Brevet FR2804975A1 — publié le 20010817

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'une pièce en un matériau composite fibreux plus particulièrement, d'une pièce composée d'au moins premier élément fibreux, généralement plat, accolé à un deuxième élément fibreux comportant une partie généralement plane, les plans moyens dudit premier élément et de ladite partie dudit deuxième élément étant inclinés 1 un sur l'autre. Selon ce procédé, a) on réalise d'abord préforme de ladite pièce en assemblant lesdits premier deuxième éléments fibreux, et b) on polymérise ensuite résine imprégnant ladite préforme. On connaît un tel procédé, notamment de la demande de brevet français FR-A-2 687 174. Selon le procedé décrit dans ce document, on applique le chant d' élément fibreux généralement plat contre une première face d'un élément fibreux, également généralement plat, et on solidarise ces éléments de manière à constituer une armature ou préforme de la pièce à réaliser. Pour solidariser les éléments, on introduit, à travers la face de l'autre élément fibreux plat qui est opposée à sa première face, et par piquage sans nouage d'un fil continu à l'aide d'une aiguille, des fibres transversales traversant cet autre élément et pénétrant dans le chant de l'élément auquel on l'assemble ainsi par des points de piqûre. On imprègne ensuite l'armature ou préforme ainsi réalisée avec une matrice ou résine à l'état fluide, que l' durcit ensuite dans des conditions de température et/ou de pression prédéterminées. On envisage actuellement réaliser notamment des éléments de voilure d'aéronef, toute autre structure autoraidie, par un tel procédé. Le procédé décrit ci-dessus répond à ce que l'on en attend : assurer un renforcement efficace de liaison entre deux éléments assemblés, notamment ' -à-vis d'efforts "hors plan" pouvant conduire à un arrachement d' des éléments. I1 n'est cependant pas sans inconvénient. En effet, il implique l'utilisation de fils et d'aiguilles cassantes et d'une machine de piquage complexe et coûteuse. La présente invention a précisément pour but de fournir un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite fibreux, du type décrit en préambule de la presente description, qui ne présente pas les inconvénients du procédé de la technique antérieure décrit ci dessus. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description va suivre, avec un procédé de fabrication d'une pièce un matériau composite fibreux, composée d'au moins un premier élément fibreux généralement plat accolé à un deuxième élément fibreux comportant une partie généralement plane, les plans moyens dudit premier élément et de ladite partie dudit deuxième élément etant inclinés l'un sur l'autre, procédé suivant lequel ) on réalise d'abord une préforme de ladite pièce en assemblant lesdits premier et deuxième éléments fibreux, et b) on polymérise ensuite une résine imprégnant ladite préforme, ce procédé étant remarquable en ce que, à l'étape a) implante des organes de renfort allongés et rigides la jonction desdits éléments fibreux, lesdits organes traversant l'épaisseur du premier élément fibreux pour s'étendre ensuite dans ladite partie plane dudit deuxième élément fibreux, entre les deux faces opposées de ladite partie plane. Comme on le verra plus loin, l'utilisation d'organes de renfort rigides permet de supprimer les problèmes de casse évoqués plus haut. outre, ces organes rigides sont mis en place à l'aide de machines de cloutage ou d'agrafage plus simples et plus robustes que des machines de piquage de fils. Suivant une caractéristique optionnelle du procédé selon l'invention, appliqué à la fabrication d'une pièce dont le deuxième élément fibreux est allongé et présente une section rectangulaire, cet élément étant appliqué par son chant contre ledit premier élément fibreux, organes de renfort traversent perpendiculairement obliquement la surface de contact desdits premier et deuxième éléments fibreux. Suivant une autre caractéristique optionnelle procède selon l'invention, à l'étape a), on dispose outre troisième élément fibreux dans au moins un des deux dièdres délimités par une face du premier élément et une face adjacente du deuxième élément, ledit troisième élément fibreux étant placé perpendiculairement à l'arête dudit dièdre et en appui sur chant contre lesdites faces et on fixe ledit troisième élément fibreux au moyen desdits organes de renfort rigides. On peut en outre disposer et fixer un quatrième élément fibreux conforme troisième, dans l'autre des dièdres, en alignement avec ledit troisième élément fibreux. Le procédé suivant l'invention permet aussi de fabriquer une pièce dans laquelle le deuxième élément fibreux est allongé et présente une section droite en ladite partie généralement plane dudit deuxième élément fibreux étant constituée par celle qui correspond à 1 une des ailes du "L", ledit deuxième élément fibreux étant accolé audit premier élément fibreux suivant l'autre desdites ailes. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexe, dans lequel - les figures 1 et 2 représentent schématiquement et partiellement des première et deuxième pièces, respectivement, réalisées par le procédé suivant présente invention, - les figures 3A et 3B sont des vues de dessous et en élévation respectivement d'une troisième pièce obtenue par le procédé suivant l'invention, - les figures 4A et 4B sont des vues analogues aux figures 3A et 3B d'une variante de la pièce représentée à ces figures, - les figures 5 et 6 représentent schématiquement diverses formes de clous et d'agrafes, respectivement, utilisables comme organes de renfort dans la presente invention, - la figure 7 représente schématiquement une pièce équipée d'un raidisseur à section en "L" réalisée par le procédé suivant l'invention, - la figure 8 est une vue schématique partielle en coupe de la pièce de la figure 7, et - les figures 9 et 10 illustrent schématiquement deux modes de mise en #uvre de l'étape b) de polymérisation de la résine, du procédé suivant l'invention. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où on a schématisé une vue partielle, en coupe, d'une première pièce réalisée par le procédé suivant l'invention. Cette pièce comprend des premier (1) et deuxième (2) élements fibreux accolés, généralement plats, de plan moyen et PZ respectivement, tous deux perpendiculaires au plan de la figure et perpendiculaires entre eux. L'élément 2 par exemple, allongé dans une direction perpendiculaire au plan de la figure et sert de raidisseur pour l' élement 1, accolé et fixé au chant de l'élément 2. Les elements fibreux 1 et 2, après assemblage suivant la disposition représentée à la figure 1, constituent une préforme de la pièce à réaliser, en matériau composite fibreux. Suivant la présente invention, on réalise cette préforme en implantant des organes de renfort 31, etc. allongés et rigides à la jonction des éléments 2, tout au long de la surface de contact de ces éléments, orientée perpendiculairement au plan de la figure. Ces organes peuvent prendre la forme de clous comme représenté, d'agrafes 3i (i de 1 à n) traversant l'épaisseur de l'élément 1 pour s'étendre ensuite dans l'élement 2, entre les deux faces planes opposées cet élément 2. Comme schématisé à la figure 1, ces agrafes peuvent être disposées selon deux lignes parallèles à la grande dimension de l'élément 2. Ils peuvent être plantés perpendiculairement à la surface de contact des éléments 1 et ou obliquement, suivant une disposition l'on décrira plus loin en liaison avec la figure 2. On a représenté à la figure 5 divers types a à e de clous et, à la figure 6, trois types d'agrafes a, b, c utilisables dans la présente invention. Ces clous peuvent présenter des têtes de formes diverses (type a, b) être privés de tête (type c), des indentations (type d) voire même une forme incurvée (type e). Les extrémités des pattes des agrafes (voir figure 6) peuvent être taillées en pointe (type a), en biseau (type b) et/ou comporter des indentations (type c). Bien entendu, les clous et agrafes décrits et représentés sont donnés à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs seulement. Dans tous les cas, ces clous ou agrafes sont réalisés en un matériau qui leur donne une rigidité suffisante pour pouvoir être mis en place, sans casse, par des machines simples, de cloutage ou d'agrafage respectivement, ce qui supprime les inconvénients de la technique antérieure décrite dans le préambule la présente description. Les agrafes ou clous utilisés peuvent être constitués de matériaux métalliques, tels que des alliages légers d'aluminium ou de titane, des aciers ordinaires, galvanisés ou inoxydables, ou encore en carbone ou des matériaux organiques. Les diamètres des clous ou des pattes d'agrafes