Brevet FR2620375A1 — publié le 19890317

PROCEDE DE FABRICATION DE MATERIAUX COMPOSITES LINEAIRES A SECTION VARIABLE ET MATERIAUX OBTENUS SELON CE PROCEDE La présente invention a pour objet un procédé de fabrication en continu de matériaux composites linéaires à section variable ainsi que les matériaux, du genre tubes, joncs, profilés ou analogues, obtenus selon ce procédé. Les matériaux composites linéaires rigides ou semi-rigides sont connus. Ils comprennent une âme pleine ou creuse, le long des génératrices- de laquelle s'étendent des fibres parallèles entourant complètement l'âme et réunies à celles-ci par une résine synthétique, par exemple du type polyester ou epoxy, l'ensemble étant inclus dans une couverture de protection. Les fibres longitudinales de renforcement sont actuellement des fibres de verre ou de carbone. L'avantage essentiel de tels composites est de présenter des caractéristiques mécaniques comparables à celles des aciers de haute qualité pour un poids environ 4 fois moindre que celui d'une tige d'acier de même section. De tels composites sont fabriqués par différents procédés, un de ceux-ci étant connu sous le nom de pultrusion". Il consiste à imprégner les fibres longitudinales de renfort sur l'âme ou noyau et à tirer l'ensemble à travers une filière chauffée qui provoque la réticulation du produit d'imprégnation. Mais, compte-tenu du passage en filière, ce procédé ne permet pas d'obtenir des sections variables. Un autre procédé, appelé enroulement filamentaire, ' ou enrubanage, consiste à enrouler des fils présentant un angle déterminé par rapport à une génératrice, sur un mandrin rigide. Ce procédé permet l'obtention de sections variables, à condition que la pente d'enrubanage soit toujours dans le même sens, mais il ne permet pas de fabrication continue et se trouve toujours limité par une longueur déterminée de produit. De plus, il est assez difficile dans ce procédé de placer des fils dans le sens de la longueur, de façon à obtenir un module de traction ou de flexion important. Dans DE-OS-1 504 197, est décrit un procédé pour la préparation de barreaux, de profilés et de tubes, à partir de matières composites fibreuses dans lequel des fibres sont assemblées en continu à partir d'une ourdisseuse, puis envoyées dans un auget pouvant être chauffé et rempli par une résine synthétique, l'ensemble étant formé et régularisé à travers des filières. Après l'imprégnation et le formage, la matière fibreuse est enveloppée avec une matière fibreuse retordue et le composite obtenu passe à travers un ou plusieurs fours# de durcissement. Mais, comme indiqué précédemment, la présence d'une filière s'oppose à l'obtention de corps à section variable. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients des dispositifs connus et de permettre la fabrication en continu de tubes, joncs, ou analogues, présentant des sections variables. L'obtention de sections variables peut être justifiée par des nécessités de construction, notamment lorsqu'il s'agit de renforcer certaines zones du jonc, mais elle a pour but essentiel de permettre un assemblage aisé bout à bout de tubes ou joncs, réunion qui nécessitait auparavant la terminaison des éléments par des culots ou embouts, opération supplémentaire obérant les prix de revient. Selon la présente invention, le procédé de fabrication de tubes à section variable, comprenant un manchon longiligne autour duquel s'étendent parallèlement des fibres de renforcement, l'ensemble étant inclus dans une couverture, est caractérisé en ce que les fibres de renforcement, imprégnées par une résine en excès, sont déposées autour d'un manchon à section variable, ltensemble étant revêtu d'une couverture tressée posée sous tension et tiré à travers des fours polymérisant la résine. Le tressage de la couverture extérieure effectué sous tension provoque une migration ou exsudation de la résine, de l'intérieur du corps longiligne vers l'extérieur de celui-ci, de sorte que la tresse extérieure soit elle-même complètement enrobée. Le tressage s'effectue naturellement, quelle que soit la section du manchon. 1-1 peut être piloté par un détecteur de variation de section de manière à ce que le pas de tressage reste constant. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre de deux modes particuliers de réalisation, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins qui représentent - la figure.1, une vue en coupe partielle d'un tube obtenu par le procédé selon l'invention - la figure 2, un schéma de principe du raccordement de deux longueurs de tubes, permettant la réalisation d'embouts de reprise d'effort à chaque extrémité - la figure 3, une vue en coupe partielle du profilé obtenu en continu, avant qu'il ne soit coupé en vue d'une liaison telle que celle qui est représentée sur la figure 2 - les figures 4 et 5, un autre mode de réalisation, les tubes présentant des embouts coniques - la figure 6, un schéma de principe d'une installation permettant la mise en oeuvre du procédé. La figure 1 représente, en coupe verticale partielle, un tube obtenu par le procédé selon l'invention. Il se présente sous la forme d'une structure creuse enveloppée dans une couche de résine 11. A l'intérieur de cette couche de résine, on trouve, de l'extérieur vers l'intérieur, une tresse 12 qui maintient et enserre les fibres longitudinales 13 de renforcement, ces fibres 13 constituées par exemple par des fibres de verre ou des fibres de carbone, étant solidarisées par la résine 11 et collées sur le manchon 14 ou "liner", le liner étant réalisé dans un matériau léger de faible épaisseur qui ne nécessite pas de résistance mécanique particulière.Les fils longitudinaux 13 sont disposés régulièrement tout autour du liner 14, et la tresse 12 vient serrer ces fils longitudinaux contre le liner 14 et fait simultanément remonter en surface l'excédent de résine 11, de sorte que sans filière, on obtienne un état de surface convenable, la surface externe reproduisant la configuration du liner. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le liner 14 est constitué par un tube creux qui est avantageusement à section circulaire. Mais, comme indiqué ci-dessus, l'avantage du procédé selon l'invention est de permettre l'obtention d'un composite à section variable. Les figures 2 et 3 montrent un tel composite qui est fabriqué en continu. On retrouve sur cette figure la structure décrite ci-dessus, à savoir le liner 14, les fibres de renforcement 13, la tresse 12 et la résine 11. Comme celà apparait sur la figure 3, il est possible, grâce à l'opération de tressage, d'obtenir une déformation régulière des fibres 13 qui suivent naturellement le contour extérieur du manchon ou liner 14. Lorsque le diamètre du liner augmenté, l'angle de tressage 15 varie, mais, on peut pallier ce phénomène en asservissant la vitesse du métier à tresser ou du tracteur, au diamètre extérieur du liner qui est facilement contrôlée optiquement. Ainsi, malgré la variation du diamètre, et grâce à l'opération de tressage, on obtient une bonne imprégnation des fibres et l'absence de bulles d'air à l'intérieur du produit. On retrouve également l'avantage d'une remontée de la résine en surface, ce qui donne à la surface extérieure du composite un aspect régulier et exempt de fibres de renfort. Un composite tel que celui qui est représenté sur la figure 3 peut être coupé en sortie de la machine de fabrication, par exemple selon les plans A et B de la figure 3. L'extrémité coupée selon le plan B constitue alors une partie femelle 17 à l'intérieur de laquelle peut être introduite une partie mâle 16, comme celà apparat sur la figure 2. Dans le cas d'une structure démontable, la partie mâle est simplement insérée dans la partie femelle. Dans le cas d'une structure permanente, les deux pièces sont fixées par collage. Le problème de reprise d'efforts par collage d'embout à chaque extrémité, est ainsi simplement résolu. Un autre exemple d'application est représenté sur les figures 4 et 5. Dans ce mode de réalisation, une pièce biconique 18 est insérée à l'intérieur du faisceau de fibres de renforcement 13 qui, dans l'exemple représenté, constitue l'âme du câble, ces fibres étant, comme précédemment, maintenues par une tresse qui les comprime radialement. La pièce biconique 18 provoque une double déformation conique sur laquelle le tressage peut éventuellement être modifié en vue d'obtenir une densification des fibres de la tresse 12. Il est également possible de modifier la valeur de l'angle de tressage 15 pour obtenir des caractéristiques mécaniques particulières en cet endroit.Si l'on opère une coupe dans le plan milieu bicône 18, on obtient une barre 19 (représentée sur la figure 4) terminée par deux extrémités coniques 18 sur lesquelles peuvent être adaptés des embouts de fixation particulièrement résistants, et capables