Brevet FR2703622A1 — publié le 19941014

Pièce structurelle en matériau composite résistant au feu, notamment pour la réalisation de caisses ferroviaires et son procédé de fabrication. La présente invention concerne une pièce structurelle en matériau composite résistant au feu, destinée notamment à la réalisation de caisses ferroviaires. L'invention sera explicitée ci-après en se référant à cette application particulière, mais elle peut également s'appliquer à toute pièce structurelle, notamment de caisses, de transport de passagers ou de fret. Les caisses ferroviaires actuelles sont constituées de deux profilés longitudinaux au niveau du plancher et de deux profilés longitudinaux au niveau du pavillon qui forment la structure et qui sont reliés par des montants métalliques. Des panneaux, généralement des profilés recouverts d'un tôlage, assurent la liaison entre les montants et les profilés. Le but de l'invention est d'alléger de façon très significative une structure comme celle d'une caisse ferroviaire tout en améliorant l'isolation phonique et thermique, et en lui conférant un bon comportement vis-àvis du feu et de la fumée. La pièce structurelle composite selon l'invention se caractérise en ce qu'elle comprend - une âme réalisée à partir de barres allongées ou pains, disposés côte à côte, - un encadrement en une matière ayant une grande résistance vis-à-vis de la compression, disposé sur le pourtour de l'âme et destiné à permettre la fixation de la pièce structurelle aux autres pièces similaires formant la caisse ferroviaire, - et deux peaux ou parements en une matière résistant au feu recouvrant les faces de l'âme et de 1' encadrement. Les pains peuvent être réalisés par exemple en mousse phénolique, et sont nappés extérieurement d'une couche en fibres, par exemple en fibres de carbone, de verre ou analogue, liées par une résine phénolique ou époxy autoextinguible ou en toute autre matière résistant au feu. Les pains peuvent avoir une section transversale en forme de trapèze, et sont juxtaposés le long de leurs faces inclinées avec des positions inversées de manière à former une âme continue plate. Dans le cas d'un plancher, un blindage antiprojection et isolant phonique est fixé sur la face inférieure de la pièce structurelle. Ce blindage peut être constitué par une tôle métallique ou composite en forme de cuvette pourvue d'un rebord périphérique qui est fixé sur le pourtour du parement inférieur du plancher. Le fond de la cuvette est fixé à intervalles réguliers au parement inférieur au moyen de réglettes. Dans les espaces compris entre la tôle, le parement inférieur et les réglettes sont enfermés des matelas en isolant phonique. L'encadrement peut être réalisé en mousse syntactique composée de microsphères de verre noyées dans une résine. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle pièce structurelle. Le procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'il consiste - à découper des pains allongés en mousse phénolique ou en tout autre matériau résistant au feu, - à traiter les pains dans une étuve ventilée suivant un cycle thermique spécifique, - à napper les pains avec une couche en fibres, par exemple en fibres de verre, de carbone ou analogue, liées par une résine phénolique ou époxy autoextinguible ou en tout autre matériau résistant au feu, - à draper le fond d'un moule de compactage avec un empilement de couches de tissu en fibres, par exemple en fibres de carbone, de verre ou analogue, imprégnées de résine, destinées à former la peau inférieure de la pièce structurelle par compactage, - à mettre en place les pains de mousse nappés sur l'empilement des couches de tissu en les disposant parallèlement et avec leurs faces inclinées en contact, - à mettre en place l'encadrement autour de la couche de pains, - à compacter à la presse l'ensemble pains-couches de tissu-encadrement de manière à assurer un bon contact entre tous les éléments, - à effectuer de la même manière le drapage de la peau supérieure par dessus la couche de pains, - à compacter l'ensemble de manière à assurer un bon contact entre tous les éléments, et - à soumettre l'ensemble ainsi formé à un cycle de polymérisation. Selon l'invention, le cycle de polymérisation comprend les phases suivantes - pressage à une première pression comprise entre 0,5 et 2,5 105 Pa, - montée en température jusqu'à un palier de dégazage compris entre 80 et 1400C, - dégazage, - pressage à une seconde pression comprise entre 2,5 et 5 105 Pa, - montée en température, - palier de polymérisation à une température comprise entre 135 et 180 C, et - refroidissement à la première pression. Exemple