Brevet FR2642357A1 — publié le 19900803

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un éLément mouLé, tel qu'une vessie ou un conformateur en élastomère destiné à être utilisé pour le mouLage de pièces en matériau composite. La fabrication des pièces en matériau composite comporte habituellement une étape de mouLage sous pression, au cours de laquelle on donne à ces pièces leur forme définitive. Pour réaLiser des pièces de formes particulières, on utilise fréquemment, Lors du moulage de ces pièces, au moins une vessie ou un conformateur en élastomère associé à un moule rigide. Ainsi, Lors de la fabrication de pièces en matériau composite comportant des parties en creux, des vessies mises sous pression Lors du moulage peuvent être utilisées comme noyaux de moulage pour amener la pression dans ces parties en creux. On utilise également des vessies en éLastomère pour appliquer une certaine pression sur des pièces en matériau composite moulées sur un cyLindre intérieur, Lors de la fabrication de pièces tubulaires.Bien entendu, ces deux utilisations d'éléments moulés en élastomère ne constituent que des exemples parmi d'autres de techniques de moulage de pièces en matériau composite mettant en oeuvre des éléments en élastomère. Par ailleurs, il est important de noter que des éléments moulés en élastomère sont utiLisés dans d'autres secteurs techniques et que L'invention concerne aussi La fabrication de tels éléments, indépendamment de l'utilisation qui en est faite. La fabrication des éléments moulés en élastomère tels que ceux qui sont utiLisés pour le moulage des pièces en matériau composite doit permettre d'obtenir des éléments présentant une géométrie bien définie et un état de surface parfaitement lisse sur La face desti née à être en contact avec la pièce à mouler. Une solution souvent utilisée actueLLement pour fabriquer ces éLéments en éLastomère consiste à mouler un produit non vulcanise dans un moule du type poinçonmatrice. De façon plus précise, le produit frais non vuLcanisé est d'abord déposé sur le poinçon, puis l'outil- Lage de moulage est fermé. Afin d'assurer la bonne vulcanisation du produit, une pression est appLiquée sur ceLui-ci en cours de cuisson, soit au moyen d'une presse, soit en plaçant L'ensemble dans un autocLave. Après avoir subi le cycle de température nécessaire à la vulcanisation, L'élément ainsi réalisé est extrait du moule. La figure 1 illustre de façon schématique un exemple de moulage en autoclave d'une vessie en élastomère à L'aide de ce procédé cLassique. Sur cette figure, La référence 1 désigne le produit frais non vulcanisé, qui est placé dans un moule 2 en pLusieurs parties aptes à être rapprochées Les unes des autres sous L'effet d'une mise en pression. Plus précisément, Le mouLe 2 comporte un poinçon 2a sur lequel est d'abord déposé Le produit 1 et des parties mobiles 2b et 2c qui sont ensuite placées sur le poinçon 2a portant le produit 1, puis recouverte successivement d'un tissu de drainage 3 et d'une vessie d'étanchéité 4. L'ensembLe ainsi formé est ensuite placé dans un autocLave assurant L'application de la pression sur Les différentes parties du moule, ainsi que Le dérouLement du cycLe de température nécessaire à La vulcanisation. Dans ce procédé connu, le produit non vulcanisé 1 qui est pLacé dans Le mouLe fLue Lors de La mise en pression. Par conséquent, des réserves la doivent être prévues sur les bords du moule pour absorber Les excédents de produit Lors de ce fLuage. Lorsque Le moulage est terminé, L'éLément mouLé présente donc des surLon- gueurs qui doivent ensuite être découpées, ce qui repré sente une opération suppLémentaire augmentant Le coût de La fabrication. Cette opération supplementaire de découpe de surlongueurs se traduit égaLement par une perte de matière qui, notamment dans Le cas des èlastomè- res à base de silicone, augmente aussi le coût de La fabrication compte tenu du prix de revient de ces produits. Par ailleurs, L'exempLe de moulage d'éLéments en élastomère iLLustré sur La figure 1 montre que L'outilLage de mouLage comporte de nombreux éLéments mobiLes qui rendent le coût de cet outillage reLativement élevé. La fabrication des éLéments en élastomère dans des mouLes fermés teLle qu'iLLustrée sur la figure 1 conduit également à la présence de joints entre les différents éléments