Brevet FR2650775A1 — publié le 19910215

Dispositif de mise en forme sous Dresse au moyen de microondes L'invention concerne un dispositif de Bise en forme sous presse de matériaux composites, au moyen de microondes. Elle concerne plus particulièrement le moulage au moyen de microondes de maté- riaux composites tels que ceux constitués par des matériaux fibreux imprégnés de résines. La mise en forme de matériaux composites est de façon classique réalisée en les soumettant à la chaleur soit dans un autoclave, soit dans une presse chauffée électriquement ou par transfert de chaleur. Cette technique présente de nombreux inconvénients. La chaleur est transmise à partir des surfaces externes du matériau composite qui est généralement un mauvais conducteur de la chaleur. Il faut donc un temps relativement long pour atteindre le coeur du matériau. Si l'on augmente la température du moule afin de durcir plus rapidement le coeur du matériau on risque de dégrader ses surfaces externes. De plus le matériau obtenu possède des propriétés mécaniques inhomogènes, les surfaces externes étant toujours surchauffées par rapport au coeur. Il en résulte une sous-tension à l'intérieur du matériau et une surtension à la surface. Il existait par conséquent un besoin d'un dispositif de mise en forme sous presse qui permette un gain de temps et l'obtention d'un matériau aux propriétés mécaniques améliorées. L'invention a pour objet un dispositif qui présente ces caractéristiques et permet de remédier aux inconvénients des dispositifs connus. Le dispositif selon l'invention constitué d'un ioule co~pre- nant au moins deux parties déterminant une cavité de moulage est caractérisé en ce que la dite cavité colporte au moins une zone r~ali- sée dans un matériau transparent aux nicroondes et en ce que les deux parties forment une enceinte assurant la continuité radioélec trique, la zone transparente aux microondes étant reliée à au moins un guide d'onde au moyen d'un ou plusieurs applicateurs comprenant un matériau transparent aux microondes. Grâce au dispositif de l'invention le matériau à durcir est chauffé par voie interne au moyen des microondes de façon uniforme. Les surfaces externes ne sont plus surchauffées et l'on réduit con sidérablement le temps nécessaire au durcissement du matériau. Les microondes sont obtenus au moyen de générateurs et de guides d'ondes disponibles dans le commerce. On peut par exemple utiliser des magnétrons dont la puissance est comprise entre 500 et 10 000 W. La fréquence des microondes est généralement comprise entre 0,1 GHz et 100 GHz Elle est choisie en fonction de la législation en vigueur et des dimensions les plus pratiques du guide d'ondes. Les microondes sont introduites dans la cavité de moulage par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs applicateurs couplés aux guides d'ondes et reliés à la zone transparente. La forme des applicateurs est choisie en fonction de la forme du matériau à durcit Les applicateurs peuvent être à fentes, à cornet court, à guide surdipensionné tronqué. Suivant une forme de réalisation de l'invention les applicateurs sont joints à la zone transparente de la cavite de moulage. Selon une autre variante de réalisation de l'invention au moins une partie ou la totalité de la zone transparente de la cavité de moulage constitue un des éléments du ou des applicateurs de microondes. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention l'applicateur est disposé dans une des parties du moule et présente une forme pyramidale dont la base rectangulaire est en oorrespondance avec la zone transparente. En particulier cette base peut constituer au moins une partie ou la totalité de la zone transparente de la cavité de moulage. Les matériaux transparents aux microondes utilisés dans le dispositif selon l'invention doivent être réalisés dans des matières présentant des caractéristiques mécaniques convenables pour résister à la pression qui s'exerce lors de la mise en forme du maté riau et pouvant être traversées par les microondes. On choisit des matières ayant une faible permittivité, de préférence inférieure à 5, et qui absorbent très peu ou pas le resonnement aicroondes dans l'ensemble du domaine des températures que l'on souhaite obtenir. Comme matières susceptibles de convenir on peut citer les résines