Brevet FR2669573A1 — publié le 19920529

La présente invention a pour objet un procédé permettant de réaliser des corps creux tels que des réservoirs, des éléments structuraux ou des tambours. Le procédé selon l'invention intervient à ce titre dans les industries aéronautiques, mécaniques ou automobiles. L'invention a également pour objet un appareillage destiné à la mise en oeuvre de ce procédé. Par rapport aux procédés connus, le procédé selon l'invention permet en particulier, en conservant une grande qualité du corps creux, d'en retirer le ou les noyaux internes, par des orifices de faibles dimensions, même en cas de cloisonnements internes de ce corps. On connaît un procédé de réalisation de corps creux en matériau composite drapé, qui est décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 2 838 435. Selon ce procédé, on fabrique un noyau ayant sensiblement la forme et les dimensions de la surface interne du corps creux, ce noyau comportant une partie ridige, entourée d'une vessie souple et élastique, plaquée contre la partie rigide, mais pouvant être gonflée au moyen d'une prise de pression reliée à l'extérieur, par exemple à travers la partie rigide de ce noyau. Autour de ce noyau on drape des fibres imprégnées de résine à l'état non durci, puis on entoure le tout d'un moule démontable, dont la surface in#terne est à la forme exacte du corps creux à fabriquer.On met ensuite en pression la vessie pour appliquer les fibres et la résine contre la surface interne du moule, avec en général une aspiration des gaz occlus le long de cette surface, et simultanément on effectue le traitement thermique de durcissement de la résine. Après quoi on démoule et on retire le noyau, par un orifice de la même dimension que lui-même. Par le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 155 477, on connaît d'autre part la possiblité d'éliminer la partie rigide du noyau par fracturation ou dissolution. On peut ainsi retirer des noyaux de forme complexe ou adhérents, et ceci à travers des orifices de moindres dimensions. Cependant, la fracturation de la partie rigide nécessite des tours de main délicats et risque de détériorer le produit fabriqué, tandis que la dissolution est une opération très lente. Le procédé selon la présente invention pour la fabrication d'un corps creux comporte, de façon connue, la constitution d'un noyau avec une partie rigide, entourée d'une vessie souple et élastique, le drapage de fibres imprégnées d'une résine pâteuse autour dudit noyau, la constitution d'un moule démontable en plusieurs parties, la mise en place de ce moule autour du noyau drapé de fibres, le gonflage de la vessie avec simultanément un chauffage de l'ensemble pour polymérisation de durcissement de la résine, et de préférence une évacuation et aspiration des gaz occlus au moyen d'orifices traversant la paroi du moule. Pour obvier aux inconvénients précités, le procédé selon l'invention se caractérise en premier lieu en ce que l'intérieur de la vessie communique avec l'extérieur du moule par un conduit d'entrée de gaz et par un conduit d'évacuation et, en second lieu, en ce que la partie rigide du noyau est formée d'une matière qui peut fondre à une température inférieure à la température de polymérisation de la résine, de sorte qu'avant le chauffage pour polymérisation on procède à la fusion de cette matière et à son évacuation à l'état liquide par ledit conduit d'évacuation. De préférence la matière constitutive de la partie rigide du noyau est une paraffine fondant à environ 800C et dont le point éclair est environ 200 C, l'évacuation de la matière fondue étant faite à une température inférieure ou égale à 1200 C. Le chauffage de ladite matière peut résulter d'un moyen interne au noyau, tel qu'une résistance électrique ou qu'une tuyauterie parcourue par un fluide chaud, la résistance ou la tuyauterie communiquant avec l'extérieur du moule. Ce chauffage peut aussi résulter d'un programme approprié de chauffage du moule, avec une stabilisation préalable à la température de fusion, et évacuation du liquide à la fin de la période de stabilisation, et ensuite une mise en température de polymérisation, par exemple 1800C pendant 2 heures. Pour bien faire comprendre le procédé selon l'invention, on en décrira ci-après plusieurs exemples de mise en oeuvre en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels les figures la à ld montrent par des schémas successifs la réalisation de noyaux la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale montrant la réalisation de moules démontables; la figure 3 est une vue en coupe verticale montrant un ensemble monté et placé dans une étuve de chauffage la figure 4 est un exemple de programme de traitement de durcissement ; et la figure 5 est un détail