mobiles du mouLe. Ces joints engendrent autant de défauts qui seront à éLiminer avant L'intégration de L'éLément élastomère dans le moule de la pièce en matériau composite. Cela a également pour conséquence d'accrottre le coût de fabrication de cette dernière pièce. Ces inconvénients, qui pénalisent aussi bien le coût de fabrication des éLéments en élastomère que le coût de l'outiLlage utilisé pour leur mouLage, pèsent Lourdement dans Le coût de réaLisation des pièces en matériau composite. En effet, Les éLéments élastomères qui sont utilisés pour le moulage de ces pièces ont une durée de vie Largement inférieure à L'ensemble de L'outiLLage de mouLage et doivent donc être remplacés fréquemment, même s'ils sont récupérabLes d'un moulage à L'autre. Enfin, dans Le cas particuLier de La fabrication d'un éLément moulé en éLastomère présentant une forme de révolution, telle qu'une forme tubulaire, il est nécessaire d'appliquer en tout point une pression orientée radiaLement, qui pose de nombreuses difficultés. En effet, le produit frais non vulcanise est alors placé sur un mandrin non déformable et la pression doit être appliquée sur ce produit au moyen d'un conformateur en deux parties au moins, ce qui impose de laisser un jeu entre ces deux parties afin de transmettre La pression de compactage au produit. L'invention a précisément pour objet un nouveau procédé de fabrication d'un éLément moule en éLastomère destiné notamment à être utiLisé dans La fabrication de pièces en matériau composite, ce procédé permettant de remédier à l'ensembLe des problèmes exposés ci-dessus et notamment d'accéder à des formes plus complexes pour un coût de réalisation moindre. Selon l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un procédé de fabrication d'un élément moule en élastomère, caractérisé par le fait qu'il consiste : - à déposer sur un moule unique indéformable équipé d'un Système de vide une feuille d'élastomère calandrée et non vulcanisée, en interposant un tissu de drainage entre la feuille et le moule ; - à créer un vide entre la feuille d'éLastomère et le moule, de façon à plaquer la feuille contre ce dernier ; puis - à soumettre La feuille d'élastomère ainsi plaquée contre le moule à un cycle de cuisson, pour vulcaniser cette feuille. Dans ce procédé, l'utilisation d'une feuille d'élastomère calandrée et non vulcanisée permet d'utiliser cette feuille comme vessie d'étanchéité au vide, ce qui autorise La suppression des pièces mobiles du moule utilisées selon les techniques antérieures. De plus, le produit a un caractère collant suffisamment prononcé pour lui permettre d'adhérer sur le moule et d'initier une auto-étanchéité. L'application de La pression est ainsi assurée en créant Le vide entre la feuille de produit calandré et Le moule. Cet agencement permet donc de réduire le coût de L'outillage de moulage et de simplifier les opérations de fabrication de L'éLement en élastomère puisqu'il n'existe plus de défaut ni de surlongueur å supprimer, comme dans la technique antérieure. Par ailleurs, l'application de La pression par création d'une dépression entre La feuille de produit élastomère et le moule permet d'appliquer sur toute la surface de la feuille une pression uniforme, quelle que soit la forme du moule. Le tissu de drainage qui est pLace entre la feuille d'élastomère et le moule sert à limiter Les pertes de charge et évite en particulier les effets d'auto etancheité, qui pourraient isoler des bulles d'air entre le moule et la feuille d'élastomère, créant ainsi des défauts de géométrie. Pour faciliter le démouLage, ce tissu de drainage est avantageusement enduit d'un produit démoulant soit par dépôt, par pulvérisation, soit par trempage dans une solution. Afin de garantir la création d'un vide entre La feuille d'élastomère et le moule, la région de la feuille la plus proche des bords qui ne sont pas adjacents à d'autres bords de La feuille est en contact direct avec le moule. Pour La même raison, dans le cas où La feuille d'élastomère comprend des bords adjacents, comme c'est notamment le cas Lors de la fabrication d'un élément de forme tubulaire, ces bords se recouvrent sur une distance donnée. Lorsque la forme de L'élément en blastomère à fabriquer est non développable, et à condition que cette forme ne soit pas trop accidentée et que L'épaisseur de l'élément