Brevet FR2629010A1 — publié le 19890929

Dispositif d'étanchéité pour La polymérisation d'une pièce de forie et procédé de fabrication d'une telle pièce. DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif d'etanchéité conçu pour assurer la poiimérisation sous vide d'une pièce de forme sur un moule, ainsi qu'un procédé de fabrication d'une telle piece. Dans de nombreuses industries, on utilise des éléments en matériaux composites, notamment pour constituer l'habiLlage décoratif interne d'un volume habité. Parmi ces industries, on citera par exemple Les industries aeronautique et automobiLe, Le mi lieu nautique, les transports ferroviaire et maritime, Le bâtiment, etc.. Selon les applications, Les éLéments d'habillage peuvent avoir des formes très differentes et les matériaux composites qui Les constituent Sont, selon Le cas, monolithiques ou de structure sandwich. Les materiaux composites constituant ces éléments d'habillage sont pratiquement toujours constitués de fibres de carbone noyées dans une matrice de matière plastique dont La rigidification est obtenue par une réaction de polymerisation. Pour que cette réaction puisse se produire, il est nécessaire d'élever la température du matériau et de faire le vide. Sur la figure 1 des dessins annexés, on a représenté schématiquement une partie d'un dispositif utilisé actuellement pour fabriquer des pieces de forme en matériaux composites destinées notamment à constituer des éléments d'habillage d'un volume habité. Ce dispositif comprend un moule 10 dont la face superieure active a une forme complementaire de celle de La pièce à fabriquer. Le matériau M constitutif de La pièce a fabriquer et qui se presente à L'origine sous forme maleable est drapé sur la face active du moule 10. Un tissu de drainage 12 est placé sur toute la surface du matériau M, après que ce dernier ait été recouvert d'un film 14 empêchant le tissu 12 d'adhérer sur ce matériau. Un dispositif d'étanchéité est ensuite mis en place sur le moule, de façon à recouvrir en totalite le matériau M, le tissu de drainage 12 et Le film anti-adhérent 14 et à coopérer de manière étanche avec le bord périphérique du moule 10. En faisant ensuite Le vide entre ce dispositif d'étanchéité et le moule, et en éLevant la température, on réalise La polymérisation du matériau M, qui devient alors rigide. Comme l'illustre la figure 1, le confinement étanche du matériau M recouvert du film anti-adherent 14 et du tissu de drainage 12 sur Le moule 10 est réalisé actuellement en plaçant sur toute la périphérie du moule 10 un cordon de mastic d'étanchéité autocollant 16, puis en recouvrant le tissu de drainage 12 et le cordon de mastic 16 par un film plastique déformable 18 de très faible épaisseur (par exemple 0,06 mm environ). Une valve anti-retour montée de façon étanche dans Le film plastique déformable permet de raccorder le dispositif d'étanchéité ainsi réalise à une pompe à vide. Cette technique utilisée actuellement présente de nombreux inconvénients. Ainsi, Le cordon de mastic qui assure L'étanchéité entre Le film plastique et Le moule est un organe perissable qui ne peut pas etre récupéré après poLymérisation. De plus, l'approvisionnement doit être fait à des dates très précises et le stockage doit satisfaire à des conditions de temperature et d'hygrométrie très pénalisantes. Le film plastique déformable assurant L'étanchéité du confinement est également irrecupérable après la polymérisation. Il doit en outre être capable de résister à des temperatures pouvant s'éle- ver jusqu'a 1500c à 200 C environ. Enfin, La mise en place du cordon de mastic et du film plastique conduit à une perte de temps importante. L'invention a principalement pour objet un dispositif d'étanchéité conçu pour être utilisé pour polymériser des pièces de forme en matériau composite à la place du cordon de mastic d'étanchéité et du film plastique utilisés actuellement, ce dispositif d'étanchéité constituant un produit unique apte à être réutilisé après chaque polymérisation et dont la réalisation, La mise en place et le stockage ne réclament pas de soins particuliers. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce de forme par polymérisation utilisant un tel dispositif d'étanchéité. Ainsi, il est proposé conformément à l'in- vention un dispositif d'étanchéité, pour la polymérisation d'une pièce de forme sur un moule, caractérisé par Le fait qu'il comprend un cadre rigide portant sur une face un organe d'etancheite apte à venir s'appliquer sur Le moule, Line membrane souple et etanche dont un bord périphérique est fixé de façon étanche sur le cadre rigide, et un embout traversant la membrane de façon étanche et apte à être relie à une source de vide. SeLon un mode de realisation particulier de l'invention, L'organe d'étanchéité est un boudin creux, en un matériau souple tel qu'un matériau elastomère, comportant un talion fixé sur le cadre rigide et, de preference, une Levure apte à venir s'appliquer sur le moule à l'extérieur du boudin creux. Le cadre rigide peut être constitue par un tube creux dont L'une des faces presente, sur toute la longueur du