Brevet FR2750640A1 — publié le 19980109

Procédé de fabrication d'un Produit en matière plastiaue renforcée de fibres La présente invention concerne un procédé de moulage et de fabrication d'une matière plastique renforcée de fibres. Elle concerne plus précisément un procédé pour mouler et fabriquer un produit en matière plastique renforcée de fibres, d'une manière plus efficace. Différents procédés sont utilisés pour mouler et fabriquer des matières plastiques renforcées de fibres (désignées ci-après par l'abréviation FRP). Ces procédés comprennent, par exemple, un procédé de superposition manuelle de couches utilisant uniquement un moule ou une matrice, un procédé de projection simultanée et un procédé d'enroulement filamentaire (FW) dans lequel une fibre de renforcement imprégnée d'une résine est enroulée autour d'un mandrin. On connaît par ailleurs d'autres procédés tels que le procédé de moulage par injection de résine sur renfort (RTM) comportant l'utilisation d'un moule et d'une matrice, ou d'une matrice seule, une résine étant injectée dans une préforme de renforcement placée dans la matrice, et un procédé de moulage à la presse (à froid ou à chaud) utilisant à la fois un moule et une matrice. Dans le procédé de moulage à la presse à froid ou à chaud et dans le procédé RTM, des moules lourds et épais, tels que des moules en résine, des moules en béton, des moules en FRP, des moules réalisés par électroformage et des moules en métal sont utilisés pour former les matieres plastiques renforcées de fibres. Des polyesters, des esters vinyliques et des résines époxy, entre autres, sont généralement utilisés comme résines formant matières de base pour les FRP. Etant donné que la force d'adhérence entre le renforcement en fibres et la résine formant matière de base doit être importante, il est fréquent que l'adhérence entre la résine et la surface du moule soit elle aussi extrêmement importante. I1 faut par conséquent appliquer au moule un traitement de démoulage afin d'éviter cette adhérence, l'agent de démoulage étant, d'une manière caractéristique, une cire ou une substance similaire. La fréquence à laquelle l'agent de démoulage doit être appliqué au moule dépend pour une large part du type de résine de base de la FRP, du type de moule et du type de procédé de moulage utilisés. Même lorsqu'un moule est bien contrôlé par le procédé RTM, un traitement de démoulage doit être effectué après 50 à 70 utilisations. Ce traitement de démoulage est habituellement effectué manuellement et exige beaucoup de temps et de maind'oeuvre, ce qui constitue l'un des principaux facteurs faisant obstacle à une fabrication efficace des FRP. Lorsque le traitement de démoulage n'est pas satisfaisant, il est souvent difficile d'extraire du moule le produit moulé en FRP, ce qui non seulement prend du temps mais entraîne également fréquemment une détérioration du moule. En particulier, un moule comportant un bord fin ou une nervure mince est souvent détérioré au cours de l'extraction du produit moulé, en raison d'un traitement de démoulage non satisfaisant. Naturellement, lorsqu'une pièce moulée en FRP de grande dimensions est souhaitée, le moule doit lui aussi être conçu plus grand. Toutefois, lorsqu'une pièce moulée en FRP de grandes dimensions doit être réalisée, il faut davantage de temps pour placer une préforme de renforcement dans le moule. Un moule coûteux est donc occupé pendant une longue période pour autre chose qu'un travail de moulage direct. C'est également le cas lorsqu'une couche de gel doit être appliquée à la surface du moule. Dans le procédé de moulage à la presse à froid ou à chaud, ou dans le procédé RTM, une matière plastique renforcée de fibres moulée doit être complètement cuite dans le moule jusqu'à ce que sa forme soit stabilisée. Le moule est par conséquent occupé plus longtemps que lorsque la préforme de renforcement est utilisée, et ne peut donc pas être préparé pour l'opération de moulage suivante tant que la pièce moulée précédente n'a pas été démoulée. Avec le procédé RTM, le moule peut être placé dans une cuve à haute température pour stimuler la cuisson de la résine dans le moule. Cependant, après le démoulage de la pièce moulée en FRP, aucune opération de moulage suivante ne peut être réalisée tant que la température du moule n'a