sont choisis de préférence entre 0,1 mm et quelques millimètres, les longueurs de ces clous et de ces pattes variant entre quelques millimètres et quelques centimètres. pièce à réaliser peut être constituée à partir de préformes textiles tissées, tressées bobinées, ou encore constituées par placement filamentaire. Les fibres de cette préforme peuvent être des fibres aramides, des fibres carbone, de verre, de polyester, par exemple. Elles peuvent être ensimées ou non, impregnées ou non d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique ou d'une résine en poudre propre à constituer un liant, après fusion et redurcissement ou polymérisation. La préforme de la pièce en matériau composite fibreux à réaliser étant ainsi obtenue, deux voies connues s'offrent pour arriver à la pièce finale. Selon la première, schématisée à la figure 9, la préforme est "sèche", composée seulement de matière fibreuse. Après assemblage des éléments qui la constituent, on l'introduit dans un moule dans lequel on injecte une résine organique fluide l'aide d'une pompe 15 (ou d'un piston) alimentée par réservoir 16 rempli de ladite résine. Un réservoir 17 recueille la résine excédentaire injectée dans le moule 14. La résine est suffisamment fluide pour pouvoir pénetrer jusqu'au c#ur de la préforme de manière à en imprégner toutes les fibres. Après cette imprégnation, la résine contenue dans le moule, conformé comme les pièces à obtenir, est durcie par polymérisation sous chauffage par conduction ou convection, ou sous rayonnement R, ce rayonnement pouvant être un rayonnement thermique ou ultraviolet, ou encore un faisceau d'électrons, suivant la nature la résine à durcir par polymérisation. On retire ensuite du moule 4 la pièce terminée, en matériau composite fibreux. Le procédé décrit ci-dessus, opérant par transfert de résine et moulage, est bien connu sous le nom de "RTM" (de l'anglais Resin Transfer Moulding). Selon la deuxième voie évoquée ci-dessus, la préforme est déjà constituée d'éléments fibreux imprégnés d'une résine, que l'on durcit par une cuisson à l'autoclave, dans des conditions de température et de pression prédéterminées. Cette deuxième voie sera décrite en plus de détails dans la suite, en liaison avec les figures 7 10. La présente invention permet ainsi de réaliser des pièces de formes variées, dont certaines sont schématisées aux figures 2 à 4B, 7 et 8, auxquelles on se rapporte dans la suite la présente description, où des références numériques identiques à des références utilisées sur la figure 1 désignent des éléments ou organes identiques ou analogues. Sur la figure 2, on a représenté une pièce en matériau composite fibreux prenant la forme d'une chape 2 généralement plane, percée d'un trou 4 et fixée perpendiculairement à un élément fibreux 1. En coupe transversale selon le trait de coupe I-I, la pièce de la figure 2 est généralement conforme à la figure 1, à la présence du trou 4 près. Sur la figure 2, il apparaît que les agrafes 31, 32 traversent obliquement la surface de contact des éléments 1, 2. Elles pourraient aussi être plantées perpendiculairement à cette surface. Cependant, l'implanta tion des agrafes accroît avantageusement la résistance de la pièce à des efforts d'arrachement "hors plan". On renforce encore cette résistance en implantant deux séries adjacentes d'agrafes telles que celles repérées 31 et 32 respectivement, présentant des inclinaisons opposées, comme représenté à la figure 2. La pièce des figures 3A, 3B dérive de celle de la figure 1, addition d'éléments fibreux de renfort 51, 52 généralement plats, disposés chacun dans l'un des deux dièdres définis par les faces adjacentes des éléments 1 et 2 et dont les arêtes se trouvent à l'intersection de ces faces. Ces éléments 51, 52 sont fixés perpendiculairement à ces arêtes, et s'appuient par leurs chants contre ces faces adjacentes. La liaison des éléments 51, avec les éléments 1 et 2 est renforcée par des séries d'agrafes imbriquées et d'inclinaison opposée (voir agrafes 31 et 32 de la figure 3B) traversant les éléments 1 et 2 et passant dans les éléments 51, 52 parallèlement aux deux faces opposées de ces éléments. En variante, comme représenté aux figures 4A, 4B, identiques par ailleurs aux figures 3A, les séries d'agrafes telles que 31, 32 traversent obliquement seulement l'élément 2 et les éléments 51, 52, le "dos" 6 d'une agrafe 