tube, une fente dans laquelle est emboîté Le talon du boudin creux. Le tube creux formant le cadre rigide présente notamment une section carrée dont un côté forme ladite face du tube. Par ailleurs, le bord périphérique de la membrane, qui est réalisee de préférence en un matériau élastomère, est presse entre une face du tube creux opposée à La face apte à s'appliquer sur le moule et une bande rigide par des moyens de fixation tels que des vis. Un mode de réalisation particulier de l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement Limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe representant une partie d'un dispositif permettant de fabriquer une piece de forme par polymérisation selon la technique antérieure ; - La figure 2 est une vue en perspective représentant un dispositif d'étanchéité conforme à l'invention, pour La réalisation d'une pièce de forme sur un moule par polymérisation ; et - la figure 3 est une vue en coupe comparable à la figure 1 illustrant la fabrication d'une piece de forme par polymérisation, à L'aide du dispositif d'etancheite de la figure 2. Sur la figure 2, on a designe de façon genérale par la référence 20 un dispositif d'étanchéité conforme à L'invention. Ce dispositif est destiné, comme on le verra ulterieurement, à être placé sur un moule pour assurer Le confinement étanche d'un matériau drapé sur ce moule, afin d'assurer la mise sous vide de ce matériau nécessaire à sa polymérisation. Le dispositif d'étanchéité 20 constitue un produit unique et recupérable qui se compose principalement d'un cadre rigide 22 portant sur l'une de ses faces un organe d'étanchéité 24, et d'une membrane d'étanchéité souple 26 dont le bord périphérique est fixé de façon étanche sur Le cadre rigide 22. De façon plus precise, le cadre 22 est formé dans un tube métallique creux, de section carrée, comme L'illustre La figure 3. Les différentes portions de tube constituant le cadre sont assemblées de façon étanche par soudure, de façon à donner au cadre une forme complementaire de la forme du bord périphérique du moule 10 avec lequel le dispositif d'étanchéité 20 doit être utilisé. Dans la majorité des cas, Les deux faces opposées du cadre 22, qui sont formées par deux côtés opposés du carré définis en section par le tube formant ce cadre, sont planes. Il est cependant possible de donner à ces faces des formes non planes dans certains cas particuliers. Sur L'une des faces du cadre 22 prévue pour être tournee vers Le moule 10, une fente 28 est formée sur toute La longueur du tube, approximativement au centre du côté du carré défini en section par ce tube. L'organe d'étanchéité 24 est constitué quant à Lui par un boudin creux réaLisé en un matériau souple et etanche tel que du caoutchouc ou que tout autre matériau élastomère résistant à des temperatures d'environ 1500C à 2O00C. Le boudin creux constituant L'organe d'étanchéité 24 présente une section approximativement circulaire et s'entend sur toute la Longueur du cadre 22, auquel il est fixe par un talon 30 à section en forme de T, qui est emboîté à force dans le tube formant Le cadre 22 par La fente 28. Afin d'améliorer L'étanchéité, un produit élastomère vulcanisant à température ambiante et ayant Les mêmes caractéristiques de tenue en température que L'organe d'étanchéité 24 est interposé entre ce dernier et le cadre 22. L'organe d'étanchéité 24 est ainsi solidarisé de façon étanche du cadre 22, d'une manière qui apparait clairement sur la figure 3. Pour parfaire L'étanchéité de son contact avec le moule 10, le boudin creux constituant l'organe d'étanchéité 24 comporte de préférence, dans sa partie opposée au talon 30 et tournée vers l'extérieur par rapport au boudin, une Lèvre 32. La membrane souple et etanche 26 est réalisée quant à elle en un matériau élastomère vulcanisé, d'épaisseur voisine de 1,5 mm à 2 mm et capable de résister à des températures d'environ 1500C à 2000C. Le bord périphérique de la membrane 26 est fixé sur La face du cadre 22 opposée à La face portant L''organe d'étanchéité 24 par des organes de fixation tels que des vis 34. Ces vis 34 sont visses dans des trous taraudés formés dans La face du cadre 22 opposée à La fente 28 et une bande rigide 36, par exemple métallique, est placée entre Les têtes des vis 34 et le bord périphérique de la membrane 26, de telle sorte que ce bord est pressé de façon étanche entre la bande 36 et le cadre 22. En se reportant à la figure 2, on voit qu'un embout 38 équipé d'une valve anti-retour traverse ta membrane 26 de façon étanche. L'embout 38 permet de raccorder Le dispositif 20 à une source de vide (non représentee), pour assurer la mise en dépression de la pièce lors de sa polymérisation. L'utilisation du dispositif 20 qui vient d'être decrit pour la fabrication d'une pièce de forme conformément à l'invention va maintenant être décrite en se référant à la figure 3. Au cours d'une première étape, en elle-meme classique, Le matériau malléable M destiné à constituer la pièce après sa polymérisation est drapé sur la face supérieure 10a du moule 1 0, dont la forme est complementaire de celle de la pièce à réaliser. On