Brevet FR2868008A1 — publié le 20050930

COMPLEXE MULTICOUCHE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE EN MATERIAU COMPOSITE UTILISANT UN TEL COMPLEXE La présente invention concerne un complexe multicouche employé pour la mise en oeuvre de procédés de fabrication par moulage sous vide de pièces en matériau composite incorporant des renforts et une résine polymère thermodurcissable ou thermoplastique. Les matériaux composites entrent de plus en plus dans la conception et dans réalisation d'objets divers pour des raisons de résistance, de légèreté, de facilité à être conformé. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications, telles que des coques et des structures de bateaux, des skis, des pièces automobiles, des profilés pour l'industrie aéronautique, des pièces structurelles pour l'industrie, des pièces de capotage et d'autres encore. L'un des procédés actuels de fabrication de matériaux composites consiste à réaliser un moulage sous vide du ou des matériaux entrant dans la composition de la pièce. La mise en oeuvre d'un tel moulage comprend plusieurs phases successives. Dans une première phase, une contre-forme est tout d'abord réalisée, par exemple en bois, en plâtre, en plastique, en matériau composite ou encore en métal. Cette contre- forme présente une forme tridimensionnelle complémentaire à celle de la pièce souhaitée. Elle peut être enduite d'un agent facilitant le démoulage. Dans une deuxième phase, différentes couches dites de renfort, par exemple à base de tissus ou de mats fibreux, sont disposées successivement sur la contre-forme, pour former une ébauche. Ces tissus peuvent par exemple être en fibres de carbone, fibre de verre, fibre d'aramide. Avant ou pendant le dépôt, chaque couche est imprégnée ou enduite d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique, telle que par exemple des résines époxy, polyester, vinylester, phénoliques, des résines thermoplastiques et d'autres encore. L'empilement des couches est effectué jusqu'à l'obtention de l'épaisseur désirée. Dans une troisième phase, l'ensemble des couches de renfort est recouverte d'une feuille étanche et souple, qui joue le rôle d'un couvercle flexible pour la contre-forme. Puis un vide est appliqué à l'intérieur du moule, entre la contre-forme et la feuille étanche. Ceci permet de conformer la pièce saturée de résine souhaitée à la forme de la contre-forme, d'enlever l'excédent de résine et de procéder à un dégazage d'air et de solvants. Dans une quatrième phase, l'ensemble est soumis à une élévation de température correspondant, soit à la température de durcissement de la résine thermodurcissable, soit à la température de ramollissement de la résine thermoplastique. Dans une cinquième et dernière phase, l'ensemble est refroidi puis le démoulage est effectué. Art antérieur Dans les procédés connus de moulage sous vide, des couches supplémentaires sont utilisées comme couvercle flexible en étant interposées entre le couvercle du moule et la face restant apparente de l'ébauche saturée de résine polymère. Ainsi, un tissu d'arrachage est positionné tout d'abord sur la dernière couche de renfort imprégnée de résine. Ce tissu a pour fonction de permettre, après arrachage sur la pièce durcie, la formation d'un état de surface rugueux pour la pièce en matériau composite. Cet état de surface est utile pour les opérations ultérieures de peinture, d'assemblage notamment. Lors du moulage ce tissu permet également de répartir uniformément la résine et d'éviter l'apparition de bulles gazeuses (par exemple d'air) dans le composite. Le tissu doit donc s'imprégner, laisser passer la résine et s'arracher aisément. Après mise en place du tissu, une feuille perméable, c'est-à-dire par exemple un film perforé, est disposée sur le tissu. Ce film va permettre un passage et une absorption contrôlée de résine pour obtenir le pourcentage voulu de fibres dans le composite. Un feutre de pompage ou de drainage recouvre ensuite l'ensemble tissu d'arrachage et film. Ce feutre présente une structure relativement aérée, pour ne pas opposer de résistance à la résine qui l'atteint et qui est aspirée lors de la mise sous vide. Ce feutre permet une aspiration homogène de l'air et des solvants se