Brevet FR2893531A1 — publié le 20070525

PROCEDE DE CONSOLIDATION EN CONTINU POUR L'OBTENTION D'UN MATERIAU STRATIFIE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte à un procédé de consolidation en continu pour l'obtention d'un matériau stratifié ainsi qu'à un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. Pour la réalisation de revêtements externes d'aéronef, on utilise une peau comportant un matériau stratifié avec une matrice en résine renforcée par des fibres longues (en verre, Kevlar ou carbone par exemple). En vol, ce revêtement est soumis à des flux d'air très importants. Aussi, pour éviter les phénomènes d'érosion, il faut que la surface du revêtement en contact avec l'air ne comprennent aucune porosité et ait un aspect glacé. Selon un mode de réalisation, ce revêtement est obtenu en consolidant en continu au moins un matériau composé de fibres longues, pré imprégné de résine thermoplastique ou non (tissu ou nappe en verre, Kevlar ou carbone par exemple) et au moins un film de résine disposé contre le tissu. Selon un premier mode opératoire, pour réaliser cette opération, on pourrait utiliser une presse fonctionnant pas à pas. Cette presse comprend deux plateaux chauffants qui appliquent directement une pression sur les matériaux. Selon ce procédé, le produit fini comprend des zones juxtaposées qui sont consolidées successivement. Cette technique fonctionnant pas à pas ne donne pas satisfaction car le produit n'est pas homogène sur toute sa longueur, notamment au droit des jonctions des zones consolidées successivement, avec notamment des risques importants de défauts de planéité et d'état de surface. Pour pallier aux défauts liés au fonctionnement pas à pas, des procédés permettant une consolidation en continu ont été développés. Selon une autre technique, les différents plis à consolider sont chauffés au niveau d'un poste de chauffage puis, de manière décalée, sont plaqués les uns contre les autres entre des rouleaux afin d'obtenir la consolidation. Ce mode opératoire ne donne pas satisfaction car l'étape de chauffage est décalée dans le temps par rapport à l'étape de pressage ce qui nuit fortement à la qualité du produit obtenu. Par ailleurs, selon cette technique, l'état de surface est généralement déplorable en raison notamment des phénomènes de cisaillement de la résine, dans la mesure où les rouleaux presseurs sont en contact direct avec le produit. Enfin, dans la mesure où le produit obtenu est tiré à l'issue de la consolidation en continu pour assurer le déplacement des plis à travers les différents postes, les risques de déformations des armures des plis tissés sont relativement élevés. Selon une dernière technique, comme illustré sur la figure 1, les différents plis et/ou films 10 à assembler sont disposés entre deux bandes 12 en boucle, placées en vis-à-vis, utilisées pour entraîner en translation lesdits plis 10. Un plateau 14 chauffant est prévu au niveau de chaque boucle afin d'appliquer une pression sur les bandes pour plaquer les plis 10 les uns contre les autres. Des compartiments 16 remplis d'huile sont intercalés entre les bandes 12 et les plateaux 14 chauffants pour assurer la transmission des pressions et de la chaleur et limiter le frottement entre les bandes 12 et les plateaux 14 chauffants. Les bandes 12 assurent également le défilement des différents plis et/ou films ce qui permet d'éviter les phénomènes de cisaillement précédemment évoqués. Toutefois, ce mode de réalisation ne donne pas satisfaction pour les raisons suivantes Les coûts d'un équipement pour la mise en oeuvre de cette technique sont relativement importants. Par ailleurs, dans la mesure où les pressions nécessaires pour consolider en continu les plis sont peu importantes pour élaborer un revêtement externe, cet équipement est surdimensionné ce qui conduit à générer des coûts de mise en oeuvre relativement élevés. De plus, la présence de compartiments d'huile peut engendrer des fuites d'huile susceptibles de tâcher le matériau obtenu et de générer des problèmes de collage dans les phases aval d'utilisation de ce matériau. Enfin, lors de la mise en oeuvre de cette technique, on peut être confronté à des difficultés de guidage des différents plis, susceptibles de créer des problèmes de déformations des armures des tissus. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé de consolidation en continu susceptible d'être mis en oeuvre de manière simple et permettant d'obtenir un produit d'aussi bonne qualité, voire meilleure que les procédés existants. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de consolidation en continu d'au moins un pli, ledit procédé consistant à chauffer et à presser ledit au moins un pli de manière concomitante et à entraîner ledit au moins un pli à l'aide d'au moins un feuillard au moins au niveau de la consolidation en continu, caractérisé en ce qu'il consiste à faire défiler l'ensemble constitué par ledit au moins un pli et ledit au moins un feuillard en continu selon au moins une trajectoire courbe, ledit au moins un pli étant disposé entre des moyens de guidage et ledit au moins un feuillard au droit de la trajectoire courbe, à chauffer ledit au moins un pli au moins au niveau de la trajectoire courbe et à exercer une tension sur ledit feuillard de manière à ce que ce dernier comprime ledit au moins un pli au moins au niveau de ladite trajectoire courbe. Le procédé de l'invention permet d'obtenir une consolidation de qualité. De plus, ce procédé peut être mis en oeuvre de manière simple et mieux adaptée ce qui permet de réduire les coûts de fabrication. L'invention propose également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant un dispositif de l'art antérieur, - la figure 2 est un schéma illustrant un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et - la figure 3 est un schéma illustrant en détails les plis et les feuillards lors de la consolidation en continu. Le procédé de la présente invention est maintenant décrit pour l'obtention d'un matériau stratifié 20 avec une matrice en résine thermoplastique renforcée par des fibres, susceptible d'être utilisé pour la réalisation d'un revêtement externe d'aéronef. Bien entendu, ce procédé pourrait être utilisé pour l'obtention d'autres matériaux stratifiés pour d'autres applications. Selon l'exemple choisi, le matériau stratifié est obtenu à partir d'un tissu 22 pré 20 imprégné, comportant des fibres de verre tissées, et de deux films de résine 24 disposés de part et d'autre du tissu 22. A titre d'exemple, le tissu 22 est pré imprégné de résine thermoplastique. Le film de résine est une résine thermoplastique, notamment un polysulfure de phénylène. 25 Toutefois, le matériau des fibres du tissu, l'armure et les résines pourraient être différents. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre pour un seul pli. Il s'agit alors d'un matériau composite pré imprégné de suffisamment de résine pour que le matériau stratifié obtenu soit correctement consolidé. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre pour un matériau non pré imprégné, associé à un film de résine. De manière générale, le procédé de l'invention peut être utilisé pour consolider au moins un pli pré imprégné ou au moins deux plis, notamment un tissu et au moins un film de résine. Pour la suite de la description, on entend par pli, un film, un tissu, un non tissé ou analogue. Le produit obtenu 20 ainsi que les plis peuvent être conditionnés sous forme de rouleaux, comme illustré sur la figure 2. Pour assurer le défilement en continu, au moins une bande, appelée par la suite feuillard, est utilisée pour entraîner les différents plis 22 et 24, au moins au niveau de la phase de consolidation en continu. De préférence, les plis 22 et 24 sont intercalés entre deux feuillards 26 et 28 ou entre un feuillard et une surface d'appui. Pour obtenir un produit de qualité, il est important que les différents plis 22 et 24 soient chauffés et pressés les uns contre les autres de manière concomitante lors de la consolidation en continu. Selon l'invention, l'ensemble constitué par les plis et ledit au moins un feuillard défile en continu en étant guidé par des moyens de guidage, par exemple des rouleaux, agencés de manière à définir au moins une trajectoire courbe, les plis étant disposés entre les moyens de guidage et ledit au moins un feuillard au droit de la trajectoire courbe. Pour obtenir la consolidation en continu, il convient de chauffer les plis au moins au niveau de la trajectoire courbe et d'exercer une tension sur ledit feuillard de manière à ce que ce dernier comprime les plis au moins au niveau de ladite trajectoire courbe, comme illustré sur la figure 3. Le procédé de l'invention permet d'obtenir également une bonne homogénéité de la température et de la pression. Ces caractéristiques