Brevet FR2710871A1 — publié le 19950414

PROCEDE D'ASSEMBLAGE D'ELEMENTS EN MATERIAU COMPOSITE ET ELEMENTS ASSEMBLABLES ENTRE EUX. La présente invention concerne un procédé d'assemblage d'éléments en matériau composite à couches multiples consistant à raccorder, sans faire intervenir un usinage mécanique, des éléments auxquels a été conféré un profil en gradins. Plus particulièrement, I'invention se rapporte à l'assemblage d'éléments préformés en matériau composite à couches multiples pour la réalisation de structures de grandes dimensions soumises à de fortes contraintes, telles que des coques de bâtiments de surface, des superstructures, des mâtures. L'utilisation des matériaux composites s'est généralisée depuis quelques années pour la construction de navires, en raison de leurs performances massiques et mécaniques, de leur facilité d'entretien, de leurs propriétés acoustiques et amagnétiques. Les matériaux composites utilisés sont constitués par l'association de deux constituants de base: - le renfort, dont le rôle est d'assurer la fonction mécanique et qui se présente généralement sous la forme de fibres -la matrice, dont les fonctions sont de réaliser la liaison entre les renforts de manière à répartir les sollicitations, d'assurer la protection de ces renforts vis à vis des agents agressifs et de donner la forme à la pièce. Les structures de type monolithique consistent en une pluralité de couches de tissus en fibres de verre, de carbone, ou autre, enduites de résines de stratification telles que des polyesters, des polyvinylesters, des résines époxy. Les structures de type sandwich comprennent une âme enserrée entre deux semelles en tissus de fibres tels que cités précédemment; L'âme peut être, par exemple, en bois, en balsa, en mousse de polychlorure de vinyle, en mousse de polyuréthane, ou encore un nid d'abeille. Compte tenu des dimensions importantes des navires, il est pratiquement impossible de réaliser des structures monobloc et il est nécessaire de conserver des éléments préfabriqués à assembler entre eux. D'autre part, les navires étant soumis à des efforts généraux et locaux, il convient de minimiser les surfaces de jonction entre éléments, car celles-ci constituent des points faibles. On y parvient en réalisant des pièces présentant un profil en gradins. Cependant, I'utilisation de techniques mécaniques classiques de meulage, ponçage ou délaminage conduit à des défauts géométriques, notamment par suite du déchirement des tissus et de l'imprécision de profondeur de saignée réalisée par ces moyens mécaniques. Ces techniques nécessitent un usinage manuel long et coûteux, et pratiquement irréalisable pour des pièces de grandes dimensions, c'est-à-dire de l'ordre de 80 à 1 00m et présentant des formes complexes. En outre, ces techniques provoquent une pollution de l'atmosphère de travail, à cause des projections de particules nuisibles pour l'opérateur et son entourage. Afin de résoudre les problèmes posés par l'usinage de pièces en matériau composite à couches multiples, des essais d'utilisation de bandes de cire ont été réalisés. II s'agissait de bandes de cire en pâte calibrées à la demande et utilisées pour des technologies de pointe dans les domaines aéronautique et aérospatial. Toutefois, ce procédé présente l'inconvénient d'être onéreux et il doit être réservé aux pièces de petites dimensions, comme c'est le cas dans les domaines précités. On s'est heurté, de plus, à un problème de collage intempestif et incontrôlé sur la pièce et le moule. Le but de la présente invention est de proposer un procédé d'assemblage d'éléments en matériau composite à couches multiples, permettant la réalisation simple, rapide, peu onéreuse, de profils en gradins sur des formes planes ou complexes, et sans détérioration de la structure composite. Pour ce faire, I'invention a pour objet un procédé d'assemblage d'éléments préformés en matériau composite à couches multiples, caractérisé en ce qu'il consiste à conférer à l'extrémité à raccorder un profil en gradins par une technique de moulage. La géométrie des profils des éléments à raccorder a été définie à partir d'une méthode de calcul basée sur des essais en statique et en dynamique de traction et flexion reproduisant les sollicitations de coques de navires aux efforts locaux et généraux. Le profil en gradins est obtenu en réalisant une préforme en gradins dont la géométrie des gradins est fonction de la nature du matériau composite à façonner et du type de structure, puis