dégageant lors de la polymérisation. Une fois le composite terminé avec polymérisation complète, le tissu d'arrachage, la feuille perméable et le tissu de pompage sont enlevés. On conçoit que la mise en place séparée de ces différentes couches additionnelles (tissu d'arrachage, film perforé et feutre de drainage) est relativement délicate, notamment lorsque le moulage a lieu sur des contre-formes verticales. Cette préparation peut donner lieu à des recouvrements pour les pièces de grande taille. Ces recouvrements peuvent former des déformations sur la pièce fine, avec donc des zones de fragilisation, ils modifient également la porosité des couches additionnelles. Le document FR- 2.676.960 décrit une solution à ces problèmes. Ainsi, cette solution consiste à utiliser un complexe multicouche préexistant, qui se positionne sur l'une des faces de la pièce ou ébauche saturée de résine. Ce complexe regroupe les trois éléments successifs décrits cidessus en un seul. Il comprend le tissu d'arrachage adhérant directement sur l'ébauche, la feuille ou film perméable aux résines et aux gaz, et le feutre de drainage pour le pompage. Cependant un tel complexe présente des inconvénients lors de son élimination, inconvénients qui résultent de ses avantages lors de sa pose. En effet, le complexe s'applique en un seul tenant et il s'enlève donc en un seul tenant. En d'autres termes, lorsque l'on cherche à l'enlever, on retire non seulement le feutre de drainage et le film mais aussi le tissu d'arrachage. Or, pour conserver une protection de la pièce, il peut y avoir un intérêt à ne retirer le tissu d'arrachage que plus tardivement, par exemple juste avant les opérations d'assemblage, de peinture ou autre. Si l'on souhaite n'éliminer que le feutre de drainage, on est confronté à un inconvénient d'arrachage. En effet, le complexe est difficile à retirer partiellement, car la résine thermodurcissable ou thermoplastique a polymérisé dans le feutre de drainage. Ainsi, il est impossible de ne retirer que le feutre de drainage et le film. Si on souhaite garder une protection avant les opérations secondaires, il convient de laisser le complexe sur la pièce. Ceci confère à la pièce intermédiaire en composite durci un aspect extérieur assez médiocre. En outre, la surface de cette pièce intermédiaire va être salissante, les poussières venant se coller au feutre restant. Exposé de l'invention Un premier problème que se propose de résoudre l'invention est d'obtenir un complexe multicouche permettant de conférer, après son arrachage, un très bel aspect et une finition supérieure de la pièce en matériau composite. Un deuxième problème est la réalisation d'un complexe multicouche présentant une excellente efficacité en ce qui concerne sa séparation de la pièce en matériau composite. Un troisième problème est d'utiliser un complexe multicouche présentant plusieurs possibilités de délaminage, permettant d'obtenir une pièce en matériau composite intermédiaire protégée par l'une des couches de ce complexe. Un quatrième problème est d'éviter un collage entre les couches de matériaux du complexe, afin d'éviter l'introduction de colles et solvants incompatibles avec la résine et/ou les applications de la pièce composite. Un cinquième problème est la mise au point d'un procédé simplifié de fabrication de pièces en matériau composite par moulage sous vide, permettant d'obtenir immédiatement ces pièces directement utilisables, sans étapes de finition supplémentaires. De façon connue, un complexe multicouche, destiné à être employé lors de la fabrication d'une pièce en matériau composite imprégné d'un matériau polymère, par moulage sous vide, comprend un tissu d'arrachage venant en contact avec la pièce en matériau composite, un film perméable au moins aux gaz positionné sur le tissu d'arrachage et un textile jouant le rôle de feutre de drainage positionné sur le film. Conformément à un premier aspect de l'invention, le complexe est caractérisé en ce que le film perméable au moins aux gaz est un film tricouche présentant une couche supérieure venant en contact avec le textile jouant le rôle de feutre de drainage, une couche centrale et une couche inférieure venant en contact avec le tissu d'arrachage, la couche