montrant l'implantation d'un conduit d'évacuation. Pour fabriquer le noyau, selon le processus illustré par les figures la à ld, on réalise un modèle 1 du noyau par exemple en bois massif, et on l'utilise deux fois pour former en résine, par exemple thermoplastique, deux demi-moules 2 et 3 ajustables l'un à l'autre. Sur la figure la on a représenté le demi-moule 2. On indique dans l'exemple figuré la disposition d'une réserve de moulage 4 créant un redan sur l'un des deux demi-moules. Cette réserve, lors de l'opération ultérieure de la figure lb, permet de loger un insert 5 créant une dépression locale 6 dans le noyau.Une telle dépression peut constituer un point de positionnement du noyau, en coopérant par exemple avec une proéminence d'un autre noyau contigu, comme il sera indiqué plus loin et représenté sur les figures lc, ld et 3. On retire le modèle de noyau 1 et on garnit chacun des demi-moules 2,3 d'une demi-coquille 7 ou 8, de l'épaisseur de la future vessie, et qui est par exemple en composite verre-polyester ou bien en résine dite A.B.S. pouvant être thermoformée. Les deux demi-moules 2,3 sont alors réunis comme représenté à la figure lb. Le demi-moule 3 supporte un conduit 9 d'entrée ou sortie de gaz au moyen d'une bride 10 vissée sur lui. Ce conduit 9 comporte, à l'intérieur de la cavité déterminée par les demi-moules, une extrémité 11 perforée destinée à soutenir et armer la matière fusible. Un conduit d'évacuation 12, concentrique au conduit 9, se prolonge jusqu'à la proximité de la paroi de la cavité, et peut même prendre appui sur une demi-coquille, par exemple comme on le décrira plus loin de façon détaillée en référence à la figure 5. En orientant l'ensemble de sorte que ladite bride 10 soit au point haut de la cavité, on procède alors à l'introduction de paraffine liquide par le conduit 12 jusqu a son apparition à l'orifice annulaire du conduit 9. Après refroidissement la paraffine durcit et elle constitue la partie rigide 13 du noyau. On écarte alors les deux demi-moules 2,3, on retire les deux demi-coquilles 7 et 8 et on réunit de nouveau les demi-moules. On coule alors un polymère liquide autopolymérisable, de préférence une silicone fluide, dans l'espace laissé libre par les demi-coquilles, ceci par un orifice 14 du demi-moule 3. Des petits orifices de dégazage tels que 15 sont prévus en partie haute de ce demi-moule. L'expérience a montré que l'orifice 14 doit avoir de préférence un diamètre de 5mm au moins, et que les orifices 15 peuvent avoir un diamètre de 3 mm. La coulée de la silicone peut se trouver favorisée par une mise en pression, de par exemple 2 bar, appliquée sur un réservoir 16 avec ~ cloison mobile de séparation et au moyen d'air comprimé issu d'une source 17 (voir figure lb). Elle peut aussi être accélérée par une mise sous vide partiel des orifices 15. On remarquera qu'il y a une excellente compatibilité physique et chimique entre la paraffine 13 et la silicone polymérisable, en ce sens que ces deux matières ne réagissent pas entre-elles ce qui évite une adhérence mutuelle, en particulier dans le cas de la paraffine dite "ultrapure". Après polymérisation, la silicone constitue une vessie 18 souple et élastique et on peut alors démouler le noyau complet. Les figures lc et ld montrent deux noyaux réalisés avec un même outillage, et pouvant coopérer par une dépression 6 et une proéminence 19, les positionnant mutuellement comme indiqué par la figure 3. Dans cet exemple, le noyau de la figure ld est réalisé avec le même outillage que celui des figures lb et lc, à l'exception de l'insert 5. A la figure 2, on a montré un exemple de processus de fabrication du moule extérieur du corps creux à fabriquer. Au moyen d'un modèle 20 de ce corps, par exemple en bois, en plâtre ou en métal léger, on réalise un moule provisoire 21 par exemple en ciment ou en résine époxy d'outillage, matériaux ayant de préférence le même coefficient de dilatation que le modèle. On drapegsur la partie libre du modèle 20, un premier demi-moule définitif 22 en matériau fibreux imprégné de résine thermodurcissable, de préférence en utilisant des fibres résistantes et peu élastiques, telles que du carbone. On réserve un espace annulaire 23 pour un joint d'étanchéité continu en vis-à-vis du plan de joint. On recouvre le tout d'un sac à vide 24 avec un mastic d'étanchéité 25.L'ensemble est polymérisé dans une étuve 26, avec mise sous vide pour dégazage sous le sac à vide 24, au moyen d'un conduit 27, ainsi qu'avec une mise en pression de par exemple 7 bar de l'intérieur de l'étuve, et mise en température concomitante de façon connue et non figurée. Le deuxième demi-moule définitif est réalisé de la même manière, à partir du même modèle 20. Il est désigné en 28 à la figure 3. Une variante de