époxy, les résines phénoliques, les céramiques renforcées, en particulier sous forme de mousses syntactiques. Une matière transparente convenant bien dans le cadre de la présente invention est une mousse syntactique dont le liant est une résine polystyrylpyridine (PSP). La mousse syntactique préférée est une mousse réalisée. à partir d'une résine PSP tel que décrit dans le brevet US 4 163 740 et comportant des microsphères de verre. Le dispositif selon l'invention est. utilisé pour la mise en forme des matériaux qui peuvent simultanément être soumis à une pression et à une énergie microondes pour former des produits durcis et renforcés. Comte exemple de tets matériaux on peut citer les composites constitués par des fibres isolantes, telles que les fibres aramides, les fibres en verre ou en céramique, imprégnées par des résines organiques telles que des résines phénoliques, polyesters, polyuréthanes, urée-formaldéhyde ou des polymères minéraux, contenant éventuellement leurs adjuvants habituels, réactifs en présence de microondes. Les résines préférées dans le cadre de l'invention sont des résines époxydes, en particulier les résines comportant des motifs diglycidyléther de bisphénol A, renforcées par des fibres, en particulier en verre. Elles sont utilisées avec leurs durcisseurs habituels par exemple avec des durcisseurs ainés. Le matériau à mettre en forme est placé dans la cavité de moulage et est soumis à la pression et au rayonnement microondes pendant un temps suffisant pour atteindre la température de durcis serment de la résine. Afin d'obtenir une meilleure répartition de l'énergie dans le matériau à mettre en forme en fonction de son épaisseur. on peut placer entre l'applicateur et le matériau une pièce intercalaire constituée par un matériau transparent aux microondes choisi paroi ceux qui ont été décrits précédenent, et en particulier par une mousse syntactique à liant PSP. La mousse peut éventuellement être renforcée par une charge par exemple par des fibres de verre coupées. Pour faciliter le démoulage la partie du matériau transparent en contact avec le matériau à durcir comporte un revêtement an ti-adhérent. Eventuellement on peut associer le chauffage par microondes à un chauffage traditionnel en chauffant les parties du ioule par des moyens connus tel que par circulation d'un fluide caloporteur Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir des maté- riaux de meilleurs qualités et durcis beaucoup plus rapidement qu'avec les procédés classiques. D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention tel que représenté schématiquement par le dessin annexé. Cet exemple est donné à titre d'illustration de l'objet de l'invention et n'en constitue en aucune manière une limi- tation. Le dessin représente une vue de face en coupe du dispositif de moulage. Les parties 1 et 2 forment respectivement la matrice et le poinçon du moule et sont reliés aux plateaux d'une presse. Ils délimitent une cavité 3 de moulage dans laquelle on place le matériau à mettre en forme. La partie centrale de la matrice 1 ou du poinçon 2 selon une autre variante, est usinée en forme de tronc de pyramide creux de section rectangulaire dont les dimensions sont choisies en fonction des dimensions du matériau à durcir, ce tronc de pyramide étant destiné à recevoir l'applicateur 7. La matrice 1 et le poinçon 2 sont réalisés en une matière conductrice de l'électricité telle qu'un métal et forment une enceinte 5 qui assure la continuité radioélectrique. L'applicateur 7 est en forme de pyramide, de base rectangulaire, réalisée en mousse syntactique transpa ente aux microondes dont le liant est la résine PSP 'r6022M" vendue par la société SNPE et comportant 80 X en volume de nicroballons de verre "28/750" vendue par la société 3M. Un joint de collage est placé entre la paroi ~métallique du moule recevant l'applicateur et la mousse syntactique afin d'assurer une bonne liaison entre ces deux pièces. De tels joints de collage sont connus et utilisés dans les procédés avec microondes. Ils sont le plus souvent constitués de résines silicone. La base de la pyramide en mousse syntactique est prolongée par un élément intercalaire 7a en forme de parallèlépipède rectangle également réalisé en mousse syntactique et dont l'une des faces forme la zone transparente 4 