Brevet FR2602461A1 — publié le 19880212

La présente invention concerne la fabrication des produits qui seront désignés dans la suite par "composites" et réalisés,à partir d'une résine synthétique, thermoplastique, ou thermodurcissable, dans laquelle sont noyées, au titre d'éléments de renforcement mécanique, des fibres de verre ou d'autres matières, comme il est décrit par exemple dans le brevet fran çais 83/20430. Elle vise plus particulièrement la fabrication de ressorts hélicoidaux, et notamment ceux ayant la constitution décrite par l'un des déposants dans son brevet français 80 24491 du 17 Novembre 1980. De tels ressorts sont constitués d'une âme ou noyau comportant des fibres sensiblement axiales, recouverte d'au moins une gaine dont les fibres sont enroulées autour de l'âme en faisant avec l'axe de celle-ci un angle d'environ 45 , et de préférence d'au moins deux gaines dont les fibres sont enroulées en faisant des angles respectivement de 450 et de 900 environ avec l'axe de l'âme, de manière à s'adapter aux différentes contraintes exercées sur le ressort. Leur fabrication pose des problèmes spécifiques à ce type de produits. En effet, si théoriquement il serait possible d'enrouler les gaines successives sur une âme rectiligne, puis de donner à l'ensemble une forme en spirale pour former le ressort, dans la pratique une telle mise en forme provoquerait, d'une part un flambage des filaments de l'âme les plus proches du centre de courbure et d'autre part un tassement des filaments de gaine les plus proches du centre de courbure en même temps qu'un écartement des filaments diamétralement opposés, avec formation de fissures. Pour éviter cet inconvénient, la présente invention vise un procédé consistant essentiellement à enrouler les fibres constituant les gaines autour d'une âme ayant déjà une forme spiralée. La mise en oeuvre de l'invention-ainsi définie dans son principe comporte plusieurs variantes. En effet, si l'on peut, dans le cadre de l'invention, enrouler les fibres autour d'une âme ayant déjà sa forme spiralée définitive, cette solution n'est admissible dans la pratique que si le pas de la spirale est relativement grand, ctest-à-dire si cette spirale est suffisamment ouverte pour permettre lors du dépôt aux fibres des gaines de tourner autour de l'âme sans rencontrer les spires de celle-ci. Une telle spirale ouverte ne peut qu'exceptionnellement jouer le rôle d'un ressort hélicoidal, et l'on doit admettre que cette solution est donc en fait assez rarement applicable sous cet aspect général. L'invention permet cependant d'éliminer cette limitation, grâce à un procédé en trois étapes, qui peuvent se définir de la manière suivante - première étape : fabrication d'une âme préspiralée à grand pas, dans laquelle les fibres longitudinales sont immobilisées à un degré de déroulement différentiel selon leur position de façon à créer dans le produit une iso-contrainte. - seconde étape : enroulement des gaines successives, par des dispositifs semblables à ceux utilisés dans l'industrie textile pour le guipage, c'est-à-dire l'enroulement à divers pas de fils autour d'une âme, et consistant en des bobines d'alimentation ayant un mouvement rotatif relatif par rapport à la zone de l'âme, où on effectue l'enroulement, cette âme elle-meme progressant simultanément en se vissant sur sa propre trajectoire hélicoidale. - troisième étape : réduction du pas de la pré-spirale par compression à l'état plastique ou ramolli, et fixation de la spirale ayant reçu son pas définitif, soit par durcissement thermique dans le cas d'une résine thermodurcissable, soit par solidification par regroidissement dans le cas d'une résine thermoplastique. Il est bien entendu que dans ce qui précède, le terme "fibres" désigne en fait aussi bien un faisceau de fibres imprégnées de résine thermoplastique ramollie a chaud, et qui s'agglomèrent donc dans la position qu'elles reçoivent et qu'elles conservent donc au refroidissement, qu'un faisceau des mêmes fibres, imprégnées de résine thermodurcissable non durcie, et qui SJ s'agglomèrent dans la position qu'elles reçoivent et qu'elles conservent au cours du durcissement par chauffage. Toutefois les deux techniques sont un peu différentes, dans la mesure où une résine thermoplastique est plus commode à contrôler directement à l'état plus ou moins ramolli par un chauffage approprié, tandis qu'une résine thermodurcissable impose l'utilisation de moyens additionnels pour supporter la pré-spirale à mesure de sa formation, et les fibres destinées à la formation des gaines au cours de leur enroulement l'une et les autres ayant une tenue très faible avant durcissement de la résine. La réalisation de la première étape peut donner lieu à plusieurs variantes. Selon une première variante, un certain nombre de fils sont réunis en un faisceau qui, imprégné de résine est amené et maintenu à l'état semi-spiralé par durcissement de la résine, soit par refroidissement s'il s'agit d'une résine thermoplastique, soit par cuisson s'il s'agit d'une résine thermodurcissable. Selon une seconde variante, ces fils sont associes à un noyau qui diminue le prix de revient de l'âme semi-spiralée. Un tel noyau peut être un éton de résine chargée de fibres courtes ou de poudre de verre, de silice, de quartz ou analogues, dont le prix est sensiblement moins élevé que celui des fibres longues. Un autre moyen peut etre un tube creux coaxial, pouvant éventuellement être pressurisé : un autre moyen encore peut être un jonc en matériau visco-élastique (caoutchouc, silicone ou analogue), jouant un rôle amortisseur pour le produit fini. Dans tous les cas, les fibres périphériques subissent au cours de la mise en forme préspiralée un déroulement différentiel correspondant à la zone qu'elles alimentent, de sorte que ces fibres ne supporteront pas d'autres contraintes, contrairement à la méthode