réalisation des outillages, par rapport à celle décrite en référence aux figures 1 et 2, consiste à établir d'abord les demi-moules définitifs 22 et 28 et à les garnir de demi-coquilles simulant l'épaisseur du corps creux à fabriquer. On peut alors soit obtenir un modèle de noyau 1 par coulée de plâtre ou autre produit dans les demi-moules ainsi garnis, soit même les garnir des demi-coquilles 7 et 8 de l'épaisseur de la future vessie comme décrit en référence à la figure lb, les demi-moules garnis avec les deux groupes de demi-coquilles recevant directement la paraffine liquide, ce qui évite de constituer les demi-moules 2 et 3. Cette variante est plus économique pour des fabrications à l'unité ou en petite série. Au contraire, pour des fabrications de grande série, les demi-moules 2 et 3 ainsi que les demi-moules définitifs 22 et 28 peuvent être usinés directement par des machines à commande numérique, et à partir de blocs, de métal léger de préférence. D'autre part, les demi-moules définitifs peuvent avantageusement être revêtus d'un revêtement de matériau dur ou réfractaire, se transférant ensuite sur le corps creux lors de sa polymérisation, selon le procédé décrit par le brevet français NO 86.00749 déposé le 21 janvier 1986 par la Société R. ALKAN & Cie. A la figure 3 on a représenté un appareillage de mise en oeuvre de l'invention, utilisant les composants préparés comme indiqué précédemment, pour constituer un réservoir avec cloison interne. Comme on le voit sur cette figure, on a drapé séparément les deux noyaux représentés aux figures lc et ld avec des couches 29 et 30 de matériau composite non polymérisé jusqu'à l'épaisseur qui permet encore la mise en place des deux demi-moules définitifs 22 et 28 après positionnement relatif des deux noyaux drapés. Ceux-ci peuvent être séparés par une cloison 31 en métal ou en matériau composite prépolymérisé. Dans ce dernier cas le drapage au droit de la cloison peut être de moindre épaisseur, voir supprimé. L'ensemble assemblé avec les demi-moules 22,28 solidement bridés l'un contre l'autre est placé dans une enceinte 32 étanche chauffante, dite autoclave, où débouchent les conduits tels que 9. Les conduits d'évacuation tels que 12 débouchent à l'extérieur dans une boîte 33, qui peut être reliée à une pompe d'aspiration # ase ration 34, et constituée de façon connue pour décanter la paraffine liquide qui sera récupérée après sa fusion à l'intérieur des noyaux. L'autoclave 32 comporte en outre de façon connue un moyen de chauffage 35, un moyen de mise en pression 36 et une liaison de vide 37, reliée à des orifices de dégazage tels que 38 sur les demi-moules 22 et 28, ainsi qu'un ventilateur d'homogénéisation 39. Des goussets 40 et 41, peuvent renforcer les demi-moules 22 et 28. L'ensemble est soumis à un programme piloté par un moyen automatique 41 et qui comporte de façon connue une mise en température de polymérisation du matériau composite drapé sur les noyaux, avec mise en pression de l'intérieur de l'autoclave 32 et aspiration par la liaison 37 pour dégazer le matériau drapé par un vide intercalaire entre les vessies et les demi-moules. Selon l'invention et conformément par exemple aux graphiques de la figure 4, ce programme est précédé par une opération préalable comportant un palier de température 42 à 1200C avec, à la fin de ce palier, une phase d'aspiration 43 par les conduits tels que 12 et récupération concomitante de la paraffine liquide dans la boîte 33 avant la mise en pression par le moyen 36. Un dispositif (non représenté au dessin) mesure la quantité de paraffine recueillie et permet de vérifier qu'elle est égale, aux pertes près, à la quantité introduite lors de la confection des noyaux. De préférence un dispositif de sécurité interdit de poursuivre le programme si cette mesure n'est pas correcte. La figure 5 reproduit un exemple d'implantation des conduits 9 et 12 dans un cas de fabrication d'un réservoir, et ceci au même stade que schématisé à la figure lb. On y retrouve le conduit 9 d'entrée ou de sortie de gaz, sa bride 10 de fixation boulonnée sur les demi-moules 2 et 3 et son extrémité 11 perforée, qui lui est ici rapportée par emmanchement. Concentriquement le conduit 12 d'évacuation est prolongé jusqu'à proximité de la paroi par un manchon 44 avec des trous radiaux d'évacuation 45. Le manchon 44 prend appui sur les deux demi-coquilles 7 et 8. Pour ce faire, on a inserré, avant de garnir les demi-moules 2,3 avec ces demi-coquilles, un bouchon centreur 46 dans des logements de ces demi-moules. Ce bouchon comporte une cavité concentrique que l'on a remplie de silicone pâteuse 47 et qui recouvre le bout du manchon 44 jusqu'au voisinage des trous radiaux 45. Une gorge dans le manchon 44 améliore sa jonction avec la silicone