Brevet FR2626212A1 — publié le 19890728

Le présent procédé fait appel à des moules de cuisson de matériau composite pour la formation d'un panneau de revêtement renforcé en fibres imprégnées de résine. Il permet de mouler et de cuire en une seule opération, et dans un seul bloc, un panneau de revêtement simple et des renforts de dimensions variées. En plus d'offrir une grande liberté dans la pose des renforts, le procédé permet l'intégrat,on de traverses. En outre, il élimine le besoin d'adhésifs et d'attaches mécaniques. La particularité de ce procédé proviens de ses deux moules le moule revêtement sert a former le revétement, et le moule renforts sert à former les renforts et à définir les cavités qui les séparent. La présente invention se rapports a un procédé nouveau fondé sur l'utilisation de moules particu liers pour mouler et cuire en une seule opération, et dans un seul bloc, un panneau de revêtement et des ren forts en composite. L'utilisation de matériaux composites tend à s, amplifier dans la fabrication des pièces d'avion. Les matériaux composites sont généralement constitués de fibres de renforcement entrelacées et de fibres unidirectionnelles, comme la fibre Ce verre, le graphite et le bore, et imprégnées e rasines écoxydes. Ils offrent le double avantage de réduire consicérablement le recours aux attaches mécaniques, comme les rivets, pour fixer as panneaux de revetement à la structure, et former un ensemble léger mais résistant.Le brevet américain N 4 395 450 délivré à la compagnie Soeing le 25 juillet 1983 illustre bien l'utilisation de ce type de panneaux de revétement. Dans ce cas particulier, e brevet se rapporte plutot : la construction d'éléments structuraux dont les âmes renforcées sont intercalées dans un pan- neau de revêtement double. L'invention porte sur un procédé cui fait appel à des moules pour fapriquer un panneau de revête- ment simple possédant des renforts réalisés par la fusion de matériau composite. Les renforts servant à raidir et à consolider le panneau de revêtement afin que celui-ci puisse résister aux contraintes imposées. Ils se caractérisent par leurs bords tombés et recourbés à leur extrémité. Vu leur configuration, il est difficile de mouler d'une seule pièce le panneau de revêtement et les renforts, parce que la conception des moules ordinaires rend impossible l'extraction de la pièce moulée.Pour cette raison, on fabrique séparément le panneau de revêtement et les renforts, et on les unit par la suite à l'aide d'un adhésif, généralement par procédé thermique sous pression, bien que l'on puisse aussi utiliser des attaches pour fixer les renforts au panneau de revêtement. Une autre méthode de fabrication consiste à cuire dans un autoclave le panneau de revêtement et les renforts en les formant dans des moules conçus expressément pour les matériaux composites. Cependant, en plus d'être encombrants et difficiles à manipuler, ces moules sont coûteux et exigent des autoclaves particuliers. La présente invention propose un nouveau procédé qui a recours a des- moules pour cuire un panneau de revêtement renforcé en fibres Fmpréçnées de résine. Une des caractéristiques de la présente invention est l'utilisation d'un nouveau procédé selon lequel on peut cuire sans autoclave, et avec une meilleure répartition de la chaleur, un panneau de revê- tement muni de renforts qui est constitué de fibres renfort cées et imprégnées de résine. Une autre caractéristique de la présente invention fait appel à un procédé et à deux moules pour cuire en un seul bloc un panneau de revêtement et ces renforts, de façon à éliminer l'utilisatIon d'adhésifs et d'attaches mécaniques pour leur liaison. Une autre caractérlstioue ce 13 présente invention se traduit par l'utilisation de deux moules pour cuire un panneau de revêtement renforcé où les renforts sont dégagés de part et d'autre pour en faciliter l'accès lors des travaux d'inspection et de répara- tion. Une autre caractéristique de la présente invention se manifeste par l'utilisation c'un nouveau procédé, incluant les deux moules, selon lequel des surfaces internes et externes lisses sont obtenues par la cuisson d'un matériau composite contre les parois de cuisson des moules. Une autre caractéristique de la présente invention est l'utilisation d'un procédé et de deux moules pour cuire un panneau de revêtement simple renfort cé en composite. Selon ce procédé, des membranes ce moulage gonflables sont inseres dans les logements d'un des deux moules pour former les bords des renforts. une fois la cuisson terminée, on extrait les membranes se moulage par l'ouverture laIssée aux extrémités des Selon ces caractéristiques, la présente invention offre un procécé utilisant un moule renforts doté d'au moins une arte et de deux