de réalisation Un exemple de réalisation de pièce structurelle selon l'invention, constituée par un plancher de caisse ferroviaire, sera décrit à présent en détail, en regard du dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue en perspective du plancher, la peau supérieure étant supposée retirée la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 ; et la figure 3 est une vue schématique en coupe illustrant le procédé de fabrication des peaux. Avec référence aux figures 1 et 2, le plancher composite 10 comprend une âme 12 réalisée à partir de barres allongées ou pains 14 en un matériau léger, isolant thermique, et ayant une bonne tenue au feu et à la fumée, par exemple en mousse phénolique. Sur la figure 2, les pains ont une section trapézoidale et sont disposés parallèlement en les accolant par leurs parois inclinées de manière à ce que leurs parois parallèles forment entre elles une surface supérieure et une surface inférieure parallèles et continues sur toute l'étendue du plancher. Mais il va de soi que les pains peuvent avoir toute autre forme de section, par exemple carrée, rectangulaire, en forme de losange ou de parallélogramme, la forme trapézodale étant toutefois préférée parce qu'elle assure une meilleure tenue mécanique du plancher vis-à-vis des efforts de flexion. Comme le montre la figure 2, les pains 14 sont recouverts d'un nappage 16 constitué par une couche de fibres, par exemple de fibres de verre, de carbone, ou analogue, liées par une résine phénolique ou époxy autoextinguible, ou en tout autre matériau résistant au feu. Lors du traitement thermique du plancher, les nappages 16 de deux pains voisins adhèrent l'un à l'autre, constituant ainsi un pontage entre la peau supérieure et la peau inférieure et assurant une parfaite cohésion et rigidité à l'âme du plancher. Le plancher comprend en outre un encadrement 18 destiné à permettre la fixation du plancher aux autres pièces structurelles ou à la structure de la voiture ferroviaire. L'encadrement est réalisé en un matériau léger, isolant thermique et ayant une bonne résistance à la compression, par exemple en mousse syntactique qui est constituée par des microbilles de verre noyées dans une résine. La fixation de la pièce sur la structure de la voiture ferroviaire peut se faire à l'aide d'éléments mécaniques, tels que vis et écrous, et/ou par collage. Des inserts en mousse syntactique peuvent être intégrés dans certaines zones de l'âme pour permettre la fixation de sièges ou analogues. L'âme 12 et l'encadrement 18 sont recouverts sur leurs deux faces par une peau supérieure 20 et par une peau inférieure 22. Ces peaux sont réalisées à partir de fibres, par exemple en fibres de verre, de carbone ou analogue, liées par une résine résistant au feu, par exemple une résine phénolique. La figure 3 illustre schématiquement le procédé de fabrication des peaux 20, 22. La direction de référence (que l'on désignera par direction 00), est celle de l'axe longitudinal de la voiture ferroviaire. Les pains 14 constituant l'âme sont disposés dans la direction optimale. Les deux peaux étant fabriquées de la même façon, on ne décrira que la constitution de la peau supérieure 20. Celle-ci comprend, en allant de bas en haut, une première couche 22a en fibres de carbone, de verre ou analogue, noyées dans une résine et orientées à 900, une seconde couche 22b à 00, une troisième et une quatrième couches 22c et 22d à 900, une cinquième couche 22e à Oc et une sixième couche 22f à 900. Le croisement de la direction des fibres d'une couche à l'autre confère une excellente résistance mécanique aux peaux. Le nombre, la nature des couches, leur orientation mutuelle, et le choix de la direction optimale seront déterminés en fonction des contraintes mécaniques appliquées à la pièce structurelle. Le traitement thermique décrit précédemment, provoque la polymérisation des liaisons ou pontages entre les nappages des pains et les peaux. Ces pontages participent à la rigidité du plancher et sont disposés dans la direction optimale. Après avoir effectué la polymérisation du plancher, comme on l'a décrit en détail dans le préambule de la description, on dispose sur la face inférieure du plancher composite une tôle métallique ou composite 26 faisant office de blindage anti-projection. Cette tôle est en forme de cuvette et comporte une bordure périphérique 30 qui est fixée par collage ou vissage sur l'encadrement 18 et un fond plat qui est également relié, à intervalles réguliers, au plancher, au moyen de profilés ou réglettes 32 qui sont collés sur la peau inférieure 22. Ces réglettes permettent également la fixation