Brevet FR2735064A1 — publié le 19961213

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PEAU MICROPOREUSE EN MATERIAU COMPOSITE La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une peau microporeuse en matériau composite, notamment un procédé de fabrication d'au moins l'une des peaux d'un panneau sandwich en matériau composite ainsi que la peau microporeuse obtenue. Dans le cas d'un fuselage d'aéronef notamment, on cherche à diminuer le bruit pour un meilleur confort de passagers et des personnels navigants qui sont soumis très régulièrement et pendant de longues périodes à une ambiance à niveau acoustique élevé, dû au moteur, aux vibrations et aux écoulements d'air. Les fréquences sont plus particulièrement générées dans des gammes supérieures à 500 Hz, plus particulièrement comprises entre 1200 et 2000 Hz et ces fréquences doivent être traitées en priorité car l'organisme des passagers y est très sensible et surtout l'intelligibilité de la parole s'en ressent. Les problèmes acoustiques posés par les cellules d'aéronef doivent également être résolus par des panneaux adaptés mais en tenant compte de contraintes complémentaires telles que la masse, I'épaisseur, le prix, mais aussi les contraintes esthétiques, car de tels panneaux doivent pouvoir être décorés sur la face intérieure, côté cabine. Dans les aéronefs, à l'heure actuelle, il est prévu de tels panneaux à fort coefficient d'absorption acoustique, comprenant au moins une couche de mousse à cellules ouvertes pour éviter la transmission directe de la source vers l'intérieur de la cabine, mais ils ne donnent pas entière satisfaction car ils répondent mal aux contraintes complémentaires énoncées ci-avant. Les contraintes décoratives et esthétiques ne sont pas les moindres car la face orientée vers l'intérieur de la cabine doit être revêtue pour donner une sensation de confort et un aspect esthétique certain. Cette face intérieure du panneau, au contact visuel et physique des passagers, doit aussi pouvoir être nettoyée aisément lors de l'entretien intérieur de la cabine. De plus, il faut que le panneau soit suffisamment rigide pour qu'une personne puisse s'y appuyer, même en cas de choc, sans le briser, ce qui implique une bonne résistance mécanique. La solution retenue pour l'invention consiste, par exemple, à réaliser des panneaux de revêtement à forte atténuation acoustique dont le but est' d'amortir les bruits en cabine, générés par les différentes liaisons ou ponts acoustiques, sachant qu'une coque isolée, sans fuite, n'est pas réalisable de façon pratique pour une cabine d'aéronef. II faut donc un panneau qui permette de lutter contre les réverbérations, d'autant plus nombreuses que la cabine est de petites dimensions, qui soit léger, qui soit simple à fabriquer pour que le prix de revient reste dans des limites inférieures à celles des panneaux existants. La résistance au feu est une autre contrainte à respecter pour les matériaux entrant dans la réalisation des parois de cabine d'aéronefs. II faut donc que les composés tels que mis en oeuvre lors de la fabrication de ladite paroi respectent la norme en vigueur, FAR 25 853 (critères de Feu/FuméerToxicité) applicable aux avions commerciaux. Dans des applications différentes, on trouve des documents de l'art antérieur qui proposent des panneaux rigides en matériau composite visant à atténuer les bruits. On connaît par la demande de brevet FR-A-2.710.874, au nom de la Demanderesse, un matériau en feuille rigide et autoportant pour l'atténuation acoustique et un panneau réalisé en un tel matériau. Ce matériau comprend - une âme à structure alvéolaire, les alvéoles étant ouvertes, plus particulièrement un nid d'abeilles, - une matière acoustiquement absorbante, emplissant les alvéoles, - des bandes de fibres résistantes formant des ouvertures entre elles, sur chacune des faces, et - un treiilis recouvrant l'ensemble, à larges mailles. Ce type de panneau ainsi réalisé est utilisé comme parois de séparation transversale, notamment dans les cabines d'aéronefs. Un tel panneau permet un excellent amortissement du bruit en cabine, notamment pour des aéronefs du type à turbopropulseurs mais un tel panneau est trop lourd, trop épais et surtout moins efficace en revêtement de cloison, ladite cloison comprenant généralement déjà d'autres matériaux acoustiquement absorbants. Le brevet US-A-3.439.774 décrit un panneau formant un carter pour un réacteur d'aéronef, destiné à absorber les bruits engendrés par le fonctionnement de ce réacteur. A cet effet, il est prévu