permettent d'obtenir une consolidation en continu de qualité. Pour limiter les phénomènes de cisaillement, les deux feuillards ou le feuillard et la surface d'appui ont la même vitesse linéaire au niveau de la surface de contact avec les plis. On peut utiliser deux feuillards de rugosité identique si le produit obtenu doit avoir deux surfaces identiques, sans aucune porosité, avec un aspect glacé. Néanmoins, si, pour des raisons techniques ( pour une meilleure adhérence sur le support final par exemple) on souhaite obtenir une porosité différente entre les deux surfaces, on peut utiliser deux feuillards avec des rugosités différentes. Selon un mode de réalisation simplifié, on peut prévoir un seul feuillard placé de manière à venir en contact avec la surface à l'aspect glacé. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de guidage permettant d'obtenir au moins une trajectoire courbe comprennent au moins un tambour 30 disposé entre deux rouleaux de guidage 32, l'ensemble constitué des plis et du ou des feuillards défilant entre chaque rouleau de guidage 32 et le tambour 30, ledit tambour ayant un diamètre adapté en fonction de la vitesse de défilement, des temps de compression et de chauffage nécessaires. Cette configuration permet d'obtenir un dispositif relativement simple, moins coûteux que les dispositifs existants, mieux adapté ce qui permet de réduire les coûts de fonctionnement. De plus, dans la mesure où les plis sont entraînés à l'aide de deux feuillards disposés de part et d'autre des plis, cet agencement permet d'obtenir un excellent guidage des différents plis ce qui permet de limiter les risques de déformations des tissus. Selon une autre caractéristique de l'invention, les plis subissent un cycle thermique au niveau de la trajectoire courbe, ledit cycle comportant une première phase de montée en température, référencée 34 sur la figure 3, permettant d'atteindre la température de consolidation en continu, une phase de maintien à la température de consolidation en continu, référencée 36, lors de laquelle les plis sont comprimés et une phase de refroidissement, référencée 38, durant laquelle les plis sont comprimés jusqu'à la solidification des matériaux. Lors de la phase de montée en température, la résine passe en phase pâteuse et se colle sur le tissu. Lors de la phase de maintien en température, la résine se liquéfie imprégnant le tissu à coeur. La pression doit être maintenue tant que la température n'est pas descendue en dessous d'un seuil fonction des matériaux assemblés et de la solidification de la résine utilisée. Ainsi, le matériau stratifié possède de bonnes qualités de porosité et de géométrie stabilisée. Selon une autre caractéristique de l'invention, les feuillards 26 et 28 ont une largeur supérieure à celles des plis 22 et 24 pour être en contact de part et d'autre des plis afin d'obtenir une conduction thermique entre les deux feuillards plus importantes et des températures homogènes sur chaque face du produit. Sur la figure 2, on a représenté un mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Ce dispositif comprend dans le sens de défilement du produit, des moyens 40 d'alimentation en plis à consolider en continu, des moyens pour consolider en continu et des moyens 42 de stockage du produit obtenu. Eventuellement, des moyens de contrôle peuvent être interposés entre les moyens pour consolider en continu et les moyens de stockage. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 2, les plis sont stockés de préférence enroulés sur des rouleaux au niveau des moyens 40 d'alimentation. Les moyens 40 d'alimentation comprennent alors des dévidoirs dont le nombre est fonction du nombre de plis à consolider en continu. Cette partie du dispositif n'est pas plus détaillée car elle est à la portée de l'homme du métier. En aval, le produit obtenu par le procédé de l'invention est stocké sous forme d'un rouleau au niveau des moyens 42 de stockage. Comme précédemment, cette partie du dispositif n'est pas plus détaillée car elle est à la portée de l'homme du métier. Selon un mode de réalisation, les moyens pour consolider en continu comprennent un tambour 30 et des rouleaux de guidage 32 disposés de manière à produire une trajectoire courbe pour l'ensemble constitué par les plis 22, 24 et les feuillards 26 et 28. Le feuillard 26 disposé à l'extérieur au niveau du tambour 30, appelé feuillard 10 supérieur, est susceptible de comprimer les plis contre ledit tambour 30 et d'assurer l'entraînement des plis. Le feuillard 28 disposé entre les plis et le tambour, appelé feuillard inférieur, est utilisé pour protéger le produit réalisé des éventuelles imperfections géométriques du tambour 30. 