d'éléments divers, tels que des chemins de câbles, des supports de tuyauterie, etc... Dans les espaces définis entre la tôle 26, la peau 22 et les réglettes 32 sont enfermés des matelas de matière isolante phonique 28. Le plancher composite repose sur un support 34 faisant partie de la caisse de la voiture ferroviaire. La présente invention, outre son avantage lié au gain de poids des pièces comparativement aux panneaux actuellement utilisés, permet, du fait de la rigidité obtenue, de réduire, voire de supprimer complètement les éléments de structure et ceci en respectant les contraintes de tenue au feu et à la fumée généralement exigées dans le transport (ferroviaire par exemple). A titre d'exemple, dans le cas d'une caisse ferroviaire, il est possible de supprimer les profilés longitudinaux au niveau du pavillon, les pièces métalliques d'encadrement de porte, de fenêtre, les montants et d'alléger de façon très significative, et même de supprimer, les profilés longitudinaux au niveau du plancher. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce structurelle, en matériau composite résistant au feu, notamment pour la réalisation de caisses ferroviaires et de structures de transport de passagers et de fret, caractérisé en ce qu'il consiste - à découper des barres allongées ou des pains (14) en mousse phénolique ou en tout autre matériau résistant au feu, - à traiter les pains dans une étuve ventilée suivant un cycle thermique spécifique, - à napper les pains avec une couche (16) en fibres, par exemple en fibres de verre, de carbone ou analogue liées par une résine phénolique ou époxy autoextinguible ou en tout autre matériau résistant au feu, - à draper le fond d'un moule de compactage avec un empilement de couches de tissu en fibres, par exemple en fibres de carbone, de verre ou analogue, imprégnées de résine, destinées à former une peau inférieure (22) pour la pièce structurelle, - à mettre en place les pains de mousse (14) sur l'empilement des couches de tissu en les disposant parallèlement côte à côte, - à réaliser un encadrement (18) en matière résistant à la compression et au feu et à le mettre en place autour de la couche de pains (14), - à compacter à la presse l'ensemble pains-couches de tissu-encadrement de manière à assurer un bon contact entre tous ces éléments, - à effectuer de la même manière le drapage de la peau supérieure (20) par dessus la couche de pains, - à compacter l'ensemble de manière à assurer un bon contact entre tous les éléments, et - à soumettre l'ensemble ainsi formé à un cycle de polymérisation. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en que le cycle de polymérisation comprend les phases suivantes - pressage à une première pression comprise entre 0,5 et 2,5 105 Pa, - montée en température jusqu'à un palier de dégazage compris entre 80 et 1400 C, - dégazage, - pressage à une seconde pression comprise entre 2,5 et 5 105 Pa, - montée en température, - palier de polymérisation à une température comprise entre 135 et 1800C, et - refroidissement à la première pression. 3. Pièce structurelle en matériau composite notamment la réalisation de caisses ferroviaires ou de structures de transport de passagers ou de fret, caractérisée en ce qu'elle comprend - une âme (12) réalisée à partir de barres allongées ou pains (14) en matériau isolant thermique, disposées côte à côte, - un encadrement (18) en une matière résistant à la compression et au feu, disposé sur le pourtour de l'âme et destiné à permettre la fixation de la pièce structurelle aux autres pièces structurelles de la caisse ferroviaire, - deux peaux ou parements (20, 22) en une matière résistant au feu, recouvrant les faces de l'âme et de l'encadrement. 4. Pièce structurelle selon la revendication 3, caractérisée en ce que dans le cas d'un plancher, un blindage anti-projection (26) est fixé sur la face inférieure du parement inférieur (22), et un isolant phonique (28) est enfermé entre le blindage et le parement inférieur. 5. Pièce structurelle selon la revendication 4, caractérisée en ce que le blindage est constitué par une tôle métallique ou composite en forme de cuvette pourvue d'un rebord périphérique (30) qui est fixé sur le pourtour du parement inférieur du plancher. 6. Pièce structurelle selon la revendication 5, caractérisée en ce que le fond de la cuvette est fixé à intervalles réguliers au parement inférieur au moyen de réglettes (32). 7. Pièce structurelle selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que dans les espaces compris entre le blindage, le parement inférieur et les réglettes sont enfermés des matelas en isolant phonique (28).