Brevet FR2843758A1 — publié le 20040227

PROCEDE POUR LA REALISATION D'UNE PREFORME TEXTILE MULTIDIRECTIONNELLE ET PIECE EN MATERIAU COMPOSITE INCORPORANT LADITE PREFORME La présente invention se rapporte à un procédé pour la réalisation d'une préforme textile multidirectionnelle, plus particulièrement destinée à une pièce de matière composite utilisée notamment dans les domaines aéronautique et spatial. Ce type de préforme, réalisée à partir de fibres (ou fils) entrelacées, en particulier minérales, est noyée dans une matrice en résine, céramique, carbone, métallique ou autre. Des procédés et des machines pour la réalisation d'une telle préforme sont décrits dans les documents FR-2.718.757, FR-2.718.758 et EP10 0.284. 497. Selon ces techniques, la préforme est obtenue par superposition sur un moule, support ou mandrin de nappes de fils croisés suivant au moins deux directions, lesdites nappes étant ensuite liées entre elles au moyen de fils qui les traversent selon une autre direction sensiblement perpendiculaire auxdites 15 nappes. Les nappes sont obtenues par dépose de tronçons de fil rectilignes faisant partie d'un fil continue, en tendant chaque tronçon de fil entre deux points de fixation. Selon un premier mode de réalisation, les points de fixation sont obtenus par piquage du fil à chaque extrémité du tronçon dans le 20 support. Selon un autre mode de réalisation, des picots (ou aiguilles) sont implantés sur le support aux extrémités des tronçons, le fil défilant entre lesdits picots de manière à obtenir des tronçons de fil rectilignes entre ces derniers. L'utilisation de picots devient nécessaire, notamment pour la réalisation de nappes sur un cône d'angle au sommet important, pour maintenir les fils bobinés et éviter le glissement de ces derniers vers I'extrémité du cône. La présente invention vise plus particulièrement les procédés utilisant des picots. Les pièces contenant ce type de préformes sont notamment utilisées en tant que boucliers thermiques pour les engins spatiaux et soumises à des 10 contraintes thermique et mécanique très importantes. Les propriétés mécaniques, thermiques et électriques de ces pièces sont liées au caractère homogène du taux de fibres en tout point de la préforme. Ainsi, si le taux de fibres dans la préforme varie, les propriétés mécaniques, thermiques ou électriques sont altérées. Par ailleurs, la variation du taux de fibres est susceptible de perturber la densification et les éventuels usinages et ainsi de générer des défauts contribuant à diminuer les caractéristiques de la pièce. Aussi, la présente invention vise à améliorer les techniques de l'art antérieur en proposant un nouveau procédé de réalisation d'une préforme 20 textile multidirectionnelle permettant d'obtenir un taux de fibres plus homogène, ce qui contribue à améliorer les caractéristiques notamment mécaniques et thermiques de la pièce obtenue à partir de ladite préforme. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une préforme textile à partir de fils ou de tronçons de fil entrelacés, utilisant un 25 support de formes appropriées à la préforme sur lequel sont appliquées des couches superposées de fils ou de tronçons de fil croisés selon au moins deux directions, lesdites couches étant liées entre elles au moyen de fil ou de tronçons de fil qui les traversent, et lesdits fils ou tronçons étant tendus ou maintenus sur ledit support par des picots, caractérisé en ce qu'il comprend 30 une étape de réimplantation des picots en les décalant, de manière à éviter la concentration des défauts inhérents à l'utilisation des picots. De préférence, les picots sont décalés approximativement dans la direction des fils pour limiter la concentration du défaut induit par l'inclinaison des picots, et/ou décalés approximativement dans une direction perpendiculaire aux fils pour réduire la concentration du défaut apparaissant entre les picots entre lesquels sont tendus les fils ou les tronçons de fil. Pour les préformes de forme cylindrique, conique ou tronconique, le nombre de picots est augmenté lors de la phase de réimplantation de manière à augmenter le nombre de fils ou de troncons disposés dans la direction longitudinale. Pour la réalisation d'une préforme comprenant une partie tronconique ou conique, les fils sont déposés au niveau de la partie conique ou tronconique, par secteur angulaire, de manière à former des chevrons, ces derniers étant arrêtés au fur et à mesure que le rayon décroît de manière à obtenir un taux de fils constant. Pour éviter la concentration des défauts inhérents à 15 I'utilisation des picots, ces derniers utilisés pour la réalisation des chevrons sont au moins une fois réimplantés, en les décalant longitudinalement et angulairement. Avantageusement, le nombre de chevrons par secteur angulaire est augmenté lors de la réimplantation. L'invention a également pour objet une pièce de matériau composite comportant une préforme textile réalisée selon l'invention, noyée dans une matrice en résine, céramique, carbone, métallique ou autre. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en 25 regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un exemple de préforme textile comportant une partie cylindrique prolongée par une partie conique, - la figure 2 est une vue en coupe du support ou mandrin utilisé pour obtenir la préforme de la figure 1, - la figure 3A est une vue en perspective illustrant l'étape de tramage, - la figure 3B est une vue en perspective illustrant l'étape de bobinage, - la figure 3C est une vue en coupe transversale illustrant l'étape de tirage, et - la figure 4 est une vue de détail illustrant la réalisation de chevrons lors de l'étape de tramage de la partie conique. Sur la figure 1, on a représenté un exemple de préforme 10 textile multidirectionnelle obtenue selon le procédé de l'invention. Ce type de préforme, réalisée à partir de fils (ou fibres) 12 entrelacés, en particulier minéraux, est noyée dans une matrice en résine, céramique, carbone, métallique ou autre, afin d'obtenir une pièce de matière composite 10 utilisée notamment dans les domaines aéronautique et spatial. Selon le mode de réalisation choisi, la préforme 10 a une partie cylindrique 14 prolongée par une partie conique 15. Bien entendu, I'invention n'est pas limitée à cette forme et comprend toute forme volumique. Pour la confection de la préforme, on utilise un support ou dispositif de 15 piquage 16 sur la surface duquel peuvent être implantés des picots 18. Ce support 16 a un profil adapté à la forme de la préforme 10. Selon l'exemple choisi, on utilise un support 16 appelé mandrin, illustré par la figure 2, dont la forme extérieure correspond à la forme intérieure de la préforme. Ce support est en matériau approprié permettant l'implantation des 20 picots 18 et leur maintien. Selon l'exemple, la préforme 10 textile est obtenue à partir de fibres ou fils entrelacés, disposés selon au moins deux directions, de préférence trois directions qui sont avantageusement orthogonales. Sur les figures 3A à 3C, on a illustré les différentes étapes de la dépose 25 de fils, la figure 3A illustrant la phase de tramage correspondant à la dépose de fils dans la direction longitudinale, la figure 3B illustrant la phase de bobinage correspondant à la dépose de fils dans la direction circonférentielle et la figure 3C illustrant la phase de piquage les fils étant disposés selon la direction radiale. Pour la suite de la description, on utilisera indifféremment les termes "fil" ou "fibre" et les termes "nappe" ou "couche" pour désigner l'ensemble obtenu par une opération de tramage et de bobinage. Les picots 18 sont nécessaires en tant que points de fixation entre lesquels sont tendus les tronçons de fil lors de phase de tramage, pour assurer le maintien des fils lors de l'opération de bobinage, notamment lorsque l'angle du cône est très ouvert et enfin pour réaliser la partie conique comme cela sera expliqué plus tard. Pour obtenir des caractéristiques mécaniques, thermiques et électriques optimales, il est important de parvenir à un taux volumique de fils, correspondant au rapport entre le volume intrinsèque des fils et le volume occupé par les fils, homogène. Or, I'utilisation de picots 18 engendre de manière systématique des défauts. D'une part, en raison de l'inclinaison des picots, lors du bobinage, il subsiste une zone sans fils circonférentiels située du côté o l'épingle est inclinée. D'autre part, I'utilisation de picots génère lors du tramage une zone ayant un faible taux de fils au niveau des génératrices portant les picots. Enfin, la réalisation de forme circulaire, conique ou tronconique par superposition de couches successives produit au niveau des rayons extérieurs, un taux de fils de tramage relativement faible. Pour pallier la concentration de ces défauts, le procédé de réalisation d'une préforme textile multidirectionnelle selon l'invention comprend une étape de réimplantation des picots, en les décalant. Ainsi, les défauts sont répartis sur la globalité du volume, ce qui permet d'obtenir une pièce avec un taux de fils plus homogène et une variation moins 25 importante. Pour une meilleure répartition, lors de la réimplantation, les picots sont décalés dans la direction longitudinale de manière à réduire le défaut induit par l'inclinaison des picots et/ou dans la direction circonférentielle de manière à réduire le défaut généré au niveau des génératrices. Par ailleurs, pour compenser la réduction du taux de fils de tramage