Brevet FR2832413A1 — publié le 20030523

PROCEDE ET MATERIAUX ASSOCIES PLUS ECONOMIQUE QUE LE PREIMPREGNE PERMETANT DE REALISER DES PIECES STRUCTURALE PARDRAPAGE A) DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne la mise en oeuvre d'un procédé et des matériaux associés comparable, en plus économique, à la technique du drapage des préimprégnés. La présente invention permet de réaliser des pièces structurales par drapage a froid. Les moules préférentiellement associés et le la technique de moulage des pièces, trouvent des applications particulièrement avantageuses, mais non exclusivement, dans le domaine de la construction de véhicules auto. B) ETAT DE LA TECHNIQUE La présente invention a pour objet un procédé dit"Wetpreg"pour réaliser un demiproduit en des matériaux composites constitués de résine imprégnant des fibres (par exemple rowing direct, mat, tissu) caractérisé par le fait que le procédé consiste à réaliser à partir desdits matériaux composites des laies, des rubans, lesdits rubans étant disposés côte à côte, puis après les avoir préférentiellement déshydrater, ces rubans en matériaux fibreux sont imprégnés de résine, en ayant réalisé préalablement une zone assurant une bonne mouillabilité des fibres par la résine, et enfin l'imprégné humide est rapidement refroidi Le moulage de pièces avec des préformes de composite pré imprégné (SMC) ne pose à priori pas de problème, ni de difficulté, aussi longtemps que les formes à mouler ont des courbures faibles permettant au moule de se fermer sans avoir de problèmes d'interférences avec la matière moulée. Si le moule est profond et à forte courbure, par contre, les flancs du moule sont en contact avec la matière à mouler et l'on emprisonne l'air d'où création de déformations et impossibilité d'obtenir des pièces de bonne qualité. La présente invention présente un concept (déposé par ailleurs) d'un moule comportant une partie de moule mâle et une partie de moule femelle, ledit moule étant destiné à obtenir des pièces composites profondes et de fortes courbures, caractérisé par le fait qu'au moins l'une des deux parties de moule est déformable de telle sorte que le premier contact entre les parties de moule male et femelle se fasse, quand les deux parties de moule s'assemblent, sensiblement dans le milieu de la partie de moule déformable (zone 13 du moule rigide) avant que ses cotés (7) ne soient repoussés vers les flancs (11) de l'autre partie de moule et que les deux parties de moules viennent au contact l'un de l'autre sur toute leur surface de travail. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels : La figure 1 représente la presse équipée de son moule déformable. La figure 2 représente une vue en élévation du moule pièce déformable rétractée (solution poinçon déformable), phase d'accostage. La figure 3 représente une vue en élévation du moule pièce déformable en position de travail. La figure 4 représente la solution matrice déformable épanouie en phase d'accostage. La figure 5 représente une pièce composite 16 moulée avec son insert dans l'oeil 17. La figure 6 représente la solution matrice déformable épanouie en phase d'accostage. La figure 7 représente la solution matrice déformable en position travail. La figure 8 représente le moule en cours de fermeture (contact entre 13 et 10 débuts d'action des moyens 14) C) DESCRIPTION DES COMPOSANTS RENTRANT DANS LA COMPOSITION DE L'EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE DE L'OBJET DE LINVENTION Moulage à la presse 1) Presse connue de l'art antérieur 2) Colonnes de support 3) Freins de parallélisme 4) Plateau mobile 5) t/2 moule déformable 6) moule rigide 7) Parties déformable du ! 4 moule 8) Peigne de moulage des extrémités 17 des pièces composites 9) Inserts 10) Berges du l/2 moule inférieur 11) Zone latérale du l/2 moule supérieur 12) Fond de forme du l/2 moule inférieur (cavités) 13) Préférentiellement, milieu, du moule supérieur 14) Moyens mécaniques assurant la déformation du moule flexible 15) Entretoise porte inserts 16) Pièce composite produite 17) Extrémité de la pièce composite produite (oeil) 18) Piston, partie du moule 7 qui pénètre entre 2 formes 19 adjacentes et compacte la matière 16 19) Paroi des cavités ayant 12 pour fond de cavité et 10 pour sommet de paroi. D) DEFINITIONS La viscosité, est la propriété d'une résine liquide. Si la viscosité est faible, la résine s'écoule facilement. Si la viscosité s'élève, la résine coule de plus en plus difficilement et peut aller jusqu'à la consistance du beurre froid. Comme le beurre à froid, les résines deviennent très visqueuses, puis pâteuses, par contre à chaud, elles deviennent liquides et s'écoulent facilement. Le SMC, est