en empilant successivement les couches de matériau composite en bordure des gradins de la préforme. La préforme déposée sur le moule est réalisée par empilement d'éléments lamellaires individuels. Chaque élément est un ruban adhésif. Ce dernier doit être choisi de manière judicieuse. De manière avantageuse, le ruban adhésif est du type à double face. II doit présenter une bonne qualité de surface pour le démoulage. De préférence, on emploie un ruban adhésif du type à double face en mousse de polyéthylène, en usage dans l'industrie automobile pour le collage d'accessoires. Le ruban adhésif est utilisé non pour ses propriétés adhésives mais pour sa qualité de surface. La mousse de polyéthylène qui le constitue doit être indéformable afin de garantir la continuité de l'épaisseur, et la colle doit être de bonne qualité. L'épaisseur du ruban adhésif est calibrée; elle est, par exemple de 0,8mm ou de 1 ,6mm. Le ruban est recouvert d'une pellicule de protection dont la surface est compatible avec la résine de stratification, par exemple du papier siliconé. L'invention a également pour objet un élément en matériau composite à couches multiples à profil en gradins caractérisé en ce qu'il est fabriqué selon un procédé comprenant les étapes suivantes: a) On cire un moule destiné à la confection de l'élément en matériau composite, b) On dépose une première couche de matériau composite en bordure du premier gradin de la préforme, c) On imprègne cette couche d'une résine adhésive, d) On répète les étapes b) et c) pour les couches suivantes jusqu'à obtention d'une épaisseur correspondant au premier gradin de la préforme, e) On répète les opérations b) à d) pour les différents gradins, f) Après réticulation du composite, on procède à son démoulage. Plus particulièrement, la première étape consiste à cirer un moule. Le moule est un moule en plastique tel que polyester, ou en bois de la forme de la pièce, par exemple une coque de navire. La deuxième étape consiste à déposer un premier lé de fibres en bordure du premier gradin, après passage d'une couche de cire sur la préforme. Le lé est constitué par des fibres tissées ou non tissées. Les fibres sont en verre, en carbone,ou en aramide sous la dénomination commerciale KEVLAR. Les lés ont, par exemple, une largeur de 1,30m 1 ,30m. On enduit le lé ensuite, s'il y a lieu, avec une résine de stratification. Les résines utilisées sont des résines thermodurcissables préconisées par les fabricants. On procède de la même façon que précédemment avec les autres lés jusqu'à obtention de l'épaisseur requise pour le premier gradin. Puis, de même, on empile les lés sur les différents gradins de la préforme. On obtient un élément stratifié. On effectue ensuite le moulage selon les spécifications fournies par le fabricant des fibres. II peut s'agir d'un moulage par contact, ou d'un moulage à basse pression, suivi éventuellement d'une cuisson en étuve. Les éléments en matériau composite ainsi fabriqués sont du type monolithique ou du type sandwich. Dans le cas d'un sandwich, les peaux sont, par exemple, un composite en tissu de verre et l'âme est en bois, en balsa, en mousse ou en nid d'abeille. Selon un mode de réalisation préféré, le procédé d'assemblage d'éléments en matériau composite à couches multiples consiste à façonner un premier élément comme indiqué précédemment, puis un deuxième élément symétrique du précédent et, enfin, à reconstituer l'intégralité de la structure par réalisation d'un élément intercalaire. Ainsi, après avoir fabriqué un premier élément, on fabrique, de manière identique, I'élément en vis-à-vis. L'élément intercalaire est alors constitué par empilage de couches successives. Selon une variante de réalisation, le procédé de l'invention peut être appliqué à l'assemblage d'un élément en matériau composite à couches multiples avec un élément en un autre matériau, par exemple, en matériau métallique, à condition de traiter au préalable la surface de ce dernier, selon les techniques usuelles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description suivante d' exemples non limitatifs ,en référence aux figures parmi lesquelles: La figure 1 est une coupe schématique longitudinale d'une préforme selon l'invention. Les figures 2 à 6 sont des coupes schématiques longitudinales de structures selon l'invention. La figure 1 représente une préforme constituée de gradins 2 réalisés par empilement de rubans adhésifs déposés sur un moule 1. Chaque ruban adhésif est recouvert d'une