Brevet FR2863542A1 — publié le 20050617

Procédé de fabrication de structures composites à base de tissus pré- imprégnés utilisant des sacs gonflables, applicable notamment à la construction de bateaux Domaine de l'invention: La présente invention concerne un procédé de fabrication pour les bateaux ou autres éléments de structure en matériau composite. Ledit procédé étant basé sur une technique de sacs gonflables réutilisables. Art antérieur: Les procédés de fabrication actuels utilisent, d'une part les constructions en polyester par imprégnation manuelle ou par lo projection émettant des émanations notamment de styrène, nocives pour la santé et l'environnement, et d'autre part les constructions en composite sous vide nécessitant beaucoup de manipulations et engendrant de nombreux matériaux consommables et jetables. Les normes européennes vont restreindre ces procédés a ceux qui sont non nocifs pour la santé et l'environnement. La présente invention résout complètement les problèmes liés aux émanations nocives, elle diminue énormément les matériaux consommables et jetables et de plus peu onéreux. Le nouveau procédé a un temps de mise en oeuvre trois fois plus faible que les procédés actuellement connus. Il ressort de tous ces avantages, pour un coup de procédé équivalent, une nocivité quasi nulle et une qualité de produit fini bien supérieure à celle des procédés actuels. Description: Les dessins fournis pour mieux comprendre l'invention ne sont donnés qu'à titre illustratifs, la liste de ceux-ci est la suivante: Les figures la et lb de la planche 1/6 représentent les moules femelles de bateau vue en coupe transversale: la moule de la coque lb moule du pont Ces moules doivent pouvoir s'assembler afin d'obtenir une forme définitive. Les figures 2a et 2b de la planche 1/6 représentent les moules précédents vue en coupe transversale revêtus de tissu de verre, de carbone ou autre composite imprégné au préalable de résine inodore et non toxique (tissu pré-imprégné). io La figures 3 de la planche 2/6 montre l'exemple d'un sac gonflable préformé à la forme du moule de la coque (figure la) vue en coupe transversale. Les figures 4a et 4b de la planche 2/6 représentent les moules précédents dans lesquels on vient placer les sacs 15 gonflables vue en coupe transversale. La figure 4a est la même figure que la figure 2a mais avec l'adjonction de sacs dont la fonction est d'exercer une pression sur les tissus préimprégnés. La figure 4b est la même figure que la figure 2b mais 20 avec l'adjonction de sacs dont la fonction est d'exercer une pression sur les tissus pré-imprégnés. La figure 4c de la planche 2/6 montre l'exemple de l'adjonction d'une âme entre les tissus pré-imprégnés vue en coupe transversale. Les figures 5a et 5b de la planche 3/6 représentent les moules dans lesquels on a positionné tous les sacs vue en coupe transversale. La figure 5a est la même figure que la figure 4a mais on a procédé au retournement en vue de l'assemblage. La figure 5b représente la figure 4b avec tous les sacs mis en place dans le moule. La figure 6 de la planche 3/6 représentent les moules assemblés dans lesquels on a mis en pression de manière uniforme tous les sacs, vue en coupe transversale. Les figures 7 a, b et c de la planche 4/6 correspondant au démoulage vue en coupe transversale comprennent: figure 7a, démoulage du pont. figure 7c démoulage de la coque. figure 7b pièce après démoulage. La figure 8 de la planche 4/6 montre en coupe transversale un exemple illustratif d'un détail des moules au niveau de la fabrication des coffres, trappes, ou autre éléments amovibles mis en place simultanément. La figure 9 de la planche 5/6 représente de manière illustrative une vue en perspective du bateau démoulé. lo La figure 10 de la planche 6/6 représente les diverses phases du procédé de mise en oeuvre. Le présent procédé P utilise des moules connus de l'homme de métier dans lequel on a aménagé des orifices ou trappes (figure 8) parties 7a, 7b et 13 pour sortir les sacs une fois dégonflés, par exemple de formes particulières figures la et lb, il comprend 7 phases: phase 1: Application manuelle ou autre des tissus pré- imprégné 3 sur les moules 1 et 2 du pont et de la coque du futur bateau B (figure 2a et 2b) en laissant dépasser les tissus pré-imprégnés 3 en vue d'une jonction, extrémités 3a et 3b desdits tissus pré-imprégnés. Au niveau des coffres ou parties amovibles (figure 8), dans cette phase, on intercale un gabarit 10a enduit d'un produit démoulant et d'un produit de finition entre les tissus pré-imprégnés de la structure