après polymérisation naturelle de celle-ci. On voit que le garnissage ultérieur par les demi-coquilles est ménagé jusqu'au ras des trous 45 pour que la vidange ultérieure de la paraffine fondue puisse être complète, le manchon 44 étant alors placé en point bas de la cavité du réservoir. La jonction entre les demi-moules 2 et 3 est étanchée par un cordon de mastic 48. Lors du remplacement des demi-coquilles 7,8 par la vessie, la silicone est coulée par l'orifice 14 jusqu'à son apparition par l'orifice de dégazage 15 qui communique avec un espace annulaire autour du conduit 9, en position haute lors de cette coulée. La silicone 47 autour du manchon 44 fait corps avec celle de la vessie dont elle devient partie intégrante. Elle est néanmoins assez souple pour que le bouchon 46 puisse être retiré pour être remplacé par exemple par un implant du futur réservoir. La paraffine présente à la coulée un retrait important. Pour éviter les retassures il est donc nécessaire d'effectuer des figements successifs suivis de coulées de complément. Selon un perfectionnement de l'invention, des conduites telles que 49, pouvant être parcourues par un fluide refroidissant, entourent les demi-moules 2,3 ou bien sont incorporées dans l'épaisseur de ceux-ci. Ce dispositif permet de refroidir plus rapidement et jusqu'à 50C par exemple, ce qui accélère les opérations, et diminue en outre le nombre des coulées de complément. Accessoirement ce dispositif raccourcit aussi le retour à température ambiante de la vessie, après sa polymérisation qui en effet se fait avantageusement à température d'environ 700C. Enfin, la coulée de la paraffine est encore améliorée par son introduction sous pression au moyen par exemple d'une pression d'air comprimé sur un réservoir de paraffine liquide, du même genre que le réservoir 16 représenté à la figure lb. On comprendra que la description ci-desus a été donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, et que des adjonctions ou des modifications constructives pourraient y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. On comprendra en particulier que l'invention peut employer toute matière fusible à basse température, bien que la paraffine "extra pure" donne d'excellents résultats. On peut employer autrement des cires ou des alliages métalliques tels que ceux dits de Wood ou de Darcy, bien qu'ils soient très pesants. On comprendra qu'on peut aussi former les parties rigides des noyaux au moyen de poudre frittée de paraffine par exemple. On recommandera enfin d'employer un gaz neutre, par exemple de l'azote, pour remplir les vessies lors de l'évacuation de la matière fusible et pour la mise en pression ultérieure, ceci afin d'éviter toute inflammation de ladite matière en cas d'évacuation incomplète, une telle inflammation pouvant occasionner une explosion dangereuse. REVENDICATIONS. 1. Procédé de fabrication d'une pièce creuse (29,30), du type réalisé en un matériau composite obtenu par coopération entre des fibres en matière textile, notamment des fibres de verre ou de carbone ou aramide, et des résines d'imprégnation desdites fibres notamment des résines polyester ou époxy, à l'aide d'un moule en deux parties (22,28), ledit procédé étant du type comportant les opérations suivantes - drapage des fibres imprégnées, suivant plusieurs couches, autour d'un noyau plein comportant une partie interne rigide (13) enrobée d'une vessie gonflable (18) en matériau élastomère, l'ensemble drapé ayant des dimensions très peu inférieures aux dimensions définitives de la pièce creuse à fabriquer - introduction du noyau drapé dans ledit moule (22,28) - gonflage de la vessie (18) pour plaquer les couches drapées contre les parois internes dudit moule - chauffage de l'ensemble pour polymérisation desdites résines d'imprégnation, et - extraction et rétraction de la vessie (18) et étant caractérisé en ce qu'on relie le volume interne de la vessie (18) en élastomère avec l'extérieur dudit moule (22,28) par deux conduits (12 et 9) et en ce que la partie interne rigide (13) du noyau est réalisée en une matière pouvant fondre à une température modérée inférieure à la température de polymérisation de la résine d'imprégnation, de sorte que les opérations consécutives à l'introduction du noyau enrobé dans le moule comportent les opérations ci-après :: chauffage de l'ensemble à température modérée extraction de la matière fondue du noyau par un premier conduit (12), avec entrée d'air ou de gaz neutre par le deuxième conduit (9) mise en pression du volume interne de la vessie par le deuxième conduit (9) chauffage à la température de polymérisation refroidissement et extraction de la pièce creuse durcie ; et extraction de la vessie par un orifice de la pièce creuse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de la partie interne et fusible rigide (13) est une paraffine fondant à environ 800C, et dont le point éclair est environ 2000C, l'extraction de cette matière fondue étant faite à une température comprise entre ces deux températures. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que, préalablement à l'introduction du noyau à l'intérieur du moule de polymérisation, on réalise la fabrication de la vessie (18) par moulage dans un moule (2,3) à des dimensions légèrement inférieures aux dimensions internes de la pièce creuse à obtenir. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux conduits (12,9) reliant le volume interne de la vessie (8) à l'extérieur sont mis en place à l'intérieur d'un moule de vessie (2,3) avant la coulée de la partie fusible du noyau. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on accole plusieurs pièces creuses (29,30) dans un même moule de polymérisation (22,28). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu ' on interpose, entre deux pièces creuses (29,30) accolées dans un même moule, une cloison de renforcement (31). 7. Appareillage pour la mise-en-oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, comprenant un noyau plein constitué d'une partie interne rigide (13) enrobée d'une vessie gonflable (18) en un matériau élastomère, un moule de polymérisation (22,28) en deux parties conçu pour recevoir ledit noyau drapé de couches de fibres imprégnées, des moyens de gonflage de la vessie (18), des moyens de chauffage dudit moule (22,28) jusqu'à la température de polymérisation, et des moyens d'extraction et de rétraction de la vessie gonflable (18) caractérisé en ce que la partie interne rigide (13) du noyau est constituée en une matière pouvant fondre à une température modérée inférieure à la température de polymérisation de la résine d'imprégnation, et en ce qu'il comprend deux conduits (9,12) faisant communiquer le volume interne de la vessie avec l'extérieur, l'un (12) desdits conduits permettant l'extraction de la matière fondue du noyau et l'autre conduit (9) permettant une entrée d'air ou de gaz neutre, éventuellement sous pression, dans ledit volume interne. 8. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé par une étuve (32) sous pression à l'intérieur de laquelle s'effectue le chauffage du moule (22,28) et dans laquelle débouche le conduit (9) de mise en pression de la vessie (18). 9. Appareillage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le conduit d'extraction (12) de la matière fondue se prolonge hors de l'étuve (32) par un circuit de récupération de ladite matière, comportant un récipient de décantation et récupération (33). 10. Appareillage selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe d'extraction (34) mettant en dépression le circuit de récupération. 11. Appareillage selon la revendication 9 ou la revendication lO,caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mesure indiquant la quantité de matière recueillie dans le récipient de décantation (33). 12. Appareillage selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif programmeur (35) associé à l'étuve (32) et asservi au dispositif de mesure, qui règle en fonction du temps les pressions et températures. 13. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le moule (22,28) comporte un orifice (38) de mise en dépression~ débouchant hors de l'étuve (32) et en relation avec une pompe d'extraction (37). 14. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un moule (2,3) à dimensions légèrement inférieures aux dimensions internes de la pièce creuse à obtenir, pour la fabrication de la vessie (18), un moyen de refroidissement (49) coopérant avec ledit moule (2,3). 15. Appareillage selon la revendication 14, caractérisé en ce que le moule de vessie (2,3) est garni intérieurement de coquilles (7,8), démontables et de l'épaisseur de la vessie, et sert de moule pour la partie interne (13) rigide et fusible du noyau. 16. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le conduit (9) de mise en pression est concentrique au conduit (12) d'extraction. 17. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le conduit (9) de mise en pression comporte des trous ou aspérités pour maintenir la partie interne rigide et fusible (13) du noyau. 18. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le conduit d'extraction (12) comporte un manchon (44) noyé dans l'épaisseur de la vessie (18) avec des orifices (45) au contact de la surface interne de celle-ci en un point bas pour permettre l'extraction totale de la matière fusible (13) du noyau. 19. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de chauffage interne, installé dans le noyau et relié à l'extérieur du moule (22,28) à une source d'énergie produisant le chauffage.