Brevet FR2780677A1 — publié le 20000107

TITRE: TRANSFERT DE COMPOSITE THERMODURCISSABLE FORTEMENT RENFORCE EN VUE DE CREER DES PIECES TECHNIQUES A HAUTES PROPRIETES MECANIQUES ETAT DE LA TECHNIQOUE: Cette viscosité impose des pressions d'injection très fortes des moules très solides et des presses d'injection très puissantes. De plus, lorsque le flux de matière thermoplastique est divisé en plusieurs écoulements, par des obstacles, dans les zones ou les écoulements se rejoignent, il se forme des défauts appelés " lignes de soudure ". Ces lignes sont une zone de fragilité et de fissuration bien connue des spécialistes des pièces injectées. La faiblesse de ces zones est liée au fait que le thermoplastique se refroidit à la surface des obstacles et que les deux " surfaces fluides refroidies de contact " se soudent très mal lorsqu'elles se rejoignent De plus, les fibres restent prisonnières dans les volumes fluides qui ont été séparés et il n'y a pas de passage de fibres et d'accrochage mécanique entre les " surfaces fluides refroidies de contact "; enfm lors de l'injection, les fibres de renforcement sont broyées par le système d'injection et leur longueur utile est très faible. L'avantage de l'injection thermoplastique chargée fibre et de produire des pièces techniques relativement robustes, telles des hélices pour l'automobile. Pour des petites séries le prix des moules devient rapidement prohibitif Il existe une technique utilisant des résines thermodurcissables appelées RTM, dans laquelle on injecte, sous vide et pression, de la résine pure dans un moule " léger " qui a été préalablement remplis a 30 % (en masse) de " préformes >" en fibres de verres (tissus ou mat). Cette technique est intéressante mais nécessite une manipulation de fibres et une préparation de préformes, pas toujours aisé ni économiquement intéressante. * BUT DE L'INJECTION: A. Au niveau du process: Réaliser l'injection de thermodurcissables chargés de fibres de renforcement de façon à obtenir des pièces analogues à l'injection thermoplastiques avec une mise en oeuvre analogue et des moules plus légers et moins chers car soumis à des pressions plus faibles. B. Au niveau de la performance produit: Obtenir des pièces: - à taux de verre important (40% à 50% en masse) comportant des fibres utiles de 25 à 2 mm de longueur - n'ayant pas de problème de longueur de cheminement ni de lignes de soudures. * LE PROCEDE: Le procédé peut se décliner en plusieurs variantes; il est applicable à toute résine thermnnodurcissable tel le polyester, le polyester hybride, le vinhylester, l'Epoxy, la résine phénolique etc... La charge peut être tout type de fibre de 2 à 25 mm de longueur. Exemple: verre carbone, aramide etc... Préférentiellement la charge subit un ensimage complémentaire avec un agent mouillant. Eventuellement des charges tixotropantes peuvent être utilisées en complément. VARIANTE 1: On procède au prémélange de la fibre de renforcement coupée: - avec chacun des composants, du mélange, dans le cas d'une résine à au moins 2 composants à part sensiblement égale; - avec la résine, dans le cas d'un polyester ou analogue ou monocomposant. Ce mélange est fait, par exemple, par brassage, de préférence sous vide partiel. A ce stade les composants de la résine n'ayant pas été mêlés, avec des agent capable de réagir chimiquement avec eux, la vie en pot est analogue à celui des produits non chargés. Des taux de verre de 30 % à 60 % en masse sont réalisables. Juste avant l'injection on mélange catalyseur et résine chargée, dans le cas d'un " type polyester " o on mélange les 2 composants dans le cas d'une " type epoxy ". Ce mélange se fait dans une tête d'injection et on injecte sous pression dans un moule préférentiellement tenu sous vide. Avantageusement la résine peut être réglée pour ne polymériser qu'au- delà de 80 C, ceci permet d'avoir des parcours longs et compliqués dans un moule qui peut être tenu à des températures de par exemple 50 pour fluidifier la