en superposition, de l'extérieur vers l'intérieur: - une feuille pleine formant une enveloppe, - une première âme à structure alvéolaire, du type à croisillons, - une première feuille de matériau métallique microperforé avec des trous de 50 à 500 lim, le procédé de réalisation des microperforations n'étant pas indiqué, - une seconde âme à structure alvéolaire, du type à croisillons, et - une seconde feuille de matériau métallique microperforé, avec une perméabilité supérieure. Ainsi, les bruits à haute fréquence se propageant de l'intérieur vers l'extérieur sont absorbés de façon préférentielle par la seconde feuille et les basses fréquences sont absorbées par la première feuille après traitement par passage à travers la seconde feuille. Un tel matériau est trop épais pour être utilisé en paroi de cabine, comme revêtement. Le matériau ainsi divulgué est également trop lourd et ce type de panneau reste limité à l'application particulière envisagée, à savoir la diminution de propagation des bruits issus d'un moteur d'aéronef. Enfin, on peut également citer la demande de brevet DE-A-3.913.255 qui décrit un panneau comprenant une succession d'une plaque comprenant des trous, une feuille de non-tissé, une âme en nid d'abeilles, une plaque munie de trous de plus petit diamètre et une couche épaisse de laine de roche. Un tel panneau vise une atténuation acoustique mais il est trop épais, trop lourd, trop complexe pour une application à des panneaux de revêtement intérieur de cabine d'aéronef. Par ailleurs l'industrie montre une forte demande de peaux microporeuses, de grande résistance mécanique, de grande stabilité dimensionnelle, pouvant être conformée de façon complexe, sans que ces critères puissent être considérés comme exhaustifs. Le but de l'invention est donc de pouvoir réaliser une peau avec un seul pli avec des microperforations ayant notamment une géométrie et des dimensions contrôlées. L'invention a également pour objet la réalisation d'une peau multiplis. De telles peaux peuvent ensuite être utilisées notamment pour la réalisation de panneaux à amortissement acoustique mais non exclusivement puisque des applications à la filtration par exemple peuvent également s'envisager. On sait par contre que la réalisation d'une peau en matériau composite, présentent des micropores de dimensions plus ou moins importantes. De plus, pour que le prix de revient soit abordable il faut éviter les usinages mécaniques, par laser ou par toute autre méthode analogue. II apparaît dès lors intéressant de pouvoir réaliser une peau microporeuse, soit indépendamment pour être incluse ultérieurement dans un panneau multicouches ou dans d'autres structures. soit en co-cuisson, simultanément à la réalisation d'un panneau sandwich. A cet effet, le procédé de fabrication d'une peau microporeuse selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend les étapes suivantes - Drapage d'une peau en matériau tissé à mailles fines, enduit de résine, sur un outillage métallique, à la forme de la peau à obtenir, revêtu d'un agent démoulant, - Mise en place des produits d'environnement, - Introduction de la peau et de l'outillage dans une vessie souple reliée à des moyens de mise sous vide, - Mise en dépression de la vessie en sorte de plaquer la peau sur l'outillage, - Introduction de la vessie avec son contenu et l'outillage dans une étuve, - Cycle de cuisson, et - Démoulage de la peau microporeuse ainsi réalisée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la résine utilisée est une résine phénolique et le matériau tissé est un tissu de verre. L'invention a aussi pour application un procédé de fabrication d'un panneau sandwich comprenant au moins une peau microporeuse et se caractérise en ce qu'il comprend les étapes suivantes - Drapage de la première peau en tissu de verre à larges mailles et des renforts éventuels sur un outillage métallique à la forme du panneau à obtenir, revêtu d'un agent démoulant, - Mise en place de l'âme en nid d'abeilles sur cette première peau, -Dépose sur l'âme en nid d'abeilles 14 de la seconde peau 16 en tissu à mailles fines, - Mise en place des produits d'environnement, comprenant les consommables nécessaires, de type connu, notamment une couche de matériau perforé anti-adhérent, par exemple en fluoroéthylène, une couche de matériau drainant tel que de la ouate qui permet outre une bonne diffusion de la dépression, une absorption du surplus de résine, - Mise en place d'une vessie souple, généralement en nylon, entourant l'ensemble du sandwich et des