antérieure et rappelée ci-dessus consistant à spiraler une barre pré-formée. Un premier inconvénient des procédés antérieurs se trouve donc écarté. En ce qui concerne la seconde étape, il convient également d'éliminer au maximum les contraintes et distorsions qui constituaient les inconvénients des procédés antérieurs. A cet effet les fibres constituant les gaines successives sont déposées et. conservées en place dans la répartition et la disposition définitives qu'elles doivent avoir dans le produit fini. A cet effet, deux moyens sont utilisés - les fibres sont déposées sur l'âme préspiralée avec leur pas définitif, en faisant appel aux dispositifs connus dans l'industrie textile, mais aménagés pour l'adaptation à des fibres imprégnées de résine. - l'âme préspiralée et lesdites fibres se déplacent l'une par rapport aux autres de manière telle que l'âme demeure constamment parallèle à elle-même. En fait, on fait tourner l'âme hélicoïdale autour de son axe, de manière qu'elle se déplace à la manière d'une vis sans fin, les fibres étant déposées dans un plan fixe présentant l'inclinaison appropriée par rapport à l'axe de l'hélicoide de l'âme au point considéré. Enfin, dans la troisième étape, on soumet l'âme préspiralée et gainée à un traitement de compression axiale tendant à raccourcir son pas jusqu a la valeur finale désirée, pendant qu'elle est malléable, soit par récha#uffage s'il s'agit d'une résine thermoplastique, soit avant durcissement complet par cuisson, s'il s'agit d'une résine thermodurcissable. Ce traitement n'est pas en contradiction avec les objectifs de la première étape, dans la mesure où ce raccourcissement du pas est relativement faible, et s'effectue sur un produit qui a déjà atteint une géométrie où ne sont plus susceptibles de s'exercer les contraintes évoquées précédemment. Au surplus, dans cette étape, la compression entraîne une torsion du produit, ce qui assure un essorage de l'excès éventuel de résine entraînée par les fibres, ainsi que l'élimi- nation des volumes morts, en réduisant le fluage sous charge des produits finis. La mise en oeuvre de ce procédé permet de parvenir à des ressorts hélicoldaux soit continus, que l'on peut couper à toute longueur voulue, soit venus individuellement, la dernière spire étant rabattue avant la troisième étape pour "fermer" le ressort. Exemple : on peut, par le procédé selon l'invention, réaliser un ressort hélicoldal de 10 cm de diamètre, constitué par une hélice en un fil de 15 mm de diamètre se composant d'un âme de 10 mm de diamètre en polyamide comprenant elle-même un béton de résine à 60 % de silice sur un diamètre de 7mm, entourant une zone coaxiale de 11,5 mm d'épaisseur constituée par des fibres longues axiales de verre, sur cette âme étant ensuite déposées par guipage selon le procédé de l'invention deux couches de même nature, la première, d'une épaisseur de 2,2 mm dont les fibres sont inclinées à 45 sur l'axe de l'âme en chaque point, et la seconde, d'une épaisseur de 0,3 mm dont les fibres sont inclinées à 850 sur l'axe de l'âme. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication de ressorts hélicoïdaux en résine synthétique renforcée de fibres, notamment de fibres de verre, du type dans lequel le ressort est constitué d'une âme dans laquelle les fibres sont sensiblement coaxiales à llâme, âme sur laquelle sont enroulées au moins une gaine dont les fibres sont inclinées d'environ 450 par rapport aux fibres de l'âme, caractérisé en ce que l'on procède à l'enroulement de la gaine sur une âme déjà mise en forme-de spirale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort comporte au moins deux gaines dont les fibres sont inclinées respectivement de 450 et de 900 par rapport à l'axe de l'âme. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le pas de la spirale constituant l'âme autour de laquelle sont enroulées les gaines est sensiblement plus élevé que le pas définitif du ressort terminé, ce pas étant réduit à sa valeur définitive après achèvement de l'enroulement des gaines. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine synthétique est du type thermoplastique et le pas définitif du ressort est obtenu par compression de la spirale après enroulement des gaines pendant un réchauffement temporaire la ramollissant avant fixation définitive par refroidissement. 5. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine est du type thermodurcissable et le pas définitif du ressort est fixé, après enroulement des gaines, par durcissement thermique de la résine après réduction du pas de la pré-spirale sur laquelle sont enroulées les gaines. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'âme contient un noyau axial en résine chargé de fibres courtes ou de matière minérale pulvérulente, ou granuleuse. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'âme présente un tube creux coaxial éventuellement pressurisé. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'âme présente une zone axiale consti tuée d'un matériau viscoélastique tel que du caoutchouc ou un slicone. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les gaines sont déposées sur l'âme préspiralée avec leur pas définitif, en faisant appel aux dispositifs connus dans l'industrie textile, mais aménagés pour l'adaptation à des fibres imprégnées de résines. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'âme préspiralée et les fibres des gaines se déplacent l'une par rapport aux autres, de manière telle que l'âme demeure constamment parallèle à elle-même par rotation de l'âme autour de son axe de manière qu'elle se déplace à la manière d'une vis sans fin, les gaines étant déposées dans un plan fixe présentant l'inclinaison appropriée constante par rapport à l'axe de l'hélicoide de l'âme au point considéré. 11. Ressorts hélicoidaux obtenus par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.