résine. Grâce à cette technologie, des injections techniques complexes sont réalisables. VARIANTE 2: On réalise le mélange de tous les composants de la résine et de son renfort sous vide en une seule opération dans une trémie dotée de moyens de brasage. Ce mélange est réalisé en temps masqué, pendant l'injection de la charge précédante. Après injection, le moyen d'injection reçoit la charge de l'injection suivante. La résine utilisée est ici encore préférentiellement réglée pour n'avoir un déclenchement qu'au-delà d'une température minimale de par exemple 80 . Ici aussi l'injection se fait sous vide et pression préférentiellement. Remarque 1: Pour certaines résines telles les hybrides, la variante 2 peut préférentiellement se réaliser de la sorte: mélange des composants puis " mûrissement " de par exemple 2 heures (pour atteindre la phase) " pré-imprégné " puis injection. Le " mûrissement " peut se faire dans la trémie de mélange ou dans des " pots " tampon qui stockent la charge avant injection. Remaraue 2: L'injection d'un thermoplastique chargé dans un moule s'apparente à un écoulement visqueux. Il n'y a pas de lignes de soudures car le fluide ne réagit pas avec les parois du moule. Par contre on a intérêt à avoir de la turbulence pour bien mélanger les fibres et casser les lignes de courant, après réunion. Remarque 3: L'injection se fait préférentiellement en " source " pour favoriser le dégazage. Remarque 4: On peut, pour améliorer l'anisotropie du fibrage, soit disposer de plusieurs têtes d'injection qui échangent un excèdent de matière et brassent ainsi celle contenue dans le moule, soit disposer de pistons par exemple affleurants dans le moule qui permettent d'agiter le volume de résine chargée quand celui-ci a été " placé " dans le moule. Remarque 5: Préférentiellement on utilise des fibres de longueur différentes de façon a favoriser la tridimentionalité du renforcement Remarque 6: Avantageusement les résines sont conversées sous vide partiel depuis le mélange jusqu'à l'injection pour assurer le dégazage. Remarque 7: Toute résine susceptible d'avoir une phase selon la variante 2 remarque 1. Remarque 8: Il est utile de toujours rechercher une macération longue des fibres dans les fluides, pour assurer un bon dégazage et un bon mouillage des fibres. Remarque 9: Si l'on utilise plusieurs têtes d'injections on peut " masser " la résine dans le moule en échangeant de la matière entre les têtes d'injections. Remarque 10: Avantageusement, les évents du moule sont réalisés avec des " évents filtrants " tels que par exemple des " passages étroits " très fins et relativement longs. Des feutres des toiles ou des tissus peuvent également convenir. Outre le rôle de dégazage et de mise au vide, de tels passages permettent de laisser filer la résine et de retenir les fibres. Il est alors possible d'obtenir un débulage de la pièce, comme cela se pratique en RTM, mais, et ceci est nouveau, une augmentation du taux de verre, puisque l'on rentre dans le moule de la résine chargée et que l'on extrait de celui-ci de la résine quasiment pure. REVENDICATIONS 5. 1. Procédé de fabrication de pièces structurales à hautes propriétés mécaniques caractérisé par le fait que l'on injecte, dans un moule vide, un composite thermodurcissable préalablement fortement chargé de fibres de renforcement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise plusieurs têtes d'injection. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise des pistons 15. auxiliaires pour augmenter l'anisotropie de la charge en faisant bouger celle-ci dans le moule. 4. Procédé selon les revendications I et 2, caractérisé par le fait que l'on fait échanger un 20. excédent de matière entre les têtes d'injections pour améliorer l'anisotropie de la matière dans le moule. 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on augmente la concentration de renfort dans la pièce en extrayant du moule, un excédent de résine par 25. passage au travers d'évents filtrants.