pellicule de protection 3. La figure 2 représente une structure stratifiée 4 à profil en gradins obtenue par empilement de lés sur les gradins 2 de la préforme reposant sur le moule 1. La figure 3 représente une structure constituée de deux éléments 4 et 5 raccordés en V à l'aide d'un élément intercalaire 6. La figure 4 représente une structure constituée de deux éléments 4 et 5 raccordés en X à l'aide de deux éléments intercalaires 6 et 7. La figure 5 est un exemple de structure à profil en gradins 2 pour un raccord en V. La figure 6 est un exemple de structure à profil en gradins 2 pour un raccord en X. EXEMPLE 1 Raccord en V pour une structure d'une épaisseur de 1 Omm. Les gradins ont une épaisseur de 3mm et une largeur de 80mm Ils sont au nombre de 3. Le matériau est en fibres de verre ou est de type sandwich avec une peau en fibres de verre et une âme en balsa. La structure est un élément de pont ou faux pont, une paroi, une plateforme de superstructure ou encore un bordé de carène. EXEMPLE 2 Raccord en V pour une structure d'une épaisseur de 20mm schématisée sur la figure 5. Les gradins ont une épaisseur de 3mm et une largeur de 80mu. Ils sont au nombre de 6 ou 7. Les structures et matériaux concernés sont identiques à ceux de l'exemple 1. EXEMPLE 3 Raccord en V pour une structure d'une épaisseur de 30mm. Les gradins ont une épaisseur de 3mm et une largeur de 100mm. Ils sont au nombre de 10. Les structures et matériaux concernés sont identiques à ceux de l'exemple 1. EXEMPLE 4 Raccord en X pour une structure d'une épaisseur égale ou supérieure à 30mm schématisée sur la figure 6. Les gradins ont une épaisseur de 3mm et une longueur de 100mm. Ils sont au nombre de 5. Le matériau est en fibres de verre. La structure est un bordé de carène en réparation. Grâce au procédé selon l'invention, le coût de réalisation des éléments préfabriqués à profil en gradins est moindre en raison de la rapidité d'exécution et de la non utilisation de moyens mécaniques. La structure de la pièce est conservée et les conditions de travail sont améliorées. La précision du profil en gradins n'est plus fonction de la forme ni de la géométrie de la pièce, ni de la dextérité de l'opérateur, mais uniquement de la précision d'épaisseur du ruban adhésif à double face utilisé. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'assemblage d'éléments préformés en matériau composite à couches multiples, caractérisé en ce qu'il consiste à conférer à l'extrémité à raccorder un profil en gradins par une technique de moulage. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une préforme en gradins dont la géométrie des gradins est fonction de la nature du matériau composite à façonner et du type de structure, puis à empiler successivement les couches de matériau composite en bordure des gradins de la préforme. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la préforme est réalisée par empilement d'éléments lamellaires individuels. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément lamellaire est un ruban adhésif. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ruban adhésif est du type à double face. 6 - Elément en matériau composite à couches multiples à profil en gradins caractérisé en ce qu'il est fabriqué selon un procédé comprenant les étapes suivantes: a) On cire un moule destiné à la confection de l'élément en matériau composite, b) On dépose une première couche de matériau composite en bordure du premier gradin de la préforme selon l'une des revendications 1 à 5, c) On imprègne cette couche d'une résine adhésive, d) On répète les étapes b) et c) pour les couches suivantes jusqu'à obtention d'une épaisseur correspondant au premier gradin de la préforme, e) On répète les opérations b) à d) pour les différents gradins, f) Après réticulation du composite, on procède à son démoulage. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à façonner un premier élément selon la revendication 6, puis un deuxième élément symétrique du précédent et enfin à reconstituer l'intégralité de la structure par réalisation d'un élément intercalaire. 8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments en matériau composite sont du type monolithique. 9 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments en matériau composite sont du type sandwich. 10 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué à l'assemblage d'un élément en matériau composite avec un élément en un autre matériau après traitement préalable de ce dernier.