applique ensuite directement sur le matériau M un revêtement anti-adherent 14 tel qu'un film de tétrafluoréthylène, puis un tissu de drainage 12 constitué de fibres grossièrement tissées et n'entravant pas Le passage de l'air lors de la mise en dépression. Le revêtement anti-adhérent 14 a pour fonction, de façon habituelle, d'empêcher le collage du matériau M sur le tissu de drainage 12. Selon l'invention, le dispositif d'étanchéité 20 est ensuite mis en place, de telle sorte que L'organe d'étanchéité 24 soit en contact avec La partie périphérique de La surface supérieure 10a du moule 10, au-delà des bords périphériques du matériau M, du film anti-adhérent 14 et du tissu de drainage 12. En raccordant l'embout 38 à une pompe à vide, on assure ensuite la mise en depression du volume délimite entre la face supérieur 10a du moule 10 et la membrane 26, à l'intérieur de L'organe d'étanchéité 24. La membrane 26 se plaque alors sur l'empilement formé par Le matériau M, le film anti-adhérent 14 et le tissu de drainage 12, comme le montre la figure 3. Le tissu de drainage 12 a précisément pour fonction d'assurer un bon placage de la membrane 26 sur le moule. On place ensuite l'ensemble dans une etuve et on élève la température jusqu'a environ 15O0C à 2000C pendant une période suffisante pour assurer la polymérisation complète du matériau M constituant la pièce de forme à realiser. Lorsque la pièce est terminée, l'air est admis à nouveau par l'embout 38 et le dispositif d'étanchéité ZO peut être enlevé, puis réutilisé autant de fois que nécessaire. La membrane 26 peut notamment être fabriquée à partir d'une plaque d'élastomère crue (non vulcanisée). Cette plaque est découpee aux dimensions souhaitées et placée sur Le moule 10 en éliminant Les bulles d'air avec soin. On place ensuite sur la plaque d'élastomère un film d'étanchéité dont Le bord périphérique coopère de façon étanche avec le bord du moule par un cordon de mastic, après avoir pris soin d'interposer entre l'élastomère cru et le film d'étanchéité un film anti-adhérent et un tissu de drainage, selon la t e c h n i q'u e anterieure décrite précédemment en se référant à La figure 1. La plaque d'élastomère est ensuite vulcanisée en étuve sous vide à une température d'environ 1800C pendant 2 heures. Grâce au dispositif d'étanchéité selon l'invention, le film et Le mastic d'étanchéité i rré- cupérables utilisés antérieurement sont remplacés par un produit unique et récuperable. Il en résulte notamment un gain de temps dans la mise en oeuvre du procédé de polymérisation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. En particulier, on comprend que le tube formant te cadre rigide du dispositif ainsi que L'organe d'étanchéité par laquelle ce tube est en appui sur le moule peuvent avoir des formes differentes de celles qui ont été décrites. De même, La fixation etanche du bord périphérique de La membrane sur le cadre peut être assurée d'une façon differente de celle qui a été décrite. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité, pour La polymérisation d'une pièce de forme sur un moule 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par Le fait que l'organe d'étanchéité (24) est un boudin creux, en un matériau souple, comportant un talon (30) fixé sur le cadre rigide (22). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérise par le fait que le boudin creux est muni d'une levure (32) apte à venir s'appliquer sur Le moule (10) à l'extérieur dudit boudin. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le matériau souple dans lequel est formé le boudin creux est un matériau élastomère. 5. Dispositif selon L'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérise par le fait que le cadre rigide (22) est un tube creux dont ladite face présente sur toute La Longueur du tube une fente (28) dans laquelle est emboite le talon (30) du boudin creux. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que Le tube creux présente une section carrée, dont un côté forme ladite face. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que le bord périphérique de La membrane (26) est presse entre une face du tube creux opposée à La face apte à s'appliquer sur Le moule et une bande rigide (36) par des moyens de fixation (34). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les moyens de fixation sont des vis (34). 9. Dispositif selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par Le fait que La membrane souple (26) est réalisée en un matériau élastomère. 10. Procédé de fabrication d'une pièce de forme par polymérisation, consistant à - disposer un matériau (M) à polymériser sur un moule (10) ; - appliquer un revêtement anti-adhérent (14) sur ce matériau ; - placer un tissu de drainage (12) sur ce revêtement ; - mettre en place un dispositif d'étanchéité (20) sur le moule de façon à recouvrir Le matériau, son revêtement et le tissu de drainage ; - faire le vide entre le dispositif d'étanchéité et le moule ; et - polymériser le matériau (M) ; caractérisé par Le fait qu'on utilise un dispositif d'étanchéité (20) selon L'une quelconque des revendications précédentes.