pas été abaissée. Ceci empêche une utilisation rationnelle du moule et un bon rendement de fabrication des matières plastiques renforcées de fibres. La présente invention a précisément pour but de proposer un procédé qui permette de réduire le nombre des étapes de fabrication requises pour le moulage d'un produit en matière plastique renforcée de fibres par le procédé de moulage à la presse à froid ou à chaud, ou le procédé RTM. L'invention a aussi pour but de prolonger la durée de vie des moules utilisés pour mettre en oeuvre ces procédés. L'invention a pour autre but de proposer un procédé de fabrication à haut rendement pour réaliser une pièce moulée en FRP. Le procédé de fabrication d'un produit en matière plastique renforcée de fibres de la présente invention comprend une étape d'installation de coquille qui comprend l'installation dans un moule d'au moins une coquille réalisée à partir d'une résine faiblement adhérente à une résine formant matière de base utilisée pour former une matière plastique renforcée de fibres ; une étape de moulage comprenant la mise en place de la résine formant matière de base dans la coquille et la fermeture du moule une étape de démoulage au cours de laquelle la coquille est ôtée du moule ; et une étape d'extraction de pièce moulée au cours de laquelle une pièce moulée est extraite de la coquille. Selon une caractéristique particulière de la présente invention, une préforme de renforcement peut être placée dans la coquille préalablement à l'étape d'installation de celle-ci. Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, la coquille peut être ôtée du moule avant que la résine formant matière de base ne soit complètement cuite et préalablement à l'étape d'extraction de la pièce moulée. Ces buts, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée suivante d'exemples de formes de mise en oeuvre, donnée à titre d'illustration nullement limitative en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est un diagramme représentant l'étape d'installation d'une préforme de renforcement du procédé de fabrication de l'invention décrit dans l'Exemple 1 t la figure 2 est un diagramme représentant l'étape de fermeture de coquilles supérieure et inférieure et l'étape de moulage du procédé de fabrication décrit dans l'Exemple 1 la figure 3 est un diagramme représentant l'étape de post-cuisson et de démoulage du procédé décrit dans l'Exemple 1 la figure 4 est un diagramme représentant l'étape d'installation de coquilles supérieure et inférieure et de mise en place d'une préforme du procédé de fabrication de l'invention décrit dans l'Exemple 2 la figure 5 est un diagramme représentant l'étape de moulage du procédé de fabrication décrit dans l'Exemple 2 ; et la figure 6 est un diagramme représentant l'étape de post-cuisson et de démoulage du procédé décrit dans l'Exemple 2. ExemDle 1 Les figures 1, 2 et 3 illustrent un procédé de moulage d'un produit en matière plastique renforcé de fibres (FRP) par un procédé de moulage par injection de résine sur renfort (RTM) selon un premier aspect de la présente invention. Le récipient en FRP destiné à être formé (visible sur les figures 3 et 5) a un diamètre de 25 cm et une profondeur de 10 cm, ses parois ayant une épaisseur de 3 mm. La partie de rebord du récipient a une largeur de 2 cm et une épaisseur de 1 mm. Comme le montre la figure 1, une préforme de renforcement 1 a été disposée entre une coquille supérieure 2 et une coquille inférieure 3. La préforme de renforcement 1 est réalisée à partir d'un tissu de verre tissé uni, 12 feuilles de ce tissu de verre étant réunies par enrobage avec un liant pour former la préforme de renforcement. La coquille supérieure 2 et la coquille inférieure 3 sont de préférence réalisées à partir d'une résine très faiblement adhérente à la résine formant matière de base utilisée pour fabriquer la matière plastique renforcée de fibres, ou à partir d'une matière métallique dont une surface est revêtue de cette résine faiblement adhérente. Dans cet exemple, la coquille supérieure 2 et la coquille inférieure 3 ont toutes deux une épaisseur de 2 mm, l'invention n'étant toutefois pas limitée à cette valeur, pourvu que les deux coquilles soient suffisamment robustes pour résister à la pression de moulage à laquelle elles sont soumises. La