centrale possédant une température de fusion supérieure à la température de fusion de la couche supérieure et à la température de fusion de la couche inférieure. Autrement dit, avec un tel film inclus au sein du complexe, le décollage va pouvoir s'effectuer principalement par délaminage du film lui-même et séparation nette de ses couches élémentaires. Avec un tel complexe, un premier arrachage en fin de polymérisation va livrer la pièce en composite accompagnée de, et protégée par, et par le tissu d'arrachage jouant un rôle de matériau protecteur, recouvert tout ou partie de la couche inférieure du film tricouche. Enfin un second arrachage va libérer la pièce en composite de la couche inférieure du film tricouche et du tissu d'arrachage. Très préférentiellement, la couche centrale du film peut présenter une température de fusion sensiblement comprise entre 150 C et 180 C, afin de résister aux températures de durcissement de la résine thermodurcissable et de ramollissement de la résine thermoplastique. En effet, avec une température de fusion comprise dans cette plage, on s'assure que la couche élémentaire centrale du film ne fond pas pendant les étapes de cuisson et de polymérisation. On empêche ainsi que les couches élémentaires externes, supérieure et inférieure, ne se mélangent, et provoquent un collage résistant entre le tissu d'arrachage et le feutre de drainage. De manière favorable, la couche supérieure du film peut présenter une température de fusion sensiblement comprise entre 70 C et 85 C, afin de réaliser une adhésion au textile jouant le rôle de feutre de drainage. La couche inférieure du film peut présenter une température de fusion voisine de 100 C, afin de réaliser une adhésion au tissu d'arrachage. Pour obtenir une compatibilité avec le matériau du textile jouant le rôle de feutre de drainage, la couche supérieure et la couche centrale du film peuvent favorablement être à base de polyuréthannes thermoplastiques. Pour éviter toute compatibilité avec la résine thermodurcissable, la couche inférieure du film peut favorablement être à base de polyoléfines thermoplastiques, et plus particulièrement à base d'un polyéthylène thermoplastique. La couche supérieure et la couche centrale du film peuvent posséder une épaisseur sensiblement égale à 15 m. La couche inférieure du film peut posséder une épaisseur sensiblement comprise entre 15 m et 30 m. A titre d'exemple, le film peut présenter des micro-perforations donnant la perméabilité au moins aux gaz. Le film peut en outre présenter une perméabilité variable de 0 % à 100 % à la résine polymère thermodurcissable ou thermoplastique de la pièce en matériau composite. Un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication par moulage sous vide d'une pièce en un matériau composite imprégné d'une résine 20 polymère. Ce procédé comprend les étapes consistant à : - former dans un moule une ébauche de la pièce en matériau composite imprégné de la résine polymère; - recouvrir l'ébauche de la pièce restant apparente avec un complexe multicouche présentant un tissu d'arrachage venant en contact avec l'ébauche de la pièce, un film perméable au moins aux gaz positionné sur le tissu d'arrachage et un textile jouant le rôle de feutre de drainage positionné sur le film; - recouvrir l'ensemble formé par le complexe multicouche caractéristique et le moule avec une feuille jouant le rôle de sac à vide; - réaliser les opérations de moulage sous vide, par aspiration des gaz compris entre la feuille jouant le rôle de sac à vide et l'ensemble formé par le complexe multicouche et le moule, puis par chauffage et refroidissement jusqu'à durcissement de la résine polymère; et - enlever la feuille jouant le rôle de sac à vide; Le procédé est caractérisé en ce que l'on met en outre en oeuvre une étape consistant à délaminer le film perméable au moins aux gaz pour enlever le textile jouant le rôle de feutre de drainage, afin d'obtenir la pièce en un matériau composite protégée par le tissu d'arrachage. Autrement dit, lors de la mise en oeuvre du procédé conformément à l'invention, le retrait du complexe se fait en séparant automatiquement le feutre de drainage et le tissu d'arrachage, grâce à la capacité du film à se délaminer