un 1/2 produit composite constitué de fibres coupées et de résine en phase Bêta. Le pré imprégné (ou prepreg), sont des produits connus de l'homme, de l'art, constitué de fibres ou tissu de renforcement (par exemple en verre, carbone ou aramide) et d'une résine spéciale dotée de deux niveaux de polymérisation, comme par exemple certains époxy, polyester hybride, etc.... Ces matières polymérisées au premier niveau dit en phase Bêta constituent un demi-produit couramment utilisé dans l'industrie des composites haut de gamme. La résine des"prepreg"retrouve toute sa fluidité à haute température (typiquement plus de 80 C) et ensuite se polymérise complètement (2ème niveau), grâce à la température. Pour obtenir des prepreg Il faut utiliser des résines qui ont les caractéristiques suivantes : elles contiennent des composants chimiques particuliers, dont une partie se polymérise à température ambiante, créant la phase Bêta. Alors que la partie principale de la résine doit être chauffée pour se déclencher. On doit les conserver à basse température (-18 C) pour éviter leur polymérisation spontanée au fil du temps. On peut les garder ainsi plusieurs mois. L'imprégné voie humide est constitué par des fibres mat ou tissus par exemple de verre, de carbone, d'aramide, etc... imbibées de résine à un seul niveau de polymérisation comme par exemple de l'époxy, du polyester hybride, du vinylester. Ces demi produits sont quasiment impossible à manipuler une fois imprégnés. L'imprégné figé ou"Wetpreg"est constitué par un imprégné voie humide utilisant une résine standard c'est-à-dire préférentiellement à une seule étape de polymérisation, donc beaucoup moins complexe chimiquement et donc moins chère, que les résines destinées au pré imprégné. Mais de manière à pouvoir mieux manipuler les imprégnés wetpreg, on fige leur résine en la refroidissant très fortement. Cette opération permet d'augmenter considérablement la viscosité de la résine qui reste ainsi piégée dans les fibres tout en les solidarisant entre elles ; la résine ne goutte donc pas donne du corps à l'imprégné, et à un niveau de tack comparable à la consistance d'un pré imprégné. Il s'agit en quelque sorte d'une voie humide aussi manipulable qu'un pré imprégné grâce à une modification physique (la basse température) qui augmente considérablement la viscosité de la résine et non pas une modification chimique (la phase Bêta)). Avantage du wetpreg, Il est produit sur le lieu de transformation et d'utilisation et est donc parfaitement adapté aux besoins de l'utilisation. Il coûte deux à trois fois moins cher que le pré imprégné, en offrant la même souplesse et ergonomie de mise en oeuvre que ce dernier. Tack, Ce terme technique désigne la péguosité d'une matière composite. Demi-produit, matériau issu d'un procédé de préparation et devant subir une transformation ultérieure. E) PRINCIPE DE LINVENTION PR OCEDE On part de mat, tissus ou préférentiellement de fils par exemple en fibres de verre disposés côte à côte pour former des laies ou rubans. Les opérations suivantes se font préférentiellement au défilé. Après avoir préférentiellement déshydraté les matériaux fibreux, on les imprègne de résine comme par exemple de l'époxy, par tout procédé connu de l'homme de l'art, puis après une zone, préférentiellement chaude, assurant la bonne mouillabilité des fibres par la résine (grâce à l'abaissement de la viscosité à chaud de la résine). L'imprégné humide arrive dans un tunnel frigorifique ou sa température descend rapidement et où la viscosité de la résine concomitamment augmente très fortement jusqu'à pouvoir devenir pâteuse. Préférentiellement, la ligne qui permet d'enduire de la résine sur les fibres (dite ligne d'enduction) et la ligne de transformation du wetpreg se trouve en atmosphère anhydre (déshydratée). Dans ces conditions, il est possible de descendre les"Wetpreg"à des températures fortement négatives et ainsi d'obtenir une consistance des wetpregs analogue à celle du prepreg en jouant sur la viscosité de la résine en fonction de la température ; L'intérêt d'une atmosphère anhydre est d'éviter la formation de glace sur le demi-produit. Remarque une atmosphère en température négative est par essence anhydre. LE MOULE DEFORMABLE pour application a des moulage de forte courbure. Préférentiellement, le moule en creux, comporte des gorges délimitées par un fond 12 et des bords 19. On place préférentiellement dans le moule en creux inférieur, les demi produits 16 à mouler (figure 4). Ces demi produits à mouler peuvent être en SMC comme défini ci-avant, en pré imprégné (prepreg), en imprégné voie humide ou préférentiellement en imprégné figé (wetpreg). Le moule déformable 5 