Brevet FR2654975A1 — publié le 19910531

Les matériaux composites sont constitués d'un tissu de fils ou de fibres, par exemple de carbone, d'aramide ou de verre ou d'un mélange de ces matières, imprégné d'une matière dur- cissable, généralement thermodurcissable, et durcie, par exemple une résine époxy. Ces matériaux ont de multiples applications et dans tous genres d'industrie Le demandeur, dont l'invention va être présentée ci-après, les utilise actuellement pour la fabri- cation, par moulage, de pièces de gréement, celles-ci ne de- vant toutefois pas être considérées comme limitatives de cette invention. Le moulage des pièces en matériau composite s'effectuait jusqu'alors dans des conditions non pleinement satisfaisantes. On plaquait le tissu à imprégner contre la paroi du moule, aux cotes de la pièce à obtenir, en faisant le vide entre le moule et une bâche Des plis étaient donc inévitables Au tissu proprement dit de la pièce à obtenir, étaient associés pendant le moulage un tissu de drainage, servant d'ultime réserve de résine nécessaire en fin d'opération, et un tissu d'arrachage, intercalé entre le tissu de carbone et le tissu de drainage pour éviter leur contact mutuel et permettre, après moulage, la récupération facile du tissu de carbone imprégné Il en résultait un défaut de calibrage de la pièce finale Enfin, du fait des particularités évoquées ci-dessus du procédé de moulage de l'art antérieur, il fallait, au dé- part, donner au tissu de carbone des dimensions supérieures à celles du moule, contraignant ainsi, après moulage, à usi- ner, ou ébarber, la pièce sortie de moule au risque d'affai- blir la tenue mécanique de la pièce. L'invention vise à éliminer tous ces inconvénients. A cet effet, la présente invention peut être présentée comme un procédé de moulage d'une pièce en matériau composite, formée d'au moins un élément tridimensionnel en tissu imprégné de résine, caractérisé par le fait qu'on réalise une partie de moule femelle et une partie de moule mâle associée, chacune à trois dimensions, dont deux, de fond, sont égales à celles correspondantes de l'élément de pièce, la troisième dimension de la partie de moule femelle étant supérieure, de la valeur de la troisième dimension de l'élément de pièce, à celle de la partie de moule mâle, on découpe, aux deux dimensions de fond du moule, un flanc de tissu d'épaisseur comprise entre les troisièmes dimensions respectives de l'élément de pièce et de la partie de moule femelle, on place le flanc de tissu sur le fond de la partie de moule femelle, on ferme le moule et on moule l'élément de pièce. Si la pièce à mouler n'est pas parallélépipèdique, et qu'elle ne peut donc pas être définie par seulement trois dimensions, il faut naturellement considérer que l'élément de pièce en question est une partie élémentaire de la pièce qui peut être assimilée à un petit parallélépipède. Ce sera généralement le cas, les pièces de gréement ayant des formes géométriques complexes à surfaces pour le moins non parfaitement réglées ou développables On peut toutefois généraliser la définition du procédé de l'in- vention de la manière qui suit. Le procédé, tel qu'inventé par le demandeur, de moulage d'une pièce en matériau composite, formée d'au moins un élément en tissu imprégné de résine, est caractérisé par le fait qu'on réalise une partie de moule femelle et une partie de moule mâle destinées à coopérer l'une avec l'autre pour ménager entre elles un espace correspondant à l'élément de pièce, on découpe un flanc de tissu à des côtes déterminées pour s'adapter au fond de la partie de moule femelle sans faire saillie hors de celle-ci et être comprimé lors de la coopération des deux parties de moule, on place le flanc de tissu sur le fond de la par- tie de moule femelle, on ferme le moule et on entraîne les deux parties de moule en coopération et on moule l'élément de pièce. Grâce à la différence de côtes des portions utiles des deux parties de moule mâle et femelle et à l'une des côtes du flanc de tissu de départ, caractéristiques du procédé de moulage de l'invention, le tissu imprégné sort de moule aux bonnes cotes, sans avoir été pincé; la pièce n'a pas à 8 tre ébarbée En outre, le tissu est imprégné d'un volume de résine parfaitement déterminé. Dans une mise en oeuvre particulière du procédé de moulage de l'invention, on préimprègne de résine le flanc de tissu avant de le placer sur le fond de la partie de moule femelle et on cuit l'élément de pièce dans le moule après l'avoir fermé. Dans la mise en oeuvre préférée du procédé de moulage de l'invention, après avoir fermé le moule, on y fait le vide, on y injecte de la résine sous pression, avantageu- sement à chaud, et on cuit l'élément de pièce dans le moule, avant de l'ouvrir et de sortir l'élément de pièce en tissu imprégné. Avantageusement encore, le flanc de tissu de départ est fixé avant d'être placé sur le fond de la partie de moule femelle, c'est-à-dire qu'on le revêt d'un mince film de résine, afin d'éviter toute modification de l'assemblage de la cha ne et de la trame du tissu. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip- tion suivante de la mise en oeuvre préférée du procédé de l'invention, en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective éclatée et sim- plifiée d'un moule pour le moulage d'un élément de pièce parallélépipèdique selon le procédé de l'invention et la figure 2 est une vue en coupe du moule de la figure 1. Soit donc l'objectif de mouler une pièce, ici monobloc et parallélépipèdique, dans le moule des figures 1 et 2, dont les caractéristiques géométriques seront définies plus loin, en matériau composite, ici encore, en tissu de fibres de carbone imprégnées de résine thermodurcies. Il faut et préparer le tissu et réaliser les parties de moule. On commence par saisir la pièce à mouler sur ordinateur pour déterminer les éléments virtuels, en nombre minimal, dont elle est composée et qui devront être respectivement moulés par des paires de parties de moule m Ale et femelle différentes Cette étape, bien que longue, est classique, et ne sera pas décrite dans ses détails Dans l'exemple considéré, la pièce est moulée dans une seule paire de parties de moule. On notera d'ores et déjà ici que le procédé de l'invention s'applique surtout bien au moulage de pièces dépourvues d'angle vif à fonction mécanique En outre, les pièces à fabriquer doivent être moulables par des tissus et de préférence à surface développable. Comme tissus, on peut prendre un tissu non tissé ou tissé, tissé avec chaîne et trame orientées à 900 ou 450 l'une de l'autre, pour ne considérer que les plus courants. On peut envisager aussi, pour le moulage des pièces, d'utiliser plusieurs tissus empilés. On peut utiliser des tissus secs ou préimprégnés Un tissu préimprégné est déjà enduit de résine et conservé à basse température de congélation Un tissu sec, de pré- férence, est au préalable fixé. Ayant donc "décomposé" la pièce à mouler, on découpe dans un flanc de tissu les morceaux de tissu appropriés, la découpe pouvant s'effectuer à l'aide de moyens informati- ques pour 1 toptimiser en cas de nombre important de morceaux Parallèlement, on réalise les parties du moule. Dans l'exemple considéré, donné à titre purement explica- tif, on réalise une partie du moule femelle 1, de forme extérieure parallélépipèdique, avec une portion utile intérieure de moulage évidée 2 aussi parallélépipèdique. Les deux dimensions, longueur et largeur, du fond 3 de la portion 2 sont respectivement égales à celles de la pièce a mouler La profondeur de cette portion 2, a, est ici légè- rement supérieure à l'épaisseur O du flanc de tissu de départ. On réalise une portion de moule mâle 4, complémentaire de la portion de moule femelle 1, de section, parallèle au plan de joint 6 des deux parties de moule, identique à celle du moule femelle et comportant une portion utile 5 en saillie hors du plan de joint 6, destinée à s'emboîter dans l'évidement 2 du moule femelle 1, avec une section, parallèle au plan de joint, identique à celle de l'évide- ment femelle 2 mais de profondeur y satisfaisant la relation S étant l'épaisseur finale du tissu après moulage. En résumé, On perce enfin, dans chaque partie de moule, un demi- conduit 7 de mise sous vide destiné à être relié à une pompe à vide et un demi-conduit 8 d'injection de résine destiné à être relié, à une réserve de résine. Ainsi, les parties de moule étant réalisées et le flanc de tissu découpé, on procède au moulage de la pièce On préchauffe les parties de moule On place le flanc de tissu sec découpé et fixé 9, d'épaisseur P inférieure à la profondeur as sur le fond 3 de la partie de moule femelle 1, on ferme le moule en embottant la portion m Ale dans l'évidement femelle 2 jusqu'à ce que leurs plans de joint 6 soient confondus et que le moule