principale 8 du futur bateau et la partie amovible 9. phase 2: Pré gonflage des sacs 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j... 4x à l'extérieur des moules à la pression désirée, mise en place des tissus pré-imprégnés 5 sur les flancs desdits sacs qui formeront les cloisons internes du bateau ceci avant leur mise en place dans les moules (figure 3 et 4). phase 3: Mise en place (figures 4a et 4b) des sacs préformés 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j... 4x dans les moules 1 et 2 s phase 4: Fermetures des moules 1 et 2. Dans cette phase pour obtenir une chevauchement uniforme des tissus pré-imprégnés appliqués dans les moules 1 et 2, on dégonfle légèrement les sacs 4j et 4g situés au niveau de la liaison coque pont (figures 5a et 5b). phase 5: Mise en pression des sacs, et cuisson de l'ensemble à une température et pendant un temps préconisé par les spécifications imposées par les tissus pré-imprégnés 5, (figure 6). phase 6: Dégonflage et enlèvement des sacs 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j... 4x par les trappes de visite ou/et d'autre orifices prévus à cet effet. phase 7: Démoulage et obtention de la pièce 6 (figures 7a, 7b et 7c) , bateau B pratiquement terminé (figure 9) . Un nombre restreint de finitions reste à effectuer comme par exemple: collage du tableau arrière - rebouchage par de la matière compatible ou par des bouchons, des trous correspondant au passage des valves des sacs. Dans ce procédé les moyens essentiels sont: Les sacs 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j... 4x, pré gonflés puis recouvert de tissus préimprégnés 5 qui ont une forme parfaitement adapté au moules 1 et 2 du bateau, et qui ont comme caractéristiques techniques: de résister aux critères physiques de température (t), 35 durée (d) et pression (p) compatible avec le procédé. - de présenter suivant le cas, soit des flancs rigides 12 (figure 3) pour les cloisons, soit des flancs souples pour être rétractables et amovibles. Ils doivent en outre ne pas présenter d'arrêtes vives mais plutôt des angles arrondis 14 pour éviter la cassure par angle vif du tissu préimprégné 5, (figure 3), ils sont évidemment équipés de valves v de gonflages et dégonflages judicieusement réparties. Les gabarits 10a, 10b... 10x, (figure 8) mis en place au niveau des coffres et qui permettent l'élaboration simultanée des coffres, trappes, baille à mouillage, sont des pièces simples fabriquées de la même manière que les moules 1 et 2 et de même niveau de finition. Les sacs 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j... 4x et les gabarits 10a, 10b... 10x sont réutilisables au même titre que les moules. Autres variantes de l'invention: - Au même titre qu'une construction en monolithique de tissu pré-imprégné, comme énoncé précédemment, il est possible d'insérer entre les couches de tissu pré-imprégné 5 une âme a faite d'un matériau moins dense comme par exemple du balsa, du feutre ou d'un matériau alvéolé de type nid d'abeille, ce type de construction est plus communément appelé sandwich. La mise en pression des sacs gonflables ainsi que la cuisson peut se faire sous atmosphère contrôlée en autoclave, on peut alors atteindre des pressions importantes ne nécessitant pas des renforts structurels important au niveau des moules. Les sacs peuvent être mis en pression par un autre élément que l'air, comme par exemple de l'eau. - Les moyens de cuisson ne sont pas restrictifs, l'apport de chaleur peut venir de l'extérieur comme par exemple dans un four ou des moules chauffants et/ou de l'intérieur grâce à des sacs gonflables chauffants. Applications diverses: Elles sont multiples et se situent plus particulièrement au niveau: bateaux à moteur plus facilement de type ouvert (sans cabine), à une ou plusieurs coques. voiliers légers (dériveurs) ou lestés (quillards) plus 10 facilement de type coque ouverte à une ou plusieurs coques. bateaux à moteur habitables à une ou plusieurs coques. voiliers habitables à une ou plusieurs coques. Appendices aérodynamiques ou hydrodynamiques de 15 structures diverses Ce procédé P permet donc: grâce à l'utilisation de pré-imprégné 5: de réduire complètement la nocivité pour la santé et l'environnement lié au procédé de fabrication. de supprimer les phases de travail d'imprégnation. de changer, sans modification de procédé, de type de tissu pré-imprégné (ex. tissu de verre ou tissu carbone), grâce à l'utilisation des sacs gonflables 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j... 4x, d'améliorer les qualités structurelles du produit