en couches élémentaires. Ainsi, on peut par la suite procéder de façon indépendante dans le temps, au retrait du tissu d'arrachage, afin d'obtenir la pièce finale souhaitée en un matériau composite. Description sommaire des figures L'invention sera bien comprise et ses divers avantages et différentes caractéristiques ressortiront mieux lors de la description suivante, de l'exemple non limitatif de réalisation, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: - la Figure 1 représente une vue en coupe du complexe multicouche; et - la Figure 2 représente une vue en coupe du film du complexe multicouche. Description détaillée de l'invention Le procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprend ainsi différentes étapes, mises en oeuvre successivement. Dans une étape préalable, un fond de moule ou contre-forme (1) est réalisé. Dans une première étape, une ou plusieurs nappes de renforts (2, 3, 4, 6 et 7) préimprégnées d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique sont positionnées dans le moule (1). Ces nappes sont destinées à former une ébauche de pièce (8) saturée de résine. Dans une deuxième étape, un complexe multicouche (9) est déposé sur la surface supérieure de l'ébauche (8). Cette surface supérieure est apparente et se trouve opposée à la surface plaquée contre le moule (1). Dans une troisième étape, une feuille supérieure indépendante étanche (11) , également appelée sac à vide, est posée au dessus de l'ensemble constitué par la contre-30 forme (1), l'ébauche (8) et le complexe multicouche (9). Dans une quatrième étape, les opérations de moulage sous vide sont réalisées, par aspiration des gaz (et éventuellement d'une partie de la résine imprégnant les renforts) se trouvant entre la feuille supérieure indépendante étanche (11) et l'ensemble constitué par le moule (1) et le complexe multicouche (9). L'aspiration se fait au moyen d'une pompe à vide (non représentée). L'aspiration est immédiatement suivie par un chauffage à une température déterminée qui va dépendre de la température de durcissement de la résine thermodurcissable ou de la température de ramollissement de la résine thermoplastique. Dans une cinquième étape, la feuille supérieure indépendante étanche (11) est enlevée après refroidissement. Dans une sixième étape, le complexe multicouche (9) est enlevé de la pièce composite terminée. Pour assurer ses fonctions, le complexe multicouche (9) comprend une première couche d'un tissu, également appelé tissu d'arrachage. Ce tissu (12) va laisser une empreinte sur la surface supérieure apparente de la pièce composite. Le tissu (12) est par exemple en polyester ou polyamide. A titre d'exemple, on utilise un polyamide avec une armure taffetas, de masse surfacique de 85 g/m2. Le tissu (12) présente des propriétés autodémoulantes. Le tissu (12) résiste aux résines thermodurcissables employées et plus particulièrement aux composés styréniques présents. Le tissu (12) présente une épaisseur d'environ 160 m. Le complexe multicouche (9) comprend une deuxième couche se présentant sous la forme d'un film (13). Ce film (13) présente une épaisseur sensiblement comprise entre 45 m et 60 m. Ce film (13) est perméable aux gaz. Les propriétés de perméabilité peuvent être conférées par des perforations ou micro-perforations (14) discrètes, ou bien encore par le matériau même du film, avec une perméabilité répartie et homogène. La densité et les dimensions des micro-perforations (14) dépendent de la perméabilité aux gaz et à la résine que l'on souhaite conférer au film (13), notamment en vue de du taux de résine résiduelle recherché. Le réglage du paramètre de perméabilité variable liée aux perforations va avoir une influence ultérieure sur la masse de résine durcie par rapport à la masse de fibres de la pièce composite, ce qui va donner des propriétés différentes, par exemple celles de résistance finale de la pièce composite obtenue. Par exemple, les perforations peuvent être typiquement de 500 m de diamètre, et 30 réparties à raison de 22 perforations par 10 cm2 ou de perméabilité P3. Le complexe multicouche (9) comprend une troisième couche d'un textile, appelé feutre de drainage et jouant le rôle de feutre de drainage (16). Ce textile (16) est