31, par exemple, affleurant surface de l'élément 51. Bien entendu, l'homme de métier pourra adapter sans difficultés l'invention à une pièce ne comportant que l'un des deux éléments 51, 52, seulement. On a représenté aux figures 7 et 8 autre forme de pièce réalisable par le procédé suivant l'invention, comportant un élément 1 cintré, renforcé par un élément 2 faisant fonction de raidisseur. Une telle pièce peut constituer, à titre d'exemple illustratif et limitatif seulement, un élément de voilure d'aéronef. Sur la figure 7 et sur la vue partielle en coupe de figure 8, selon un plan perpendiculaire au raidisseur 2, il apparaît que celui-ci presente une section droite en forme de "L", comme cela classique pour des profilés métalliques de même fonction. Dans ce mode réalisation, les éléments fibreux sont constitués chacun par une pluralité de plis a, b, c superposés et assemblés, d'un matériau fibreux préimprégné une résine thermoplastique ou thermodurcissable. L'une des ailes 2a du raidisseur 2 est accolée à l'élément 1, l'autre aile 2b de raidisseur s'étend perpendiculairement au plan de l'élément 1. Suivant l'invention, une série d'organes de renfort, clous ou agrafes, tels que l'organe 31, traverse l'élément 1 au droit de l'aile 2b pour pénétrer dans cette aile parallèlement à ses deux faces. On a schématisé en 7 à la figure 8 une machine d'agrafage utilisée pour implanter les agrafes 31 dans l'aile 2b, tout au long de celle-ci, ' travers l'épaisseur de l'élément 1. On renforce encore la liaison des éléments 1 et 2 en implantant des clous ou des agrafes tels que 8 (voir figure 8) dans l'aile 2a, à travers l'épaisseur de l'élément . Ces organes de renfort peuvent être implantés suivant ou plusieurs lignes parallèles à l'alignement des agrafes 31 plantées dans l'aile 2b. Les éléments 1 et 2 préimprégnés étant assemblés comme représenté à la figure 7, il convient d'exécuter l'étape b), de polymérisation, du procédé de fabrication suivant 'invention. Pour ce faire, on utilise avantageusement la cuisson à l'autoclave évoquée plus haut et schématiquement illustrée par la figure 10. Sur cette figure, il apparaît que la pièce (1, 2) est déposée dans cet autoclave, sur un outil 8 de forme adaptée, avant d'être soumise à une pression P et à un chauffage convectif ou à un rayonnement R de chauffage à une température T, cette pression et cette température étant prédéterminées et appliquées pendant un temps également prédéterminé, pour aboutir à la polymérisation au durcissement recherchés de la pièce, qui achèvent le procédé de fabrication suivant l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n' été donnés qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l' peut implanter en outre, à travers l'interface des premier et deuxième éléments constituant la pièce à fabriquer par le procédé suivant l'invention, des capteurs tels que celui référencé 9 à la figure 8, sensibles à des efforts tendant à les séparer et propres à émettre des signaux électriques ou optiques représentatifs de ces efforts, signaux qui sont exploités par des appareils de surveillance conçus pour signaler, par exemple, un affaiblissement inacceptable de la liaison établie entre ces premier et deuxième éléments. On connaît à cet égard des capteurs de forme allongée, tels que mèches de carbone. La résistance électrique de la mèche de carbone varie avec l'effort qu'elle subit. Une telle mèche peut constituer en outre un organe de renfort de la liaison entre les deux éléments, lorsqu'elle est rendue rigide par imprégnation de résine, par exemple. De même, on peut implanter à travers l'interface des éléments 1 et 2 des fibres de verre ou de matière plastique (du polyméthylmethacrylate ou "PMMA" par exemple) sensibles à un endommagement de la liaison mécanique entre ces éléments, détecté par l'accroissement des pertes optiques dans la fibre. Une altération de la composition du matériau fibreux peut aussi être détectée à l'aide d'une fibre de verre chalcogénure, comme décrit dans l'article de la revue "Industries et techniques" n 810, décembre 1999 intitulé "Les composites actifs se contrôlent tout seuls". REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce en un matériau composite fibreux composée d'au moins un premier élément fibreux (1) généralement plat accolé à un deuxième élément fibreux (2), comportant au moins une partie généralement