Brevet FR2637534A1 — publié le 19900413

La présente invention concerne un procédd de fabrication d'une. pièce en materiau composite de forme quelcon- que à partir d'nu moins une couche de matériau composite comportant une résine de liaison, ainsi qu'une pièce obtenue par ce procédé. Pour la fabrication de pièces stratifides préimpré- gnées de résine thermoplastique on commence par réaliser un empilage de couches de matériau composite. par exemple du type fibre de verre/résine thermoplastique, et on exécute ensuite, à partir de cet empilage, un formage de la pièce b fabriquer en chauffant l'empilage de couches b une te.mpra- turc supérieure au point de fusion de le matière thermoplastique et en exerçant une pression sur l'empilage dans un moule, entre une matrice et un poinçon ayant la forme que l'on désire conférer à la pièce fabriquée.Cette opération de formage peut être reslisée en deux stades b savoir un préchauffage de l'empilage de couches h une tempérnture supérieure au point de fusion de la résine. par exemple à 330oC, et ensuite un matriçage de l'empilage de couches portées à cette tempdrature. entre un poinçon et une matrice maintenus froids.Ce procédé de formage en deux temps prX sente l'inconvénient qu'il faut effectuer, après la phase de chauffage préalable, un transfert rapide de l'empilage de couches pour l'amener entre le poinçon et la matrice et ensuite un centrage correct par rapport h la matrice, ce qui constitue une opération particulièrement dlicate. Pour remédier h cet inconvénient on peut effectuer l'opération de formage en une seule phase, c'est-à-dire en amenant l'cmpiloge de couches. se trouvant alors h la température ambiante, dans le moule de In presse et an chauffant ensuite le moule, après sa fermeture et se mise en pression. et par conséquent le matériau composite des couches de l'empilage de manière å porter leur temperature b une valeur supérieure au point de fusion, par exemple environ 150e b 200 C. Un tel procédé dans lequel J'opération de chauffage 8 lieu dans le moule de la presse, présente l'inconvénient que l'énergie dépensée pour le chauffage rie la matière et le temps néces- saire pour atteinre la température appropriée sont beaucoup plus importants que dans le cas précédent. du fait des masses mises en jeu. La présente invention vise h remédier ces inconv- nients en procurent un procédé de fabrication facile h mettre en oeuvre et permettant de rdduire considdrablement la consommation d'énergie nécessaire pour le chauffage. tout en assurant une cadence de production éleviez A cet effet ce procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite de forme quelconque h partir d'au moins une couche de matériau composite comportant une résine de liaison, dans lequel, on déforme, par pressage dans un moule, cette couche pour lui donner la forme désirée de la pièce h fabriquer, et on chauffe la couche avant et/ou pendant l'opération de- pressage, est caractdrise en ce qu'avant l'opdration de pressage on met en contact. avec la couche de matériau composite, au moins un élément résistif mince et, pendant la phase de chauffage, on fait passer un courant électrique å travers l'éldment rdsintif mince de manibre å chauffer par effet Joule cet élément résistif mince ainsi que la couche de matériau composite adjacente et à porter la température de la résine de liaison de cette couche h la température de fusion désirée. Le procédé suivant l'invention peut autre mis en oeuvre avec des couches de matériau composite imprégnées d'une résine thermoplastique ou thermodurcissable. Dans le premier cas, c'est-h-dire lorsque la résine de liaison est du type thermoplastique, on chauffe la ou les couches de matériau composite. avec l'élément résistif, avant ou pendant le pressage, afin de ramollir la résine de linison et on laisse ensuite refroidir la pièce formée pour assurer son durcissement. Dans le second cas, c'est-à-dire lorsque la résine de liaison est du type thermodurcissable, on presse d'abord la ou les couches de mntb rinu composite avec l'élément résistif pour leur donner la forme désirée, puis on chauffe la ou les couches déformées afin de durcir la résine de liaison. L'élément résistif mince utilise pendant la phase dc chauffage peut être constitue de fils d'un matériau conducteur de l'électrieité. tels que des fils de cuivre. d'acier. de constantan de ferronickel, d'aluminium, ou