par exemple un mat ou un non tissé, à base en polyester, polyamide ou verre. A titre d'exemple, le feutre (16) peut être un polyester non-tissé d'une masse de 340 g/m2. A titre d'exemple, le complexe multicouche (9) peut présenter une épaisseur d'environ 6 mm et un poids d'environ 470 g/m2. Le complexe (9) est utilisable pour des températures de moulage allant jusqu'à 180 C. Il est réalisé par complexage ou contre collage des trois constituants, tissu d'arrachage (12), film perméable (13) et feutre de drainage (14). Il est disponible en deux longueurs de 50 m et 100 m pour une largeur de 1,50 m. Selon l'invention, pour assurer la délamination, le film (13) est un film tricouche. Une première couche ou couche supérieure (17) est en un matériau polymère thermoplastique à base de polyuréthannes. L'épaisseur de la couche supérieure (17) est sensiblement égale à 15 gm. La température de fusion de cette couche supérieure (17) est sensiblement comprise entre 70 C et 85 C et est préférentiellement sensiblement égale à 80 C. A une température de durcissement de la résine thermodurcissable de l'ébauche de la pièce composite aux environs de 140 - 150 C, la couche supérieure (17) est ramollit et se lie au feutre de drainage (16). Une deuxième couche ou couche centrale (18) est en un matériau polymère thermoplastique à base de polyuréthannes. L'épaisseur de la couche centrale (18) est sensiblement égale à 15 gm. La température de fusion de cette couche centrale (18) est sensiblement comprise entre 148 C et 152 C et est préférentiellement sensiblement égale à 150 C. Si cela est souhaité pour une application particulière, la température de fusion de la couche centrale (18) peut passer à une valeur sensiblement comprise entre 160 C et 180 C, préférentiellement sensiblement égale à 180 C. La couche centrale (18) constitue une couche barrière stable aux températures plus élevées utilisées dans le procédé. Une troisième couche ou couche inférieure (19) est en un matériau polymère thermoplastique à base de polyoléfines. Comme matériau particulièrement intéressant, la couche inférieure (19) est en polyéthylène. Les polyoléfines de la couche inférieure (19) présentent la propriété de ne pas avoir de compatibilité avec les polyuréthannes de la couche centrale (18). Les polyoléfines de la couche inférieure (19) présentent également la propriété de ne pas adhérer au polyamide du tissu d'arrachage (12). Enfin les polyoléfines de la couche inférieure (19) présentent également la propriété de ne pas avoir de compatibilité avec les résines thermodurcissables ou thermoplastiques utilisées pour la pièce en composite. L'épaisseur de la couche inférieure (19) est sensiblement comprise entre 15 m et 30 m. La température de fusion de cette couche inférieure (19) est sensiblement égale à 100 C. A titre d'exemples particulièrement intéressants, un film (13) référencé TC 5017 CX 03 (température de fusion de la couche centrale égale à 150 C) et un film (13) référencé TC 5025 CX 03 (température de fusion de la couche centrale égale à 180 C) commercialisés par la société PROCHIMIR sont utilisés. Ces films sont en fait des films bicouches qui sont fabriqués et livrés sous la forme d'un film tricouche, incluant un support d'extrusion ou opercule en polyoléfines, apte à constituer la couche inférieure (19) du film tricouche (13). Dans la sixième étape du procédé, le complexe multicouche (9) est enlevé de la pièce composite terminée. Cette étape se fait par délamination du film tricouche (13) au niveau du plan de délamination (D) entre la couche centrale (18) et la couche inférieure (19). Le feutre de drainage (16) est enlevé avec la couche supérieure (17) et la couche centrale (18) du film tricouche (13). Ceci permet d'obtenir la pièce en un matériau composite principalement protégée par le tissu d'arrachage (12) et aussi par la couche inférieure (19). Cette protection est particulièrement utile pour le transport et la manipulation des pièces en matériau composite. Dans une septième étape du procédé, le tissu d'arrachage (12) et la couche 20 inférieure (19) sont enlevés pour une utilisation finale de la pièce en matériau composite. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés. De nombreuses modifications peuvent être réalisées, sans pour autant sortir du cadre défini par la portée du jeu de revendications. Les matériaux du complexe multicouche (9) sont adaptés en fonction de la pièce en matériau composite à réaliser. REVENDICATIONS 1. Complexe multicouche, destiné à être employé lors de la fabrication d'une pièce en matériau composite imprégné d'une résine polymère, par moulage sous vide, comprenant un tissu d'arrachage (12) venant en contact avec la pièce en matériau composite, un film perméable au moins aux gaz (13) positionné sur le tissu d'arrachage (12) et un textile jouant le rôle de feutre de drainage (16) positionné sur le film (13), caractérisé en ce que le film perméable au moins aux gaz (13) est un film tricouche présentant une couche supérieure (17) venant en contact avec le textile jouant le rôle de feutre de drainage (16), une couche centrale (18) et une couche inférieure (19) venant en contact avec le tissu d'arrachage (12), la couche centrale (18) possédant une température de fusion supérieure à la température de fusion de la couche supérieure (17) et à la température de fusion de la couche inférieure (19). 2. Complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche centrale (18) du film (13) présente une température de fusion sensiblement comprise entre 150 C et 180 C. 3. Complexe selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche supérieure (17) du film (13) présente une température de fusion sensiblement comprise entre 70 C et 85 C. 4. Complexe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche inférieure (19) du film (13) présente une température de fusion sensiblement égale à 100 C. 5. Complexe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche supérieure (17) et la couche centrale (18) du film (13) sont à base de polyuréthannes thermoplastiques. 6. Complexe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche inférieure (19) du film (13) est à base de polyoléfines thermoplastiques, et plus particulièrement à base d'un polyéthylène thermoplastique. 7. Complexe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche supérieure (17) et la couche centrale (18) du film (13) possèdent une épaisseur sensiblement égale à 15 m, et en ce que la couche inférieure (19) du film (13) possède une épaisseur sensiblement comprise entre 15 m et 30 m. 8. Complexe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le film (13) présente des micro-perforations (14) donnant la perméabilité au moins aux gaz. 9. Complexe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le film (13) présente une perméabilité variable à la résine polymère thermodurcissable ou thermoplastique de la pièce en matériau composite. 10. Procédé de fabrication par moulage sous vide d'une pièce en un matériau composite imprégné d'une résine polymère, comprenant les étapes consistant à : former dans un moule (1) une ébauche de la pièce en matériau composite imprégné de la résine polymère (8) ; recouvrir l'ébauche de la pièce restant apparente (8) avec un complexe multicouche (9) présentant un tissu d'arrachage (12) venant en contact avec l'ébauche de la pièce (8), un film perméable au moins aux gaz (13) positionné sur le tissu d'arrachage (12) et un textile jouant le rôle de feutre de drainage (16) positionné sur le film (13) ; recouvrir l'ensemble formé par le complexe multicouche (9) et le moule (1) avec une feuille jouant le rôle de sac à vide (11) ; réaliser les opérations de moulage sous vide, par aspiration des gaz compris entre la feuille jouant le rôle de sac à vide (11) et l'ensemble formé par le complexe multicouche (9) et le moule (1), puis par chauffage et refroidissement jusqu'à durcissement de la résine polymère; et - enlever la feuille jouant le rôle de sac à vide (11) ; caractérisé en ce que l'on met en outre en oeuvre une étape consistant à délaminer le film perméable au moins aux gaz (13) pour enlever le textile jouant le rôle de feutre de drainage (16), afin d'obtenir la pièce en un matériau composite protégée par le tissu d'arrachage (12). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire consistant à enlever le tissu d'arrachage (12), afin d'obtenir la pièce en un matériau composite. Déposant DIATEX Mandataire Cabinet LAURENT & CHARRAS