coquille supérieure 2 et la coquille inférieure 3 peuvent être fabriquées, par exemple, par un moulage par injection, par un moulage sous vide ou un moulage par compression. Lorsque la coquille supérieure 2 et la coquille inférieure 3 ont une épaisseur importante et un degré élevé de rigidité, elles peuvent conserver leur forme à l'extérieur du moule, ce qui permet de commencer par installer une préforme dans les coquilles avant de placer celles-ci dans le moule. Une rainure ou un réservoir de résine est formé(e) dans la coquille inférieure 3 et définit une zone de pincement doux. D'autre part, la coquille supérieure 2 comprend un conduit de dégazage/réduction de pression 6 et un conduit d'injection de résine 7. Comme on peut le voir sur la figure 2, la coquille supérieure 2 et la coquille inférieure 3 dans lesquelles est installée la préforme de renforcement sont ensuite placées dans un moule supérieur 4 et un moule inférieur 5. Le moule supérieur 4 et le moule inférieur 5 sont réalises à partir d'un béton à base de résine époxy mais peuvent être réalisés à partir de n'importe quel matériau capable de maintenir la coquille supérieure 2 et la coquille inférieure 3 avec précision tout en étant apte à résister à la pression de moulage. Il faut en outre préciser que les surfaces du moule supérieur 4 et du moule inférieur 5 ne nécessitent aucun traitement spécial. Le moule supérieur 4 et le moule inférieur 5 sont ensuite appliqués l'un contre l'autre et fermés au moyen d'un dispositif de serrage ou d'un dispositif similaire, après quoi une résine mélangée à un agent de cuisson est injectée à travers le conduit d'injection de résine 7 de la coquille supérieure 2. Comme cela est visible sur la figure 2, le moule supérieur 4 comporte des trous destinés à loger le conduit de dégazage/réduction de pression 6 et le conduit d'injection de résine 7. La résine utilisée ici est de préférence une résine de polyester, mais peut également être une résine d'ester vinylique ou une résine époxy. Le conduit de dégazage/reduction de pression 6 est relié à une pompe à vide (non représentée) destinée à réduire la pression à l'intérieur des coquilles. Lorsque la résine commence à ressortir par le conduit de réduction de pression 6, la fourniture de résine dans le conduit d'injection de résine 7 est stoppée. Au bout de 20 minutes, on constate que la résine est solidifiée, après quoi les coquilles 2 et 3 sont extraites du moule supérieur 4 et du moule inférieur 5 et placées dans une cuve à haute température 8 à 80"C pendant une heure. La cuve est ensuite refroidie progressivement pour atteindre la température de la pièce, puis la pièce moulée en FRP est extraite des coquilles 2 et 3. De l'air comprimé est alors insufflé à travers le conduit d'injection de résine 7, ce qui permet d'extraire facilement la pièce moulée en FRP des coquilles. On constate que la surface de la pièce moulée en FRP ainsi réalisée est aussi lisse que les surfaces des coquilles. On constate également qu'aucune résine formant matière de base n'adhère aux moules, les moules pouvant être réutilisés rapidement pour l'étape de moulage suivante une fois que les coquilles en ont été extraites. Du fait que les coquilles sont extremement légères, la préforme peut être installée très facilement. On observe également que les coquilles peuvent être utilisées au moins 20 fois avant de devoir être remplacées. Etant donné que la préforme suivante peut être préparée pendant le traitement de post-cuisson, aucun traitement de démoulage n'est nécessaire et la pièce moulée en FRP peut être facilement démoulée. Les moules n'étant pas utilisés pendant le traitement de post-cuisson, la productivité pour un seul moule est par conséquent multipliée par trois par rapport à l'art antérieur. De plus, comme l'opération de moulage est divisible, le rendement peut être multiplié par deux au moins comparativement à l'art antérieur. En outre, étant donné que les moules n'ont plus besoin d'être réparés et qu'un traitement de surface spécial n'est plus nécessaire, le coût des moules est égal ou inférieur à 1/3 de celui d'un moule conventionnel. Exemple 2 Les figures 4 à 6 représentent un procédé de moulage à la presse à froid pour réaliser un récipient cylindrique en FRP à paroi mince, mettant en oeuvre la présente invention. Le