encore des fils ou fibres de carbone. Ces fils peuvent être disposes suivant un réseau de fils parallèles ou ils peuvent constituer une grille, un tissu. ou un non tisse etc... On peut encore utiliser une poudre métallique. Suivant une forme d'exécution particulièrement avantageuse de l'invention l'élément résistif mince est constitué par un mat de fibres de carbone non tisses, ces fibres ayant par exemple une longueur de 6 b 24mm. On décrira ci-apres, h titre d'exemple non limite- tif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexe sur lequel : la figure 1 est un schéma illustrant les diverses phases du procède suivant l'invention. La figure 1 illustre l'application de l'invention h la fabrication de pièces stretifiées constituées h partir de couches de matériau composite superposes. Les figures 2,3 et 4 sont des vues en coupe illus trant diverses variantes de mise en oeuvre du procddd suivant l'invention. Le procédé de fabrication de pièces stratifiées suivant l'invention comprend, dans sa premihr-o phase A. la formation d'un empilage de couches de matériau composite en nombre quelconeue. Sur la figure 1 ont été représentées seulement deux couches de matériau composite 1 et 2 mais il va de soi que l'on peut partir d'un empilage d'un nombre quelconque de telles couches, Ces couches de matériau composite sont du type comportant un matériau relativement solide, se présentant sous forme de grains, de fibres etc.. qui est dispersé dans une résine de liaison formant matrice. Un exemple d'un tel matériau composite est constitué de fibres minérales dispersées dans une résine de liaison du type thermoplastique ou thermodurcissable. La résine thermo- plastique peut entres par exemple. du type polystyrène. polyamide, vinylique, monomère ou copolymère tel que EVA (éthylène-acétate de vinyle), thermoplastique avance h haut module, polyéthylène polyétherétherkétone, polyéthersuIfon, polycarbonate etc.. Pour la mise en oeuvre du procédas suivant l'inventien avec plusieurs couches on intercale entre les deux couches de matériau composite 1 et 2 un élément résistif mince 3 qui se trouve être ainsi pris en sandwich entre les deux couches. L'élément résistif mince 3 s'étend sur toute la surface des couches 1,2 et un peu au-delb. dans une direction, pour former des prolongements 3a,3b permettant son raccordement électrique lors de l'opération de chauffage ultérieure. L'élément résistif mince peut être constitué par des fils parallèles en matériau conducteur dc l'électricité, par exemple en cuivra, scier, ferronickel. constantan. ou fils ou fibres de carbone.Il peut être aussi constitué par une grille, une nappe ou encore, par exemple un mat de fibres de carbone non tissées, ces-fibres étant agglomérées par un liant approprié. Les fibres de carbone sont de prd- férence B base de polyacrylonitrile. L'avantage d'un tel mat de fibres de carbone, utilisé comme élément chauffant est d'obtenir une distribution homogène et régulière de la chaleur par effet Joule sur toute la surface du plan d'assemblage entre les deux couches 1 et 2. La deuxième phase B du procédé de fabrication suivant l'invention consiste å chauffer les deux couches de matériau composite 1,2 en faisant passer un courant élec- trique å travers l'élément résistif mince 3 intercalé entre elles. A cet effet on raccorde les deux prolongements 3a,3b de l'élément résistif 3 aux deux bornes dtune source 4 de courant électrique continu ou alternatif. Le passage du courant h travers l'élément résistif 3 se traduit par un échauffement de cet élément et la chaleur produite est transmise h l'intérieur des couches de matériau composite 1,2 pour ramollir la résine thermoplastique qu'elles contiennent.Cette opération de chauffage peut être réalisée h l'intérieur du moule ouvert d'une presse de fermage reprd- sentée schématiquement sur la dessin par un poinçon 5 et une matrice 6. tine fois la température appropriée atteinte ctest-å-dire la résine de liaison suffisamment ramollie, on ferme le moule en serrant l'un contre l'autre le poinçon 5 et la matrice 6, ce qui assure la déformation des couches 1,2 comme il est représenté par la phase de fermage G sur la figure 1. Suivant une variante de rdalisation on peut réaliser le chauffage pendant l'opération de pressage. On coupe ensuite l'slimentation électrique de 1'd ment résistif 3 pour laisser refroidir la pièce formée . Une fois la résine durcie la pièce formée 7 obtenue après démou lage (phase D) apparat constituée par les deux couches durcies et déformées 1 et 2 entre lesquelles est emprisonné l'élément résistif mince 3. La pièce 7 ainsi forme est ensuite débarrassée des prolongements externes 3a,3b dc l'élément résistif 3. Le procédé suivant l'invention peut entre également mis en oeuvre avec des couches de matériau composite 1,2 contenant une résine du type thermodurcissable. Dans ce cas l'opération de formage C, dans le moule 5,6, a lieu an premier, après quoi on alimente électriquement l'élément résis- tif 3 pour provoquer le chauffage des couches 1,2 et par conséquent le durcissement de la résine contenue dans chacune des couches 1,2 alors déformées entre le poinçon 5 et la matrice 6 de la presse. cette opération étant suivie. comme dans le cas précédent, d'un refroidissement. Dans la variante d'exécution représentée sur la figure 2 le procédé de fabrication suivant l'invention est mis en oeuvre avec une seule couche de matériau composite 1 qui est placée contre un élément résistif mince indépendant 3 dans le moule 5,6 ouvert. Dans le cas de la Fabrication d'une pièce B partir d'une seule couche de matériau composite 1, il est particulièrement avantageux d'utiliser une couche 1 b laquelle adhère déjh l'élément résistif 3 et qui est donc prête h l'emploi, comme il est représenté sur la figure 3. Dans ce cas l'ensemble constitué par la couche 1 et de l'élément résistif 3 est obtenu par placage ou pelliculoge. On peut également utiliser. dans le procédé suivant l'invention, une seule couche 1 dans laquelle à été préalablement noyé l'élément résistif mince . comme il est représenté sur la figure 4. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'une pièce en bntdrinu composite de forme quelconque h partir d'au moins une couche de matériau composite (1,2) comportant une résine de liaison, dans lequel on déforme, par pressage dans un moule 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque la résine de liaison est du type thermoplastique, on chauffe dtabord la couche (1,2) avec l'élément résistif mince (3) afin de ramollir la résine de liaison puis on presse et on laisse ensuite refroidir la pièce for mée pour assurer son durcissement. 3,- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque la résine de liaison est du type thermoplastique, on chauffe, pendant l'opération de pressage, la couche (1,2) avec l'élément résistif mince (3), afin de ramollir la résine de liaison, et on laisse ensuite refroidir 18 pièce formée pour assurer son durcissement. 4.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque la résine de liaison est du type ther modurcisssble, on presse d'abord la couche de matériau composite (1,2) avec l'élément résistif mince (3) pour lui donner la forme désirée, puis on chauffe la couche déformée (1,2) afin de durcir la résine de liaison. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on utilise un élément résistif mince (3) constitué de fils d'un matériau condtlc teur de l'électricité, tels que des fils de cuivre, d'acier, de constantan de ferronickel, d'aluminium. ou encore des fils ou fibres de carbone, ces fils étant disposés suivant un réseau de fils parallèles ou pouvant constituer une grille, un tissu ou un non tissé. ou bien encore d'unepoudre métallique. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on utilise un élément résistif mince (3) qui s étend sur toute la surface des couches (1,2) et un peu nu-del, dans une direction, pour former des prolongements (3a,3b) permettant son raccordement électrique lors de l'opération de chauffage. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendicntions précédentes caractérisé en ce qu'on utilise au moins une couche de matériau composite (i) dans laquelle est préalablement noyé l'élément résistif mince (3). 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'on utilise au moins une couche de matériau composite (1) sur une face de laquelle est appliqué l'élément résistif mince (3). 9.- Procédé suivant l'une quelconque des revendicatiens I à 6 caractérisé en ce qu'avant l'opération de pressage on forme un empilage d'au moins deux couches de matériau composite (1,3) en intercalant entre les couches au moins un élément résistif mince (3). 10.- Pièce stratifiée obtenue par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 å 9.