consommables, I'étanchéité de la vessie avec l'outillage étant obtenue par des cordons d'un matériau adapté, du type mastic, - Mise en dépression de l'intérieur de la vessie à un niveau de vide compris entre 5.104 et 9.104 Pa, - Introduction de la vessie et de l'ensemble du sandwich dans une étuve, - Cycle de cuisson, et - Démoulage de la pièce ainsi réalisée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé de fabrication d'une peau microporeuse et d'un panneau sandwich se caractérise en ce que le cycle de cuisson comprend les étapes suivantes - Montée à température de polymérisation, - Maintien à cette température de polymérisation jusqu'au degré de réticulation désiré, - Arrêt de la chauffe et refroidissement libre, - Cassure du vide et remise à la pression atmosphérique lorsque la température est de préférence inférieure au TG (température de transition vitreuse). Le procédé est décrit ci-après, selon un mode de réalisation particulier, non limitatif, donné à titre d'exemple, cette description se référant aux différents dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue en perspective d'un mode de réali sation d'une peau en co-cuisson simultanément à la fabrication d'un panneau de revêtement à atténuation acoustique, - la figure 2 représente une vue en coupe transversale d'un panneau tel que montré sur la figure 1, mis en place dans une cabine d'aéronef, - la figure 3 représente une vue d'un panneau avec peau microporeuse dans une vessie, et - la figure 4 représente une vue au microscope d'une peau microporeuse obtenue par mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Selon le mode de réalisation de la figure 1, le panneau représenté comprend de l'intérieur I vers l'extérieur E, une couche 10 de décoration proprement dite, une première peau 12 en tissu à larges mailles, une âme 14 et une seconde peau 16 avec des micropores, peau qui intéresse directement le procédé selon l'invention. Les résines des différentes peaux sont de type phénolique car elles présentent de nombreux avantages - très bonne tenue au feu, - très faible débit calorifique, et - faible émission de produits toxiques en cas d'inflammation. La couche 10 de décoration comprend un tissu de décoration plus connu dans le commerce sous le nom de AERIA T1 de la société TEXAA. Cette couche 10 n'intervient aucunement au niveau des propriétés d'amortissement acoustique puisqu'elle est transparente aux sons, mais elle a pour rôle de masquer à la vue la première peau 1 2 à larges mailles sans modifier le spectre des fréquences des sons qui se propagent dans la cabine. La première peau 1 2 en tissu à larges mailles contribue au renforcement mécanique du panneau. Cette peau est obtenue à partir d'un tissu de verre imprégné de résine phénolique. Les caractéristiques du tissu de verre sont les suivantes - Masse surfacique : 278 g/m2; - épaisseur : 0,4 mm - maille carrée de l'ordre de 1,8 mm entre les axes de fils. Cette première peau 1 2 est éventuellement complétée par des renforts 13 réalisés également à partir d'un tissu de verre imprégné de résine phénolique, disposés aux endroits adéquats du panneau, déterminés par des calculs de résistance des matériaux à la portée de l'homme de l'art. L'âme 14 est en nid d'abeilles, notamment en papier de fibres aramides tel que celui dénommé commercialement "NOMEX" . La seconde peau 1 6 est l'élément essentiel de la combinaison, par les micropores qu'elle présente, comme cela sera expliqué ultérieurement. Cette peau est obtenue à partir d'un tissu de verre enduit de résine phénolique dont les caractéristiques sont les suivantes 2 - Masse surfacique: 107 g/m2 - Epaisseur : 9/100 de mm - Armure : Satin de 4 - Nombre de fils de chaîne au cm : 24 - Nombre de fils de trame au cm : 23 Quant à l'imprégnation, elle est réalisée avec un taux massique nominal de 40 % en résine. On sait que, en plus de leurs qualités intrinsèques, les résines phénoliques se polymérisent par une réaction de polycondensation qui s'accompagne d'un dégagement d'eau sous forme de vapeur à des températures supérieures à 1000C, la température de cuisson étant généralement de 1500C. On peut avancer une première hypothèse de formation des micropores selon laquelle les gaz, en s'échappant, font apparaître dans le tissu des micropores. Généralement, les fabricants de pièces en composites luttent à l'encontre de tels micropores, notamment en disposant le tissu dont on cherche à obtenir l'étanchéité contre un moule ou, plus exactement, contre la face de l'outillage et/ou en introduisant des phases de dégazage