à cet instant est dans sa position de repos. a Si le moule 5 déformable est un poinçon (moule mâle), figure 2, les moyens 14 tirent les pièces 7 dans le sens opposé aux flèches, si bien que le poinçon 5 est contracté par rapport à sa largeur nominale. o Si le moule 5 déformable est une matrice (moule femelle), figure 6, les moyens 14 tirent les pièces 7 dans le sans opposé aux flèches, si bien que la matrice 5 est dilatée par rapport à sa largeur nominale. La pièce ou les pièces à mouler 16 sont contenues dans une ou toutes les cavités délimitées par le fond de forme 12 et les parois 19. Lorsque l'on rapproche le poinçon vers la matrice en faisant coulisser le plateau 4 ; dans un premier temps, la décente est rapide, puis arrivé à proximité de l'accostage (typiquement quelques centimètres). Les vérins freins 3 entrent en action de façon à assurer le parallélisme et la descente contrôlée du poinçon dans la matrice. Notons que préférentiellement, le poinçon et la matrice sont maintenues à température constante durant tout le fonctionnement de la presse, typiquement plus de 80 C (la température dépend de la résine utilisée). Préférentiellement, une fois que le poinçon touche ou est près de toucher la matrice, par exemple en son milieu, c'est à dire que le point 13 touche les berges 10, il est alors possible de déclencher le mouvement des moyens 14, de manière à ce que respectivement, le poinçon, figure 3, ou la matrice, figure 7, reprenne sa forme nominale de travail et que les zones 11 touchent à leur tour les berges 10. Une fois ce mouvement achevé, il est possible de terminer la fermeture des pièces 8, ce qui permet d'inclure par exemple les inserts 9 dans la boucle 17 de la pièce composite 16. Explication physique de l'opération Les pré imprégnés, les imprégnés et les Wetpreg occupent de la place lorsqu'ils sont non polymérisés, cette place est nettement supérieure à ce qu'ils occupent une fois polymérisés. Ceci est dû à la présence d'air inclus, d'un excès de résine et au fait que par exemple, les coupons à mettre en oeuvre n'ont pas parfaitement la largeur comprise entre les berges 19. Ils sont en général plus étroit de façon à faciliter la mise en place. L'empilement de ces demi-produits est donc très sensiblement plus étroit et donc plus haut que la pièce finie. Si l'on n'utilisait pas la déformation du moule, la partie 18 du moule supérieur toucherait la matière de 16 dans les régions latérales (de type 11) et aurait tendance à dégrader tout l'ordonnancement de l'empilement en ramenant la matière vers le centre 13 du moule. Le fait de faire contacter en premier la partie 18 avec la matière 16 dans la zone 13, a pour effet de compacter celle-ci en son milieu, puis à chasser l'air et l'excès de résine vers les extrémités, spécialement lors de l'application des moyens 14. Ceci permet d'obtenir des pièces parfaitement saines, exemptes de bulles et dans le cas de fibres unidirectionnelles, cela améliore la rectitude et la qualité du placement des fibres. Remarques : 1-On peut imaginer des configurations ou le poinçon et la matrice sont tous deux déformables. 2-On peut imaginer des configurations où les gorges sont sur le poinçon ou sur la matrice ou reparties entre les deux. 3-Le wetpreg peut être réalisé avec des fibres cote à cote, des coupons de mats ou des tissus. On peut ainsi fabriquer des coupons, des laies, de grande largeur lorsque nécessaire. Nota : On définit par mat, un tissu constitué par un agrégat de fibres non tissées. REVENDICATIONS 1. Procédé dit"Wetpreg"pour réaliser un demi-produit en des matériaux composites constitués de résine imprégnant des fibres, caractérisé par le fait que le procédé consiste à réaliser à partir desdits matériaux composites des coupons, laies, rubans de fibres ; Lesdits coupons, laies, rubans étant disposés côte à côte, puis après les avoir préférentiellement déshydraté, ces coupons, laies, rubans en matériaux fibreux sont imprégnés de résine, en ayant réalisé préalablement une zone assurant une bonne mouillabilité des fibres par la résine, et enfin l'imprégné humide est rapidement refroidi. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par l'usage d'une atmosphère anhydre (déshumidifiée) dans la zone de transformation et de mise en oeuvre de façon à permettre l'emploi de matériaux a températures négatives sans formation de glace sur les produits. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par l'usage d'une atmosphère rendue anhydre grâce à 1 emploi d une température négative dans la zone de transformation et de mise en oeuvre. 4. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les matériaux composites sont constitués de coupons de mats ou de tissus.