produit moulé a les mêmes dimensions que celui de l'Exemple 1. Les mêmes coquilles que dans l'Exemple 1 sont utilisées, et les mêmes types de résines que celles énumérées dans l'Exemple 1 peuvent être utilisés pour réaliser ces produits. A la différence du procédé de moulage RTM, toutefois, le conduit d'injection de résine et le conduit de réduction de pression ne sont pas prévus puisque la résine n'est pas injectée. Les mêmes moules que dans l'Exemple 1 sont utilisés, et peuvent être réalisés à partir des memes matériaux que ceux énumérés dans l'Exemple 1. Cependant, le moule supérieur 4 de l'Exemple 2 ne comporte pas de trous destinés à loger le conduit de dégazage/réduction de pression 6 et le conduit d'injection de résine 7 de la coquille supérieure 2 utilisée dans l'Exemple 1. Comme cela est visible sur la figure 4, la coquille supérieure 2 est tout d'abord fixée au moule supérieur 4 au moyen d'un dispositif de serrage. La préforme de renforcement 1 est installée dans la coquille inférieure 3 qui est ensuite placée dans le moule inférieur 5. Etant donné que le moule inférieur 5 constitue une partie femelle, la coquille inférieure 3 est simplement engagée dans le moule inférieur 5. Puis, comme cela est visible sur la figure 5, une résine de polyester mélangée à un agent de cuisson est répandue sur la préforme de renforcement 1. Une fois que la quantité voulue de résine a été répandue sur la préforme de renforcement 1, le moule supérieur 4 est pressé contre le moule inférieur 5 à l'aide d'une presse hydraulique de 50 tonnes. Un surplus de résine est recueilli dans le réservoir de résine formé dans la coquille inférieure 3. Au bout de 20 minutes, on constate que la résine s'est solidifiée dans les coquilles, après quoi la coquille supérieure 2 et la coquille inférieure 3 sont extraites du moule supérieur 4 et du moule inférieur 5, fixées par un dispositif de serrage et laissées dans la cuve à haute température 8 à 80"C pendant 1 heure. La cuve est ensuite refroidie progressivement pour atteindre la température de la pièce, et la pièce moulée en FRP est extraite des coquilles 2 et 3. La pièce moulée en FRP ainsi obtenue présente les mêmes caractéristiques que celles obtenues dans l'Exemple 1. L'effet promoteur de rendement de la présente invention est le même que dans l'Exemple 1. Comme cela a été indiqué précédemment, aucun traitement de démoulage n'est nécessaire dans les moules utilisés pour fabriquer des FRP à l'aide du procédé de moulage à la presse à froid ou à chaud, ou du procédé RTM, ce qui permet de prolonger la durée de vie des moules. D'autre part, le temps d'occupation des moules pendant la cuisson d'une pièce moulée en FRP peut etre réduit de même que le temps d'occupation des moules nécessaire à l'application d'une couche de gel et à la mise en place d'une préforme de renforcement. Un bon rendement de fabrication de pièces moulées en FRP est par conséquent possible. Bien que la description précédente ait porté sur des formes de mise en oeuvre préférées du procédé de l'invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée aux exemples particuliers décrits et illustrés ici et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un produit en matière plastique renforcée de fibres, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'installation de coquille qui comprend la mise en place d'au moins une coquille (2, 3) dans un moule (4, 5), ladite coquille (2, 3) étant réalisée à partir d'une résine faiblement adhérente à une résine utilisée pour former une matière plastique renforcée de fibres ; une étape de moulage comprenant la mise en place de la résine dans la coquille (2, 3) et la fermeture du moule (4, 5) ; une étape de démoulage au cours de laquelle la coquille (2, 3) est ôtée du moule (4, 5) ; et une étape d'extraction de pièce moulée au cours de laquelle une pièce moulée est extraite de la coquille (2, 3). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une étape de mise en place d'une préforme de renforcement (1) dans la coquille (2, 3) préalablement à l'étape d'installation de la coquille. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une étape qui consiste à ôter la coquille (2, 3) du moule (4, 5) avant que la résine ne soit complètement cuite et préalablement à l'étape d'extraction de la pièce moulée.