des conditions industrielles particulièrement satisfaisantes. La description qui va suivre en relation avec les figures annexées permettra de faire apparaître d'autres caractéristiques et avantages de l'invention. La figure 1 est une vue schématique du produit composite selon l'invention avant l'étape de polymérisation dans le moule; La figure 2 est la vue d'une section en coupe selon A-A; La figure 3 représente un schéma type d'un cycle de polymérisation selon le procédé de l'invention. Sur la figure 1, on distingue le moule 1 dans lequel est disposé le composite 2 de forme complexe et de diamètre variable suivant la longueur. Une gaine souple 3 est enfilée sur un mandrin en forme 31 plus particulièrement réalisé en élastomère au silicone. Ce mandrin est uniquement destiné à donner à la gaine souple une semi-rigidité permettant de disposer les divers constituants du composite. La gaine peut être réalisée en caoutchouc fluoré, du type des produits commercialisés sous la marque VITON. Une première couche de résine est disposée à la surface de cette gaine de caoutchouc par enroulement d'un ruban 30 d'une résine époxy par exemple, du type de celles vendues sous forme de film adhésif et commercialisée notamment par la société CIBA GEIGY. Un matériau de renfort 32 sous forme d'une tresse en fils synthétiques par exemple du type aramide est disposé à la surface du drapage époxy. On réalise à nouveau un drapage 33 du ruban de manière à constituer une deuxième couche de résine époxy. L'ensemble du composite ainsi réalisé est disposé dans le moule 1 la gaine souple est reliée de façon adéquate (non représentée) à une source de fluide sous pression. L'orifice 4 ménagé dans la paroi du moule sera raccordé à un dispositif de pompe à vide. La section du produit composite selon l'invention représentée sur la figure 2 montre une disposition de base identique comprenant un mandrin 31, une gaine souple 3, une première couche de résine époxy 30 autour de laquelle est disposée une première tresse 32 et une deuxieme couche de résine époxy. Au niveau de cette section le produit nécessite un renforcement de la structure à cause de l'élargissement du diamètre. La couche de résine 33 est à nouveau entourée d'une tresse 40 elle-même entourée d'une seule couche époxy 41. On dispose donc simultanément plusieurs couches identiques avant polymérisation en un endroit bien localisé. En relation avec la figure 3,on va maintenant décrire les différentes étapes de réalisation d'un tube suivant l'invention une fois la gaine souple enfilée sur le mandrin de silicone, et drapée par les rubans de résine. Après avoir enfilé la tresse-et avoir disposé une dernière couche de résine, l'ensemble est placé dans le moule. La gaine souple est alors reliée à la source de fluide sous pression après avoir disposé un bouchon hermétique à l'extrémité opposée du tube. De façon à mettre en forme le tube une pression de 1 bar est maintenue à l'intérieur tandis qu'un vide de quelques dizaines de millibars est exercé à travers l'orifice 4 sur la paroi extérieure du tube et des composants. Parallèlement, le moule est monté en température et lorsque le seuil de ramollissement est atteint, la pression interne est augmentée entre 5 et 10 bars tandis que la température augmente. Lorsque la température de polymérisation est atteinte, le vide peut ne plus etre maintenu, tandis que la pression interne reste maintenue en palier jusqu'à complète polymérisation de la résine dans la masse. La phase suivante est celle du refroidissement continu jusqu'à la température ambiante. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaitront à l'homme de l'art. En particulier, et pour autant que le film de résine soit suffisamment épais, un seul enrubannage de résine, entre le tube en élastomère et la tresse de fibres, peut suffire pour obtenir la section courante du tube composite. Comme précédement et sous l'effet des pressions et de la température la résine viendra imprégner les fibres pour former une structure composite homogène et dans tous les cas, les taux volumiques de renfort et de résine seront particulièrement bien controlés en raison même du procédé de conception/fabrication. On notera également que le tube en élastomère 3 n'est pas toujours indispensable quand notamment l'étanchéité du tube composite n'est pas requise. On pourra dans ce cas, par exemple, disposer le premier film de résine directement sur le mandrin 31 qui sera réalisé en élastomère de silicone thermodilatable (puis imprégné d'un agent démoulant avant enrubannage du film de résine). Avec ce type de mandrin dilatable, la pression interne de compactage sera obtenue simplement par la dilatation volumique du mandrin par augmentation de la température, ce qui évitera de relier ou connecter le tube dans son moule à une source de pression pneumatique. On notera enfin que ce procédé caractérisé par la superposition de résine en film souple adhésif et de renforts fibreux, permet en tant que besoin et pour autant qu'elles ne soient pas incompatibles entre elles, d'utiliser des résines de différents types ou de formulations chimiques différentes, sans complication de la fabrication. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'un tube en matériaucomposite, de forme et de section variables et quelconques à base d'au moins un matériau de renfort noyé dans une résine polymérisable placé dans un moule, caractérisé en ce que préalablement à sa polymérisation, le tube est confectionné par superposition, autour d'un mandrin (31) démontable et de forme adaptée à la forme finale du produit, d'au moins une couche de résine (30) prépolymérisée, sous forme de film ou ruban adhésif souple, et d'au moins une couche d'un matériau de renfort (32). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que de façon à réaliser dessurépaisseurs locales la superposition des couches est répétée au moins une fois avant polymérisation (41). 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on exerce une dépression dans la zone située entre le tube composite et la paroi interne du moule. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on interpose entre le mandrin (31) et la première couche de film résineux (30) une gaine souple (3). 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on exerce une pression interne pneumatique dans la gaine souple (3). 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les films de résine (30) sont de constitution physico-chimique différente. 7 - Tube composite réalisé selon l'une des revendications 1 à 6 de procédé.