cavités qui longent l'arête de part et d'autre pour former un renfort. Selon le procédé, on dispose le stratifié en composite sur la moule renforts, puis un autre stratifie sur le moule revêtement. Ensuite, on juxtapose les deux roues e manière à mettre en contact le materiau qui se trouve sur l'arête avec celui sur le moule revêtement. Après, on gonfle la membrane de moulage afin d'appliquer une pression sur le matériau qui longe les parois du moule renforts afin de la maintenir en place. On procéde ensuite à la cuisson ou matériau, a une température et à une pression appropriée. La cuisson terminée, on retire la membrane de moulage an le faisant passer J-- ouver- ture laissée aux extrémités ces renforts. Suivant les oncepts généraux de la préssente invention, on a intégré ces tiges chauffantes cans les moules pour fournir une température répondant aux exigences de la cuisson du matériau composite. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moules servent à cuire en une seule opération le matériau composite pour former en un seul bloc le revêtement et les renforts. Le moule revêtement comprend une partie lisse destinée à cuire le matériau composite pour former le revêtement. Le moule renfort comprend une partie munie d'au moins une arête et d'au moins deux cavités qui longent l'arête. Les deux moules sont juxtaposés en vue de la cuisson du matériau composite. Les cavités comprennent chacune une membrane de moulage gonflable qui, durant le cycle de cuisson, comprime le matériau composite entre les deux moules. Pour mieux comprendre le concept de l'invention, voici une brève explication des figures jointes aux présentes. La figure 1 représente une coupe transversale d'un moule renforts et d'unmoule revêtement destinés à la cuisson du matériau composite en vue de la formation d'un panneau de revêtement renforce. La figure 2 est un agrandissement de la figure 1 montrant le matériau composite déposé sur les deux moules. La figure 3 représente une vue en plan d'un tronçon d'aile d'avion construit avec le panneau de revêtement renforcé réalisé à l'aide ce la présente invention. La figure 4 représente une vue en coupe 4-4 de la figure 3. La figure 5 représente une vue en coupe f,ag- mentée du panneau de revêtement renforcé montrant le passage d'une traverse sur un renfort dans un moule apropri. La figure 6A représente une vue en coupe frag mentée d'un moule cylindrique conçu pour le moulage d'un panneau ce revêtement renforce en composite destIné à la construction d'un fuselage. La figure 6C est un agrandissement d'une par- tie de la figure 6A. Dans les figures présentées, notamment dans les fig-ures 1 et 2, le repère 10 montre les deux moules utilisés dans le procédé décrit aux présentes : le moule revêtement repéré en 11 et le moule renforts repéré en 12. Ils permettent la cuisson en un seul bloc du panneau de revêtement et des renforts en composite, tel qu'illustré au repère 9 de la figure 4. Munis de parois de cuisson, repères 11' et 12', ils peuvent être fixés par des attaches ordinaires (non montrées), comme des char-- nières, de manière à juxtaposer les parois de cuisson. Comme l'illustre clairement la figure 1, le moule revêtement au repère 11 comporte une cavité, repère 13, destinée à recevoir le matériau qui sera cuit sur la paroi de cuisson au repère 11'. C'est dans cette cavité plate et peu profonde qu'est disposé le stratifié de fibres imprégnées de résine 22. Le moule renfort comporte des arêtes usinées ou autrement formées, repères 14 et 15, qui servent à réa- liser les renforts. Ces arêtes possècent une surface plate, repère 23, et des parois latérales, repère 23', qui s'élar- gissent vers le bas de manière à faciliter le retraIt du matériau après la cuisson. Entre es arêtes repérées en 14 et 15 se loge une cavité, repère 16, dans laquelle se trouve une membrane de moulage gonflable, repère 17. Une fois gonflée, la membrane comprime le matériau zomposi- te 21 contre chacune des parois de la cavité repérée en 16, et contre la paroi du moule revêtement lorsque les deux moules sont juxtaposés. Afin d'assurer la répartition de la chaleur à des endroits spécifiques des cavités et ces parois des moules, on a doté les moules ce tubes ou d'éléments chauf- fants, repère 18. Ceux-ci peuvent être constitués soit par des dispositifs à résistance électrique intégrés, soit par des conduits dans lesquels circule un flise chauffant. Ils s-nt disposés aux endroits où doit être cuit le matériau en fibres imprégnées de résine. Ce matériau pourrait aussi être cuit en chauffant entièrement les parois de cuisson. Dans la figure 2, on remarque un logement plat repéré en 19 servant à mouler le matériau pour former les extrémités des renforts, repère 20. Du point de vue pratique, on dispose des