dans le cycle de polymérisation. On peut aussi avancer une seconde hypothèse selon laquelle, lors de la polymérisation, le polymère passe tout d'abord par une phase suffisamment liquide avec un rétreint simultané entre deux fibres, ce qui a tendance à faire apparaître un trou au droit de la couche mince. Comme le tissu présente des mailles, le trou a tendance à apparaître au centre de la maille. La polymérisation bloque ensuite le polymère dans cette situation, ce qui génère les micropores recherchés. On peut se reporter à la figure 4 qui montre une vue au microscope, grossissement de l'ordre de 60, d'une peau microporeuse ainsi obtenue. Contrairement à cette technique et vainquant le préjugé qui en découle, le procédé de fabrication d'un panneau avec une peau microporeuse selon l'invention comprend la succession des étapes suivantes, selon la figure 3 - Drapage de la première peau 1 2 en tissu de verre à larges mailles et des renforts éventuels 1 3 sur un outillage métallique à la forme du panneau à obtenir, revêtu d'un agent démoulant, - Mise en place de l'amie 14 en nid d'abeilles sur cette première peau, -Dépose sur l'âme en nid d'abeilles 14 de la seconde peau 16 en tissu à mailles fines, - Mise en place des produits d'environnement, comprenant les consommables nécessaires, de type connu, notamment une couche 21 de matériau perforé anti-adhérent, par exemple en fluoroéthylène, une couche 22 de matériau drainant tel que de la ouate qui permet outre une bonne diffusion de la dépression, une absorption du surplus de résine, - Mise en place d'une vessie 18 souple, généralement en nylon, entourant l'ensemble du sandwich et des consommables, I'étanchéité de la vessie 18 avec le moule 15 étant obtenue par des cordons 24 d'un matériau adapté, du type mastic, - Mise en dépression de l'intérieur de la vessie 18 à un niveau de vide compris entre 5.104 et 9.104 Pa, - Introduction de la vessie 1 8 et de l'ensemble du sandwich dans une étuve, - Cycle de cuisson . Montée à température de polymérisation, . Maintien à cette température de polymérisation jusqu'au degré de réticulation désiré, Arrêt de la chauffe et refroidissement libre, - Cassure du vide et remise à la pression atmosphérique lorsque la température est de préférence inférieure au TG (température de transition vitreuse), et - Démoulage de la pièce ainsi réalisée. On constate que lors de cette polymérisation, il y a eu formation de micropores dont la géométrie, le nombre et la taille dépendent notamment des conditions de polymérisation. Ces paramètres peuvent être contrôlés et reprod uctibles. Dans les conditions de cuisson suivantes - montée en température à une vitesse de 50C par minute - maintien à une température de 1 500C pendant une durée de 1 h 30 - cassure du vide lorsque la température est inférieure 400C on obtient des micropores dont la géométrie est sensiblement rectangulaire, les côtés ayant des dimensions comprises entre 0,1 et 0,3 mm (cf. figure 4). II est à noter que les paramètres importants à maîtriser sont - température maximale à atteindre pour la polymérisation, - niveau de vide, - température de démoulage, - taux massique de résine, - propriétés de la résine. - choix de l'armure. Quant à la couche 10 de décoration, elle est ensuite rapportée par collage sur la première peau 12 à l'aide d'un adhésif adapté, par exemple de la colle vinylique pulvérisée (4301-8 du Joint Français) de façon à ne pas perturber la résistance au feu et la transparence acoustique. On peut utiliser notamment le tissu commercialisé sous le nom AERIA T1 de la Société TEXAA. Sur la figure 2, on a représenté une vue en coupe d'un panneau de revêtement ainsi obtenu et disposé à proximité immédiate d'une cloison de cabine d'aéronef comprenant une couche 20 de matériau amortissant tel qu'une mousse à cellules ouvertes. Cette mousse a un effet amortissant pour les bruits directs se propageant des sources extérieures vers l'intérieur, à travers ladite cloison, mais aussi un rôle d'absorption pour les bruits se propageant en cabine et traités par le panneau à micropores obtenu par le procédé ci-avant décrit. En effet, les bruits se propageant dans la cabine passent à travers la couche de décoration 10, à travers la première peau 12 à larges mailles puis à travers les micropores de la seconde peau 16, pour se trouver amortis par la couche de mousse à cellules ouvertes 20. On constate qu'un tel panneau a une faible épaisseur, une bonne résistance mécanique due à sa structure sandwich ainsi qu'une certaine aptitude à recevoir un tissu