fini, meilleure homogénéité de la structure et meilleure compacité du composite, et par voie de conséquence de réduire la quantité de matière nécessaire par rapport à une construction classique. de supprimer la plupart des consommables par rapport à des constructions sous vide, et grâce à l'utilisation des gabarits 10a, 10b... 10x, d'inclure dans un même et unique procédé la fabrication des parties annexes (mobiles ou fixes) à la structure principale, ce qui par conséquence, diminue encore le temps de fabrication. Ce procédé est un pas supplémentaire vers une automatisation complète et compatible avec les futures régulations pour l'environnement des chaînes de production de structure en composites. REVENDICATIONS ---------------------------------- 1- Procédé (P) de fabrication de bateaux ou plus généralement de structures en composites caractérisé en ce qu'il comprend 7 phases: - une phase 1: Application manuelle ou autre de tissu pré-imprégné (3) sur les moules (1 et 2) du pont et de la coque du futur bateau en laissant dépasser les tissus pré-imprégnés en vue d'une jonction, extrémités (3a et 3b), dans cette dite phase au niveau des coffres ou parties amovibles on intercale un gabarit (10a) enduit d'un produit démoulant entre les tissus pré-imprégnés de la structure principale (8) du futur bateau et de ou des parties amovibles (9). - une phase 2: Pré gonflage des sacs (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j..4x) opération effectuée de préférence à l'extérieur des moules à la pression désirée, mise en place des tissus pré-imprégnés (5) sur les flancs desdits sacs qui formeront les cloisons internes du bateau et ceci avant leur mise en place dans les moules. - une phase 3: Mise en place des sacs préformés (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j..4x) dans les moules (1) et (2). - une phase 4: Fermetures des moules (1) et (2); dans cette phase pour obtenir une chevauchement uniforme des tissus pré- imprégnés appliqués dans les moules (1) et (2), léger dégonflement des sacs (4j et 4g) situés au niveau de la liaison coque pont. - une phase 5: Mise en pression des sacs à des pressions de l'ordre de quelques bars ceci en fonction de la résistance des moules utilisés, cuisson de l'ensemble à une température et pendant un temps préconisé par les spécifications imposées par les tissus pré-imprégnés (5). s - une phase 6: Dégonflage et enlèvement des sacs (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j et... 4x) par les trappes de visite ou par d'autre orifices prévus à cet effet. - une phase 7: Démoulage et obtention de la pièce (6), le io bateau (B) et ou la pièce (6) étant pratiquement terminé; un nombre réduit de finitions restant à effectuer. 2- Moyens essentiels pour la mise en oeuvre du Procédé (P) selon la revendication 1 caractérisés en que ce sont: des sacs (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j et... 4x) pré-gonflés par un fluide adapté au problème à résoudre puis recouvert de tissus pré-imprégnés (5) qui ont une forme parfaitement adaptée au moules (1) et (2) du bateau, et qui ont comme caractéristiques techniques: - de résister aux critères physiques de température (t), durée (d) et pression (p) compatible avec le procédé, et adaptés en résistance mécanique aux moules (1) et (2) - de présenter suivant le cas soit des flancs rigides (12) pour les cloisons, soit des flancs souples pour être rétractables et amovibles. - de ne pas présenter d'arêtes vives mais plutôt des angles arrondis (14) pour éviter la cassure par angle vif du tissu pré-imprégné (5). 3- Moyens selon la revendication 2 caractérisés en que ce sont: des gabarits (10a, 10b... 10x) mis en place au niveau des coffres, permettant l'élaboration simultanée des coffres, trappes, baille à mouillage... pièces simples fabriquées de la même manière que les moules (1) et (2) et de même niveau de finition. 4- Moyens selon les revendications 2 et 3 caractérisés en que lesdits sacs (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4 h, 4i, 4j... 4x) et lesdits gabarits (10a, 10b... 10x) sont réutilisables au même titre que des moules pour refaire d'autres pièces. 5- Procédé (P) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on insère entre les couches de tissu pré-imprégné (5) une âme (a) faite d'un matériau moins dense comme par exemple du balsa, du feutre ou des matériaux alvéolés de type nid d'abeille, afin de varier les applications et de pouvoir obtenir des pièces de bateau ou d'avions... ou de tout autres structures faites en matériaux composites issus à base de préimprégnés (5).