de la cavité de moulage 3. La aousse syntactique de l'élément intercalaire a été renforcée par des fibres de verre coupées et la face en contact avec la pièce à durcir a été revêtue d'un tissu traité'au polytétrafluor#éthylène. Un guide d'onde standard 6 relié à un générateur non représenté est couplé à l'applicateur 7 du côté du sommet de la pyramide par fixation sur la partie centrale de la matrice 1. Ce dispositif a été utilisé pour durcir une pièce de largeur 120 mm,de longueur 250 ma et d'épaisseur variant entre 10 et 60 mm d'un matériau préimprégné comportant de 40. à60 X de fibres de verre longues et de 60 à 40 X de résine époxy à base de diglycidyléther du biphénol A et de dianinodiphénylsulfone ou de dicyanodiami- de. La pièce a été disposée dans la cavité de moulage. L'applicateur avait pour cette utilisation une base rectangulaire de largeur 120 Bm et de longueur 250 n, et une hauteur de 150 n à partir du guide d'ondes. Le guide d'ondes était alimenté par un générateur à 2,45 GHz délivrant une puissance de 800 W 5 à 15 minutes ont été suffisantes pour atteindre une tempéra- ture de 230 C et obtenir une pièce durcie de façon tout à fait sa tisfaisante. Un chauffage complémentaire par conduction des parois du moule permet de reluire encore la durée du durcissement Un temps de 15 à 30 minutes aurait été nécessaire pour atteindre le même résultat avec une presse traditionnelle. Plusieurs applicateurs peuvent être placés côte à côte afin de permettre le durcissement d'une pièce de plus grande dimension. On peut également utiliser le dispositif précédent pour mettre en forme une pièce de forme plus complexe. Dans ce cas la cavité de moulage est remplie d'un matériau transparent aux microondes choisis parmi les matériaux décrits ci-dessus et dont les surfaces intérieures sont usinées à la forme conjuguée appropriée. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux mo- des de réalisation particulièrement décrits. Elle embrasse les modifications et les variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. Revendications 1. Dispositif de mise en forme sous presse au moyen de microondes de matériaux composites, constitué d'un moule comprenant au moins deux parties (1, 2) déterminant une cavité de moulage (3) caractérisé en ce que la dite cavité comporte au moins une zone réalisée dans un matériau transparent aux microondes (4) et en ce que les deux parties forment une enceinte (5) sssuraAt la continuité rsdioélectrique, la zone transparente aux microondes (4) étant reliée à au moins un guide d'onde (6) au moyen d'un ou de plusieurs applicateurs (7) comprenant un matériau transparent aux microndes. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins une partie de la zone transparente aux microondes constitue un des éléments du ou des applicateurs (7). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'applicateur est disposé dans une des parties (1) ou (2-) du moule et présente une forme pyramidale, la base rectangulaire de la pyramide étant en correspondance avec la zone transparente (4). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les matériaux transparents aux microondes sont réalisés dans des matières ayant une faible permittivité et qui absorbent peu ou pas les microondes dans l'ensemble du domaine de température désiré. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les matériaux transparents aux microondes sont des mousses syntactiques dont le liant est une résine polystyrylpyridine (PSP). 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'applicateur (7) est disposé dans la matrice (1) du moule. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'applicateur (7) comporte un élément in- tercalaire (7a) dont la face au contact du matériau à mettre en forme constitue la zone transparente aux microondes (4) de la cavité de moulage (3). 8. Dispositif scion l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie du matériau transparent aux microondes en contact avec le matériau à durcir comporte un revêtement anti-adhérent. 9. Application d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le matériau à mettre en forme est un matériau composite constitué de fibres imprégnées par une résine. 10. Application selon la revendication précédente caractérisée en ce que la résine d'imprégnation est une résine époxy.