puisse être étanche au vide et à la pression, ce qui, sans le pincer, comprime le tissu 9 dont l'épaisseur est réduite de R à . On raccorde le conduit 7 à la pompe à vide et le conduit 8 à la réserve de résine, ici chaude, reliée par ailleurs à une pompe d'injection La communication entre le conduit 8 et la réserve de résine étant coupée, on fait le vide dans le moule et on coupe la communication entre le conduit 7 et la pompe à vide On ouvre l'autre communication et la résine, en quantité néces- saire et suffisante, est injectée sous pression dans le moule sous l'action de la dépression qui y règne et, bien sûr et surtout, de la pompe d'injection On coupe la communication entre le moule_ et la réserve de résine On chauffe le moule et on cuit la pièce dans le moule,pour en augmenter la résistance mécanique. On ouvre le moule, on démoule la pièce, on ébavure à la ri- gueur le point d'injection et on stocke la pièce. Il faut éviter que de l'air soit emprisonné dans la pièce à mouler, donc éviter qu'il ne le soit dans le moule Pour cette raison, il est préférable que, lors de l'injection de résine, l'air résiduel soit chassé Il en résulte que les conduits de vide et d'injection déboucheront dans le moule en des endroits appropriés. Un procédé de moulage d'une pièce parallélépipédique vient d'être décrit Qu'il soit ici rappelé que l'invention s'ap- plique au moulage de pièces plus complexes Hormis la réa- lisation des parties de moule et le découpage du flanc de tissu, les autres étapes du procédé restent les mêmes Pour ce qui concerne les points d'injection de résine, ils sont déterminés par la forme de la pièce à mouler et l'exigence d'un emplissage total de l'intérieur du moule sans déplace- ment des fils ou des fibres du tissu. Le procédé de moulage, qui vient d'être décrit, est parfaite- ment bien approprié à la réalisation en matériau composite de poulies, manivelles, rails, chariots, embouts de câble de gréement mais aussi d'autres pièces utiles dans les sec- teurs du bâtiment, de l'automobile, de l'aéronautique, etc. Revendications 1 Procédé de moulage d'une pièce en matériau composite, formée d'au moins un élément en tissu imprégné de résine, caractérisé par le fait qu'on réalise une partie de moule femelle ( 1) et une partie de moule mâle ( 4) destinées a coopérer l'une avec l'autre pour ménager entre elles un espace (a-Y) correspondant à l'élément de pièce, on découpe un flanc de tissu ( 9) à des cotes déterminées pour s'adapter au fond ( 3) de la partie de moule femelle ( 1) sans faire saillie hors de celle-ci et être comprimé lors de la coopération des deux parties de moule ( 1, 4), on place le flanc de tissu ( 9) sur le fond ( 3) de la partie de moule femelle ( 1), on ferme le moule et on entraîne les deux parties de moule ( 1, 4) en coopération et on moule l'élément de pièce. 2 Procédé de moulage selon la revendication 1, dans lequel ledit élément est tridimensionnel, on réalise une partie de moule femelle ( 1) et une partie de moule mâle ( 4) associée, chacune à trois dimensions, dont deux, de fond, sont égales à celles correspondantes de l'élément de pièce, la troisième dimension (a) de la partie de moule femelle ( 1) étant supérieure, de la valeur de la troisième dimension (S) de l'élément de pièce, à celle (Y) de la partie de moule mâle ( 4), avant de découperaux deux dimensions de fond du moule, un flanc de tissu d'épaisseur (a) comprise entre les troisièmes dimensions respectives (S, a) de l'élément de pièce et de la partie de moule femelle. 3 Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on préimprègne de résine le flanc de tissu avant de le placer sur le fond ( 3) de la partie de moule femelle ( 1) et on cuit l'élément de pièce dans le moule après l'avoir fermé. 4 Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le flanc de tissu est fixé avant d'être placé sur le fond ( 3) de la partie de moule femelle ( 1). 5 Procédé de moulage selon l'une des revendications 1, 2 et 4, dans lequel, après avoir fermé le moule, on y fait le vide, on y injecte de la résine et on cuit l'élé- ment de pièce dans le moule avant de l'ouvrir et de sortir l'élément de pièce en tissu imprégné. 6 Procédé de moulage selon la revendication 5, dans lequel on injecte de la résine sous pression dans le moule. 7 Procédé de moulage selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel on injecte de la résine chaude dans le moule.