plane, les plans moyens (P1, P2) dudit premier élément (1) et ladite partie dudit deuxième élément (2) étant inclinés l'un sur l'autre, procédé suivant lequel a) on réalise d'abord une préforme de ladite pièce en assemblant lesdits premier et deuxième éléments fibreux (1, 2), et b) on polymérise ensuite une résine imprégnant ladite préforme, ce procédé étant caractérisé en ce que, à l'étape a), on implante des organes de renfort (3i) allongés et rigides à la jonction desdits éléments fibreux (1, 2), lesdits organes (3i) traversant l'épaisseur du premier élément fibreux (1) pour s'étendre ensuite dans ladite partie plane dudit deuxième élément fibreux (2), entre les deux faces opposées de ladite partie plane. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en que l'on implante des organes de renfort (3i) en forme de clous. 3. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en que l'on implante des organes de renfort (3i) en forme d'agrafes. 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit deuxième élément fibreux (2) est allongé, présente une section rectangulaire et est appliqué par son chant contre ledit premier élément fibreux (1), et en ce que lesdits organes de renfort (3i) traversant perpendiculairement ou obliquement la surface de contact desdits premier et deuxième éléments fibreux (figs.1 et 2). 5. Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en que, à l'étape a), on dépose en outre un troisième élément fibreux plat (51; 52) dans au moins un des deux dièdres délimités par une face du premier élément 1) et une face adjacente du deuxième élément (2), ledit troisième élément fibreux (51, 52) étant place perpendiculairement à l'arête dudit dièdre et en appui chant contre lesdites faces, et on fixe ledit troisième elément fibreux (51, 52) au moyen desdits organes de renfort rigides (3j). 6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits organes de renfort (3. traversent obliquement lesdits premier et deuxième éléments fibreux (1, 2) et passent dans le troisième 52) parallèlement à ses deux faces opposées (figs.3A, 3B). 7. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits organes de renfort (3i) traversent obliquement seulement lesdits deuxième et troisième éléments fibreux (2, 5,, 52) (figs.4A, 4B). 8. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'on dispose et on fixe un quatrième élément fibreux (52) conforme au troisième élément fibreux (51) dans l'autre desdits dièdres, en alignement avec ledit troisième élément f fibreux (51) . 9. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit deuxième élément fibreux (2) est allongé et présente une section droite en "L", ladite partie généralement plane dudit deuxième élément fibreux (2) étant constituée par celle qui correspond à l'une des ailes du "L", ledit deuxième elément fibreux (2) étant accolé audit premier élément fibreux (1) suivant l'autre desdites ailes (Fig.7). 10. Procédé conforme à la revendication caractérisé en ce que l'on implante en outre des organes renfort (8) dans les parties accolées desdits éléments fibreux (fig.8). 11. Procédé conforme à l'une quelconque revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on implante en outre, à travers l'interface desdits premier et deuxieme éléments fibreux (1, 2), des capteurs 9) sensibles à des efforts tendant à les séparer, ou à altération du matériau composite. 12. Procédé conforme à la revendication caractérisé en ce que lesdits capteurs (9) sont choisis dans groupe formé par : une mèche en carbone, une fibre de verre, une fibre de polyméthylméthacrylate (PMMA). 13. Procédé conforme à la revendication caractérisé en ce que lesdits capteurs (9) constituent aussi des organes de renfort. 14. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que, entre les étapes a) et b), on imprègne ladite pièce composée d'éléments fibreux (1, 2), d'une résine à l'état fluide, durcissable par polymérisation à l'étape b) dans des condition de température prédéterminées (fig.9). 15. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que, avant l'étape a), on préimprègne lesdits éléments fibreux (1, 2) avec une résine à l'état fluide, durcissable par polymérisation à l'étape b) dans des conditions de température et de pression prédéterminées (fig.10). 16. Pièce en matériau composite fibreux obtenue par la mise en #uvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.