de reprendre la résistance en traction de la barre par effet de coincement. Cette application est extrêmement importante dans le domaine des barres en matériaux composites présentant des caractéristiques de résistance mécanique élevées, destinées notamment au remplacement des tiges métalliques lorsque se posent des problèmes de corrosion. La figure 6 représente une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les fils 13 provenant d'un cantre, sont choisis dans la gamme des fils habituellement utilisés dans l'industrie des composites (verre, carbone, "Kevlar" (Marque déposée) etc..., connus pour leurs caractéristiques de résistance en traction. Dans un' premier temps, les fils ou fibres 13 sont amenés à l'intérieur d'un bac 2 rempli d'une résine thermodurcissable du type epoxy ou polyester par exemple, ou éventuellement thermoplastique. C'est la résine appliquée qui va donner au jonc sa rigidité en combinaison avec la structure des fils de renforcement. Ils sont à dessein imprégnés en excès par la résine. A la sortie du bac 2, les fils 13 traversent un appareil écarteur 3 permettant de définir une zone 1 d'introduction d'un liner ou analogue à l'intérieur du faisceau de fils 13. Le faisceau est ensuite resserré et pénètre dans un métier à tresser 4 qui tresse une gaine 12 autour des fils parallèles dont la disposition est éventuellement modifiée par une âme intérieure 5' introduite par la zone d'introduction 1.A la sortie du métier à tresser 4, se trouve un (ou deux) four 6 destiné à provoquer la réticulation de la résine, et un ou plusieurs racleurs 7 montés de manière souple, de manière à pouvoir suivre le profil du composite destiné à éliminer, si nécessaire, l'excédent de résine. Un tracteur 8 entraine le système à vitesse continue ou éventuellement asservi à la vitesse du métier à tresser. Si nécessaire, le produit est coupé comme indiqué précédemment en 9. Afin d'obtenir une répartition constante des fibres de la tresse 12, on prévoit, de préférence dans la zone 1 un détecteur optique 5 de section connecté à un étage de commande 10 pouvant agir, séparément ou simultanément sur la vitesse de la tresseuse 4, sur la vitesse du tracteur 8, et sur le couteau 9, afin de rendre automatique le fonctionnement de l'ensemble. Il est ainsi possible de fabriquer à la continue, des tubes en matériaux composites présentant les avantages suivants - inertie chimique contrôlée en fonction du choix du matériau constituant le manchon ou "liner" intérieur - obtention d'un haut module de traction et de flexion en choisissant des fibres 13 de renfort à haut module et en calculant les quantités nécessaires - absence de fibres de renfort à l'extérieur du produit et obtention d'une bonne couverture de résine - bonne densification des fibres par la pression de la tresse durant l'opération de réticulation. Il va de soi que de nombreuses variantes peuvent être introduites notamment par substitution de moyens techniquement équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de profilés, tubes ou analogues, en matériaux composites linéaires, à section variable, comprenant un manchon longiligne autour duquel s'étendent parallèlement des fibres de renforcement, imprégnées en excés par une résine thermodurcissable, caractérisé en ce que les fibres de renforcement (13) sont déposées, après imprégnation, autour d'un manchon (14, 18) à section variable, continu ou discontinu, pénétrant dans la zone (1) d'un écarteur (3), l'ensemble étant revêtu d'une couverture tressée (12) posée sous tension, et tiré à travers au moins un four (6) par un tracteur (8). 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détecte optiquement la forme du manchon (14) par un détecteur optique (5) connecté à un étage de commande (10) agissant sur la tresseuse (4) et/ou sur le tracteur (8) ou un étage de coupe (9) en fonction des variations de section détectées. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les variations de section du manchon (14) correspondent à la formation d'embouts (17, 18) de raccordement. 4. Profilé obtenu selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon creux (14) présente, à intervalles déterminés, des parties cylindriques en surépaisseur par rapport au diamètre normal. 5. Profilé obtenu selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que un insert (18) est introduit entre les fibres (13) de renforcement constituant l'âme du profilé.