lisières de stratifiés en composite sur les arêtes repérées en 14 et dans le logement repéré en 19, et un panneau du même matériau, dans la cavité repérée en 13, qui est retenu par l'action gommant de la résine, par gravité, par succion, ou par d'autres moyens. On place ensuite la membrane de moulage gonflable repérée en 17 dans la cavité repérée en 16. Ainsi, elle se trouve complètement encerclée lors de la juxtaposition des parois de cuisson des moules. Ensuite, à l'aide d'une pompe (non montrée), on gonfle la membrane à la pression adéquate afin que la membrane comprime les parois du matériau composite. On cistribue ensuite la chaleur et on applique une pression extérieure sur les moules pour assurer une pression uniforme de tous les côtés. Durant la cuisson, les parties qui se trouvent en contact avec le matériau composite,comme la paroi repérée en 23 de l'arête repérée en 15, et la paroi adjacente du revêtement, s'unissent pour former un bloc solide sous l'effet de la chaleur et de la pression applicuées. La chaleur ainsi que la pression interne et externe sont appliquées pendant une période de temps précise, selon les exigences du cycle de cuisson. La cuisson terminée, on ouvre les moules après les avoir laissé refroidir et on retire les membranes, repère 17, par l'ouverture située à l'extrémité des renforts repère 20. La figure 4 illustre un produit moulé selon le procédé décrit aux présentes et montré aux figures 1 et 2. Le panneau de revêtement renforcé illustré à la figure 4 entre dans la construction de l'aile repérée en 30 à la figure 3. La figure 4 est une vue en coupe 4-4 de l'aile présentée à la figure 3. On remarque qu'en rai- son du type de construction de l'aile, se surface extérieure ne comporte pratiquement pas d'attaches. La figure 5 présente une version modifiée du panneau de revêtement renforcé. On note la présence d'un passage, repère 32, au niveau du renfort, recèpe SI, pour permettre l'adjonction d'une traverse, repère 33. Celle-ci, en forme de T inversé, est également constituée d'un ma- tériau composite et est encastrée de chaque côté par des coussinets de pression, repère 34. Dans cette configuration, on remarque une dénivellation ces arêtes, repère =, jusqu'au passage, repère 32. Sien entendu, il existe c'autres variantes de ce type de configuration. Dans les figures SA et 68, on retrouve une autre configuration du moule revêtement, repère 11''' et du moule renforts, repère 12'''. Comme on le constate, le moule revêtement est cylindrique et peut se diviser an sections, tandis que le moule renforts est formé d'un ensemble de sections dont les arêtes sont espacées latéra- lement. Les membranes de moulage gonflables sont inserees dans les logements repérés en 42 entre les arêtes repérées en 40. Ces types de moule sont utilisés dans la construc- tion de fuselages d'avion. Bien que les moules repérés en i et 12 aux présentes soient munis de dispositifs chauffants intégrés, on peut quand même les insérer dans un autoclave pour le cycle de cuisson et obtenir le degré de chaleur et de pression que cette opération exige. Il est tcuterois bien plus rentable d'incorporer tout ce suite les dispositifs chauffants, parce ou on peut ainsi erfeotuer -irectement et au même endroit la mise en place du matériau composite, le moulage et lqa cuisson.Le procédé et les moules décrits aux présentes permette. La ermation des renfcres de di mensions, d'épaIsseurs, ce largeurs et ce mes varlets. De plus, Ils permettent de disposer les renforts parallèlement, ce qui offre une grande liberté d'agencement. Ils éliminent aussi le besoin d'ébarder le matériau formant le revêtement ou les renforts, et rendent possible le moulage des surfaces planes ou courbes. Par surcroît, on peut intégrer des traverses durant la cuisson et mettre fin à l'utilisation d'attaches et d'agents de liaison secondaires pour obtenir en une seule opération et en une seule pièce un panneau de revêtement et des renforts. On peut également fabriquer des blocs complets utilisés dans la construction de pièces d'avion ou de pièces qui ne sont pas nécessairement destinées à l'industrie aéronautique, par exemple des structures de plancher ou de plafond, des murs et autres. La présente invention prévoit toute modifica- tion évidente des réalisations exposées aux présentes, à conditions que ces modifications ne dépassent pas le cadre des revendications. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour mouler et cuire en un seul bloc un panneau de revêtement simple et ce renforts en matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes a) réalIser un moule renforts (12) dont la surface en relief comprend au moins une arête (15 > et deux cavités (16) longeant l'arête ce part et d'autre b) mettre en place un matériau composite (21) dans le moule renforts, plus précisément sur as arêtes (15) et dans les cavités (16) qui donnent la forme défini- tive au matériau composite constituant les renforts c) placer une membrane de moulage gonflable (17) dans chacun des cavités cu moule renforts, en i'in- sérant par l'ouverture située à l'extrémité des renforts. d) disposer un matériau composite (22 > sur la paroi de cuisson du moule revêtement (11) ; e) juxtaposer la surface lisse (11' > du moule revêtement (11) à la surface en relief (12') ou moule renforts (12) de sorte qu'une partie du matériau 21) sur la paroi supérieure de l'arête soit en contact avec au moins une partie du matériau (22) formant le revêtement @) gonfler e a pression convenable la mem brane de moulage gonflable ( afin qu'elle comprime le matériau (21, 22) contre les parois ce cuisson (11' 12') du moule renforts et du moule revêtement ; et g) cuire le matériau (21, 22) qui se trouve dans le moule renforts et le moule revetement en fournis- sant le degré de chaleur et le niveau de pression requis. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel plusieurs arêtes (15) et cavités (16) forment le surface en relief ou moule renforts (12), et l'opération b) comprend l'insertion c une membrane gonflable å l'air (17) dans chacune ces cavités. 3.- Procécé selon la revencication 2 dans lequel les arêtes (15) sont allongées et l'opération comprend la mise en place dans le sens de la longueur de la lisière (21) de matériau composite sur les arêtes et dans les cavités, de manière que les parois des cavités puissent former les bords des renforts. 4.- Procédé selon la revendication 3, dans lequel les lisières de matériau composite (21) sont disposées dans des cavités (16) à fond plat pour former les borcs des renforts. 5.- Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel des lisières de matériau composite (21) sont disposées sur des arêtes (15 > à base évasée. 6.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la configuration des renforts est réalisée en met-tant en contact la partie du matériau (2 7.- Procédé, selon la revendication 1, dans lequel une dénivellation existe sur les arêtes (35) pour le passage de traverses (33) de manière à permettre la mise en place de celles-ci ainsi que la consolidation en une seule pièce des renforts (31) des traverses (33) et du revêtement par liaison du matériau composite durant la cuisson. 8.- Procédé, selon la revendication 1, dans lequel l'opération g > comprend la mise en place ce dispo sitars chauffants (18) intégrés aux moules pour régule la température de cuisson. 9.- DIsposItif de moulage pour un matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend un moule revêtement (11) doté d'une surface de cuisson lisse (11') et un moule renforts (12) muni d'une surface de cuisson en relief (12') et d'au moins une arête (15) et deux cavités (16) longeant l'arête de part et d'autre, oui servent à la fois à mouler et à cuire le matériau composite (21, 22) pour réaliser en un seul bloc un panneau de revêtement simple et des renforts, ces deux moules formant deux par ties conçues pour être juxtaposées et se rez armer etroita- ment, une membrane de moulage gonflable (17) étant logée dans chacune des cavités entre les surfaces de cuisson et servant, une fols gonflée durant le cycle ce cuisson, à compri@er le matériau composite contre la surface de cuisson (11') du moule revêtement (11) et contre les parois supérieure (23) et latérales (23' > de l'arête (15) du moule renforts (12) 10.- Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le moule renforts (12) comprend plusieurs arêtes (15) et cavités (16) formant la surface se cuisson en relief (12'). 11.- Dispositif selon la revencication ID, dans lequel le moule renforts (12 > comprend des arêtes (15) dans le sens e la longueur, ainsi ove des cavités (16) à fond plat disposées de part et d'autre des arêtes de ma- nière à former les rebords des renforts formant partie intégrante du panneau de revêtement renforcé. 12.- Dispositif selon la revendication 11, dans lequel le moule renforts (12 > comprend des arêtes (15) dont la forme se caractérisé, an coupe transversale, par un U inversé dont la paroi supérieure est plate et dont les parois latérales s'évasent à partir du haut. 13.- Dispositif selon les revendications 9 et 10, comprenant plusieurs dispositifs chauffants (18) destinés à chauffer les deux moules 14.- Dispositif selon la revendication 12, dans lequel les arêtes (35) du moule renforts présentant une dénivellation sur une portion déterminés pour permet tre le passage de traverses (33), , et la mise an place du matériau composite dans chacun ces cessages afin que ces traverses soient intégrees au panneau de revêtement renroroe durant la cuisson.