de décoration. Dans le cas où la peau microporeuse est placée à la vue, on peut aussi prévoir, en tant que couche de matériau de décoration, le dépôt d'un voile de peinture en sorte d'éviter de boucher les micropores. On remarque également que le panneau est réalisé en une étape unique qui permet simultanément la fixation des deux peaux sur l'âme en nid d'abeilles et la réalisation des micropores sans autre intervention. On constate que dans le cas d'une fabrication intégrée, le panneau est obtenu directement, en une seule opération. L'assemblage des peaux avec l'âme à structure alvéolaire, opération nécessaire dans tous les cas d'une réalisation d'une structure sandwich, est mise à profit pour générer simultanément les micropores, sans reprise, sans aucun usinage mécanique, sans soufflage intermédiaire. Ce procédé permet de réaliser de façon aisée, en une étape unique, un panneau sandwich efficace, qui est simple dans sa structure, léger, résistant mécaniquement, aux normes concernant le feu car les matériaux utilisés sont bien connus et peu nombreux, de plus ils ont déjà fait leurs preuves pour leurs qualités en cas d'incendie. On remarque aussi que la peau microporeuse peut être obtenue seule pour une utilisation dans la réalisation de panneaux multicouches en matériau composite ou pour toute autre application telle que la filtration. Dans ce cas, le procédé de fabrication est modifié puisque seul le tissu à mailles fines enduit de résine est disposé sur le moule dont la forme correspond au profil de la peau à obtenir. II convient alors de modifier le taux massique de résine et les conditions de cuisson pour obtenir les micropores recherchés. L'invention permet de réaliser de la même façon une peau microporeuse multiplis en jouant sur les paramètres de polymérisation et les taux massiques de résine notamment. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une peau microporeuse en matériau composite, notamment pour la réalisation d'un panneau sandwich, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - Drapage d'une peau (16) en matériau tissé à mailles fines, enduit de résine, sur un outillage (15) métallique, à la forme de la peau à obtenir, revêtu d'un agent démoulant, - Mise en place des produits d'environnement (21,22), - Introduction de la peau et de l'outillage dans une vessie (18) souple reliée à des moyens de mise sous vide, - Mise en dépression de la vessie en sorte de plaquer la peau sur l'outillage, - Introduction de la vessie avec son contenu et l'outillage dans une étuve, - Cycle de cuisson, et - Démoulage de la peau microporeuse ainsi réalisée. 2. Procédé de fabrication d'une peau microporeuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine est une résine phénolique et le matériau tissé est un tissu de verre. 3. Procédé de fabrication d'un panneau sandwich comprenant au moins une peau microporeuse obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - Drapage de la première peau (12) en tissu de verre à larges mailles et des renforts éventuels (13) sur un outillage métallique à la forme du panneau à obtenir, revêtu d'un agent démoulant, - Mise en place de l'amie (14) en nid d'abeilles sur cette première peau, -Dépose sur l'âme en nid d'abeilles (14) de la seconde peau (16) en tissu à mailles fines, Mise en place des produits d'environnement, comprenant les consommables nécessaires, de type connu, notamment une couche (21) de matériau perforé anti-adhérent, par exemple en fluoroéthylène, une couche (22) de matériau drainant tel que de la ouate qui permet outre une bonne diffusion de la dépression, une absorption du surplus de résine, - Mise en place d'une vessie (18) souple, généralement en nylon, entourant l'ensemble du sandwich et des consommables, l'étanchéité de la vessie (18) avec l'outillage (15) étant obtenue par des cordons (24) d'un matériau adapté, du type mastic, Mise en dépression de l'intérieur de la vessie (18) à un niveau de vide compris entre 5.104 et 9.104 Pa, - Introduction de la vessie (18) et de l'ensemble du sandwich dans une étuve, - Cycle de cuisson, et: - Démoulage de la pièce ainsi réalisée. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que le cycle de cuisson comprend les étapes suivantes - Montée à température de polymérisation, Maintien à cette température de polymérisation jusqu'au degré de réticulation désiré, - Arrêt de la chauffe et refroidissement libre, Cassure du vide et remise à la pression atmosphérique lorsque la température est de préférence inférieure au TG (température de transition vitreuse).