moule puisse ne pas être parfaitement constante, le procédé de fabrication selon L'invention permet de fabriquer directement cet élément par moulage, sans découpe préalable. CeLa constitue un autre avantage notable par rapport å La technique antérieur, avec Laquelle la fabrication de tels éléments nécessitait des découpes préalables du matériau élastomère longues et fastidieuses, engendrant des pertes de matière et imposant Le plus souvent l'utilisation d'un gabarit constituant un outillage supplémentaire. Un mode de mise en oeuvre préférentiel du procédé de fabrication selon l'invention va à présent être décrit, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe il lustrant de façon schématique la fabrication d'un élément moulé en élastomère selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue en coupe représentant de façon schématique la mise en place sur un moule, des produits nécessaires à la fabrication d'un élément en élastomère, conformément à L'invention ; - La figure 3 est une vue comparable à la figure 2 illustrant La position prise par Les produits lors de L'application du vide ;; - La figure 4 illustre schématiquement la fabrication d'un élément moulé en élastomère de forme tubu Laire conformément à l'invention ; et - les figures Sa, 5b et 5c sont des vues en coupe et en perspective illustrant de façon schématique des éléments en élastomère de formes complexes réalisés par le procédé selon l'invention. Comme L'illustre La figure 2, Lorsque L'on désire fabriquer un élément en élastomère conformément à l'invention, on utilise un moule indéformable 12, par exemple en forme de poinçon. Le mot "indeformable" signifie ici que ce moule est rigide et ne comporte aucune pièce mobiLe. Un ou plusieurs passages 16 reliés à une pompe à vide (non représentée) débouchent sur la face supérieure utile 12a du moule 12, à une certaine distance des bords périphériques de ce dernier. Dans un premier temps, on place sur la face 12a du moule 12 un tissu de drainage 13 enduit d'un produit démoulant. Ce dernier produit, qui doit être choisi en s'assurant qu'il n'est pas un inhibiteur de la vulcanisation, peut être soit dépose sur Le tissu par pulvérisation, soit introduit en trempant Le tissu dans une solution appropriée. Le tissu de drainage 13 recouvre La totalité de la face 12a du moule 12, à l'exception d'une zone périphérique délimitant une bande dépourvue de tissu, de largeur déterminée, s'étendant à proximité du bord périphérique de cette face 12a. Une feuille 18 d'élastomère calandrée et non vulcanisée est ensuite placée conformément à l'invention sur La face 12a du moule 12, de façon à recouvrir en totalité le tissu de drainage 13 ainsi que la zone périphérique du moule dépourvue de tissu de drainage. Cette description des préparatifs au moulage d'un élément en élastomère conformément à L'invention faite en référence à La figure 2 permet de mettre en évidence, par comparaison avec L'outillage de moulage utilisé selon la technique antérieure illustrée par la figure 1, La grande simplification de cet outillage permise par L'invention. IL est à noter que Le procédé de fabrication original selon l'invention repose notamment sur les pro priétés physiques des produits élastomères calandrés et non vulcanises. Ainsi, la porosité de ces produits est suffisamment faible pour permettre de créer un vide dans l'espace 20 délimité entre Le moule 12 et la feuille 18. De plus, ces produits peuvent s'allonger et fluer comme une pâte à modeler, de façon à venir se plaquer étroite ment contre le moule lorsque ce vide est créé. Enfin, les produits élastomères calandrés et non vulcanisés ont un caractère collant suffisamment prononcé pour adhérer sur le moule dans les zones périphériques dépourvues de tissu de drainage 13 ce qui permet d'assurer L'étanchéité de L'espace 20. Lorsque la mise en pLace illustrée sur La figure 2 est terminée, un vide est créé, au travers du ou des passages 16, dans L'espace 20 délimite entre Le moule 12 et la feuille d'elastomère 18. Gracie aux propriétés physiques précédemment énoncées du produit constituant cette feuille, le vide obtenu dans cet espace est suffisant pour plaquer en tout point la feuille d'élastomère 18 contre la face 12a du moule 12, pour donner à cette feuille la forme de cette face 12a. La dépression ainsi créée dans l'espace 