pour les rayons importants, on augmente lors de la réimplantation le nombre de picots de manière à augmenter le nombre de fils tendus lors de la phase de tramage afin d'obtenir un taux de fils plus constant dans l'épaisseur de la préforme. Même si, on peut penser que de nombreuses réimplantations permettraient d'obtenir une meilleure répartition des défauts, on constate en 5 pratique qu'une à deux réimplantations suffises pour un nombre total de 40 couches environ pour obtenir une répartition satisfaisante des défauts et un taux de fils sensiblement constant dans le volume de la préforme. Au niveau de la partie conique 15, les fils 12 sont déposés lors de l'étape de tramage par secteur angulaire de manière à former des chevrons 10 20, comme illustré par la figure 4. Les chevrons 20 sont arrêtés au fur et à mesure que le rayon décroît de manière à obtenir un taux de fils constant. La position d'arrêt des chevrons est déterminée en fonction de la forme qui peut être conique ou non, du nombre de couches déjà réalisées, de préférence par une méthode de dichotomie, de manière à obtenir un taux de 15 fils de tramage le plus constant possible. Pour répartir les défauts, comme précédemment, on a recourt à au moins une réimplantation en décalant longitudinalement et angulairement les picots nécessaires à la réalisation des chevrons 20. De plus, pour compenser la baisse du taux de fils produite par 20 I'augmentation de diamètre, on augmente le nombre de chevrons par secteur lors de la réimplantation. Pour la mise en oeuvre, les picots peuvent être disposés directement sur le mandrin ou support 16 ou rapportés sur des couronnes de guidage disposées à une extrémité du mandrin ou à ses deux extrémités. La 25 réimplantation des picots s'effectue de préférence sur le mandrin, les picots étant réimplantés dans la préforme déjà réalisée, ce qui leur confère une meilleure rigidité. Bien entendu, I'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes 30 les variantes, notamment en ce qui concerne la forme de la préforme textile à réaliser et la nature des fils et de la matrice. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé de réalisation d'une préforme textile à partir de fils ou de tronçons de fil entrelacés, utilisant un support (16) de formes appropriées à la préforme sur lequel sont appliquées des couches superposées de fils ou de tronçons de fil croisés selon au moins deux directions, lesdites couches étant 5 liées entre elles au moyen de fils ou de tronçons de fil qui les traversent, et lesdits fils ou tronçons étant tendus ou maintenus sur ledit support (16) par des picots (18), caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réimplantation des picots (18) en les décalant, de manière à éviter la concentration des défauts inhérents à l'utilisation des picots. 2. Procédé de réalisation d'une préforme selon la revendication 1, caractérisé en ce que les picots (18) sont décalés approximativement dans la direction des fils pour limiter la concentration du défaut induit par l'inclinaison des picots (18). 3. Procédé de réalisation d'une préforme selon la revendication 1 ou 2, 15 caractérisé en ce que les picots (18) sont décalés approximativement dans une direction perpendiculaire aux fils pour réduire la concentration du défaut apparaissant entre les picots entre lesquels sont tendus les fils ou les tronçons de fil. 4. Procédé de réalisation d'une préforme pour laquelle la surface 20 augmente lors de la superposition des couches, notamment de forme cylindrique, conique ou tronconique, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nombre de picots (18) est augmenté lors de la phase de réimplantation de manière à augmenter le nombre de fils ou de tronçons disposés dans la direction des génératrices. 5. Procédé de réalisation d'une préforme comprenant une partie tronconique ou conique, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fils (12) sont déposés au niveau de la partie conique ou tronconique, par secteur angulaire, de manière à former des chevrons (20), ces derniers étant arrêtés au fur et à mesure que le rayon décroît de manière à obtenir un taux de fils constant. 6. Procédé de réalisation d'une préforme selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de réimplantation en 5 décalant longitudinalement et angulairement les picots nécessaires à la réalisation des chevrons (20). 7. Procédé de réalisation d'une préforme selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le nombre de chevrons par secteur angulaire est augmenté lors de la réimplantation. 8. Pièce de matériau composite comportant une préforme textile réalisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, noyée dans une matrice en résine, céramique, carbone, métallique ou autre.