2C permet de plaquer La feuille d'élastomère uniformément contre le moule avec une pression pratiquement identique en tout point de cette feuille, comme L'illustrent Les flèches sur La figure 3, et cela quelle que soit La forme du moule. Au cours de La mise sous vide de l'espace 20, le tissu 13 interposé entre Le moule 12 et La feuille d'élastomère 18 non vulcanisée sert à éviter les effets de collage ponctuels de La feuille 18 sur Le moule, qui pourraient avoir pour conséquence d'isoler des bulles d'air entre la feuille 18 et Le moule 12, ce qui pourrait conduire à créer des defauts de géométrie dans L'#lément en élastomère vuLcanisé. Le vide ainsi créé dans L'espace 20 permet donc d'appliquer sur La feuille d'élastomère calandrez et non vulcanisée une pression uniforme nécessaire à une bonne vulcanisation de cette feuille lorsque L'ensemble de l'appareillage illustre sur la figure 3 est soumis à un cycle de températures permettant de realiser cette vulca nisation, d'une manière en elle-même connue. IL est intéressant d'observer qu'au cours de la vulcanisation, le chauffage de l'ensemble formé par L'outillage et par le produit à vulcaniser est facilité par rapport aux procédés classiques- de mouLage poinçonmatrice, à la fois en raison du caractère moins massif de cet ensemble et du fait que Le produit à vulcaniser est directement en contact avec Le flux de gaz chauds. A la fin du cycle de températures, la dépression régnant pendant ce cycle dans l'espace 20 est supprimée, de telle sorte que L'élément en élastomère 18, alors vulcanisé, peut être immédiatement séparé du moule 12. Compte tenu de La structure originale de L'outillage utilisé selon L'invention, Les surlongueurs de moulage et les défauts produits par la présence de joints entre différents éléments mobiles du moule, dont La suppression nécessitait des opérations supplémentaires de découpe et de finition selon La technique antérieure, n'existent plus. Par Conséquent, le temps nécessaire à La fabrication de l'éLément moule en élastomère est reduit et aucune perte de matériau élastomère ne se produit. Le coût des éléments en élastomère est donc sensiblement diminué par rapport aux procédés utilisés anterieurement, ce qui permet de réduire le coût de fabrication des pièces en matériau composite nécessitant L'utilisation de tels éléments. Par ailleurs, L'utilisation de produits élastomères calandrés et non vulcanisés permet, compte tenu des possibilités d'allonge-ment de ces produits,-de réaliser sans découpe préalable des elements moulés présentant des formes non développables de géométrie relativement peu accidentées.Le fluage du produit frais au moment de l'application du vide permet en effet de compenser Les variations de développé et a pour seule conséquence que l'épaisseur de l'élément moulé n'est pas tout à fait la même en tous points, ce qui est acceptable dans de nombreux cas Cette dernière possibilité constitue un autre avantage du procedé selon l'invention par rapport à la technique antérieure décrite précédemment en se référant à La figure 1, dans laquelle le moulage de l'élément en élastomère devait impérativement être précédez dans ce cas d'une opération de découp#e préalable.Cet avantage se traduit ici encore par une diminution du coût de fabrication des éléments moulés en élastomère et des pièces en matériau composite dont la fabrication nécessite l'u- tilisation de tels éléments. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit en se référant aux figures 2 et 3, Les bords de la feuille d'élastomère 18 sont tous éloignés des autres bords de cette même feuille. La création d'une dépression dans L'espace 20 nécessite donc une certaine adhérence des zones périphériques de la feuille 18 sur le moule 16, qui est obtenue en ne garnissant pas ce dernier de tissu de drainage sur sa périphérie. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4 et qui concerne La fabrication d'un élément moulé en élastomère de forme approximativement tubulaire, La feuille de matériau élastomère 18 comporte au contraire des bords adjacents. De façon plus précise, on voit sur la figure 4 que le moule 12, également réalisé en une seule pièce indéformable, présente dans ce cas la forme d'un cylindre dont la surface extérieure 12a constitue la face active du moule. Cette surface 12a est alors revêtue en totalité de tissu de drainage 13 enduit d'un produit démoulant. Enfin, une feuille 18 d'élastomère calandrée et non vulcanisse est enroulée autour du tissu 13, de telle sorte que les bords adjacents de cette feuille se recouvrent partiellement sur une largeur suffisante pour garantir L'étanchéité de l'espace annulaire formé entre le moule 12 et la feuille 18. Aux extrémités du moule cylindrique 12, I'étan- cheite est assurée soit en prévoyant une bande dépourvue de tissu 13, comme décrit precedemment, soit en repliant le produit contre les faces d'extremites dépourvues de tissu du moule 12. Le procédé de fabrication est par ailleurs identique à celui qui a été décrit precedemment, c'està-dire qu'un vide est créé entre Le moule 12 et La feuille d'élastomère 18 par des passages 16 traversant te moule et débouchant sur La surface extérieure de celui-ci. Les figures Sa à 5c représentent de façon schématique trois exemples de fabrication d'éléments moulés en élastomère de formes complexes, ces formes étant rendues possibles par le procédé selon l'invention. La fabrication de telles formes par le procédé de moulage classique utilisant un moule du type poinçon-matrice selon la technique antérieure serait impossible. Les figures Sa à 5c montrent en effet que la mise sous vide de l'espace formé entre le moule 12 dépourvu de pièces mobiLes et la feuille 18 de matériau élastomère calandrée et non vulcanisée permet d'appliquer une pression uniforme sur cette feuille quelle que soit la forme qui Lui est donnée, sans se limiter à quelques directions de mise en pression comme c'était le cas avec la technique de moulage par poinçon et matrice habituellement utilisée. Ainsi, la figure Sa illustre La fabrication d'un élément en élastomère contre la surface d'un evidement en forme de rainure dont la largeur va en augmentant vers l'intérieur, formé dans un moule 12. La figure 5b illustre au contraire la fabrication d'un élément 18 en élastomère par plaquage sous vide contre La surface d'un moule 12 présentant des parties en saillie à section en forme de T. Enfin, La figure 5c illustre la fabrication d'un élément en élastomère 18 par plaquage sous vide sur un moule 12 en forme de cylindre présentant des parties en gradin, de telle sorte que les extrémités de l'élément 18 soient repliées sur Les extrémités du moule 12. Pour simplifier, le tissu de drainage place entre le moule et la feuille d'élastomère conformément à l'invention n'a pas été représenté sur Les figures Sa, 5b et 5c. Toutefois, ce tissu est toujours utilisé dans la pratique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemples, mais en couvre toutes les variantes. On comprendra notamment que le procédé selon l'invention peut être utilisé pour fabriquer un élément blastomère de forme quelconque, et indépendamment du fait que cet élément soit destiné ou non à être utilisé comme vessie ou conformateur pour La fabrication par moulage de pièces en matériau composite. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un élément moulé en élastomère, caractérisé par Le fait qu'il consiste - à déposer sur un moule unique indéformable (12) équipé d'un système de vide (16) une feuille (18) d'élastomère calandrée et non vulcanisée, en interposant un tissu de drainage (13) entre la feuille et Le moule ; - à créer un vide entre la feuille d'élastomère et Le moule, de façon à plaquer la feuille contre ce dernier; puis - à soumettre La feuille d'élastomère ainsi plaquée contre le moule à un cycle de cuisson, pour vulcaniser cette feuille. 2. Procédé selon la revendication 1, càractérise par le fait que le tissu de drainage (13) est enduit d'un produit démoulant. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par Le fait que, Lorsque la feuille d'élastomère (18) comprend des bords non adjacents à d'autres bords de la feuille, la région de la feuille la plus proche de ces bords est en contact direct avec le moule (12). 4. Procédé selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par te fait que, Lorsque la feuille d'élastomère (18) comprend des bords adjacents, ces bords se recouvrent sur une distance donnée. 5. Procédé selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait-que, Lorsque La forme du moule (12) est non développable et peu accidentée, on dépose sur le moule une feuille continue (18) dépourvue de découpe.