15 Les feuillards doivent avoir un état de surface sans défaut pour obtenir un produit fini avec un aspect glacé. Des produits tels que des nettoyants, bouche-pores ou démoulants peuvent être enduits sur la surface des feuillards en contact avec le produit pour limiter l'apparition de défauts et pour améliorer l'état de surface. 20 Selon un mode de réalisation, les feuillards sont métalliques (cuivre, acier, titane, etc....), ce qui permet d'obtenir un bon compromis entre les contraintes mécaniques, les contraintes thermiques et les contraintes liées à l'état de surface. Le feuillard supérieur 26 est dimensionné pour transmettre la pression. A ce titre, il est de préférence plus épais que le feuillard inférieur dont la 25 participation à la transmission de la pression est beaucoup plus faible. Néanmoins, son épaisseur ne doit pas être trop importante car il serait alors trop rigide et le rouleau 32 aurait des difficultés pour faire défiler le feuillard supérieur 26. Selon les variantes, les feuillards peuvent se présenter sous forme continue, en boucle, comme illustré sur la figure 2, ou sous la forme, chacun, de deux bobines disposées en amont et en aval de la zone de consolidation en continu. Dans le cas de feuillards en boucle, selon un mode de réalisation illustré sur la figure 2, le dispositif comprend au moins un rouleau supérieur 46 permettant au feuillard supérieur 26 d'effectuer une boucle et au moins un rouleau inférieur 48 permettant au feuillard inférieur 28 d'effectuer une boucle. Pour assurer le mouvement de défilement d'au moins un feuillard, notamment le feuillard supérieur 26, on peut utiliser au moins un rouleau de guidage 32 10 entraîné en rotation par tous moyens appropriés. Afin de limiter les contraintes au niveau des feuillards en raison de l'enroulement, les rouleaux de guidage ont de préférence un diamètre suffisant lié à l'épaisseur des feuillards, aux diamètres du tambour 30 et des rouleaux 32. Selon les variantes, le tambour 30 peut intégrer les moyens de chauffage 15 susceptibles éventuellement de produire un cycle thermique avec une phase de montée en température, une phase de maintien en température et une phase de refroidissement. Ainsi, la transmission de la chaleur s'effectue par conduction du feuillard inférieur vers le feuillard supérieur. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 3, le tambour 30 comprend en 20 surface un revêtement isolant 44 qui permet d'obtenir une température homogène au niveau des plis lors de la consolidation en continu. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 2, le tambour comprend des moyens de guidage se présentant sous la forme de deux paires de galets 50 ou analogue, chaque paire étant disposée de manière symétrique de part et d'autre 25 du plan médian vertical du tambour 30. En variante, les rouleaux 32 peuvent être utilisés pour supporter et guider le tambour 30 en choisissant un entraxe adapté. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend des moyens 52 de chauffage disposés de préférence au droit de la partie sommitale du tambour 30. A titre d'exemple, le chauffage est obtenu à partir d'une source de chaleur susceptible d'envoyer de l'air chaud. Ainsi, la transmission de la chaleur s'effectue par convection entre la source et le feuillard supérieur et par conduction entre les feuillards et entre les feuillards et les plis. En complément, on peut prévoir en amont des moyens 54 de pré-chauffage. Pour éviter les déperditions thermiques, l'ensemble peut être placé dans une enceinte calorifugée. De préférence, le dispositif comprend des moyens 56 de refroidissement permettant d'abaisser la température du produit en dessous d'un certain seuil. Selon une variante, le refroidissement est obtenu par la ventilation d'air froid. Pour assurer la compression des plis, le dispositif comprend des moyens 58 de tension du feuillard supérieur 26 comportant au moins un rouleau 60 tendeur susceptible d'exercer un effort de pression contre le feuillard supérieur 26. Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de réglage permettant de régler l'effort de pression du ou des rouleau(x) tendeur(s) sur le feuillard et de la sorte la pression exercée par le feuillard sur les plis. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 2, le feuillard supérieur 26 effectue une boucle grâce à un rouleau supérieur 46 disposé au dessus du tambour 30 de préférence à équidistance des rouleaux de guidage 32. Dans ce cas, les moyens 58 de tension comprennent deux rouleaux tendeurs 60 qui tendent à rapprocher les parties du feuillard disposées de part et d'autre du rouleau supérieur 46. Avantageusement, on peut régler l'entraxe des rouleaux tendeurs 60 afin d'ajuster la pression exercée par le feuillard supérieur 26 sur les plis. En variante, les rouleaux tendeurs sont reliés par un élément déformable de manière élastique dont la raideur peut être réglée afin d'ajuster la pression exercée par le feuillard supérieur 26 sur les plis. En variante, on pourrait utiliser les rouleaux 32 pour ajuster l'effort de tension sur le feuillard supérieur 26, par exemple en réglant l'écartement entre au moins un rouleau 32 et le rouleau supérieur 46. Bien entendu, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les moyens de chauffage, la forme, les dimensions et la nature des différents éléments. Enfin, le procédé de l'invention peut être utilisé pour consolider en continu au moins un pli quelle que soit l'application du produit obtenu. REVENDICATIONS 1. Procédé de consolidation en continu d'au moins un pli (22, 24), ledit procédé consistant à chauffer et à presser ledit au moins un pli (22, 24) de manière concomitante et à entraîner ledit au moins un pli (22, 24) à l'aide d'au moins un feuillard (26, 28) au moins au niveau de la consolidation en continu, caractérisé en ce qu'il consiste à faire défiler l'ensemble constitué par ledit au moins un pli (22, 24) et ledit au moins un feuillard (26, 28) en continu selon au moins une trajectoire courbe, ledit au moins un pli (22, 24) étant disposé entre des moyens de guidage et un feuillard (26) au droit de la trajectoire courbe, à chauffer ledit au moins un pli (22, 24) au moins au niveau de la trajectoire courbe et à exercer une tension sur ledit feuillard (26) de manière à ce que ce dernier comprime ledit au moins un pli (22, 24) au moins au niveau de ladite trajectoire courbe. 2. Procédé de consolidation en continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un pli (22, 24) est intercalé entre un feuillard supérieur (26) et une surface d'appui. 3. Procédé de consolidation en continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un pli (22, 24) est intercalé entre deux feuillards (26, 28). 4. Procédé de consolidation en continu selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux feuillards (26, 28) ou le feuillard et la surface d'appui ont la même vitesse linéaire au niveau de la surface de contact avec ledit au moins un pli (22, 24). 5. Procédé de consolidation en continu selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression permettant de 25 comprimer ledit au moins un pli (22, 24) est maintenue tant que la températuren'est pas descendue en dessous d'un seuil fonction de la température de solidification des matériaux à consolider. 6. Procédé de consolidation en continu selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit au moins un pli (24, 26) subit un cycle thermique au niveau de la trajectoire courbe, ledit cycle comportant une première phase de montée en température permettant d'atteindre la température de consolidation en continu, une phase de maintien à la température de consolidation en continu lors de laquelle ledit au moins un pli est comprimé et une phase de refroidissement durant laquelle ledit au moins un pli est comprimé. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de consolidation en continu d'au moins un pli (22, 24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif comprenant des moyens (52) de chauffage et des moyens de pression pour comprimer et chauffer ledit au moins un pli de manière concomitante, et au moins un feuillard (26, 28) pour entraîner ledit au moins un pli (22, 24) au moins au niveau de la consolidation en continu, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part des moyens de guidage pour faire défiler en continue selon au moins une trajectoire courbe l'ensemble constitué par ledit au moins un pli (22, 24) et ledit au moins un feuillard, ledit au moins un pli (22, 24) étant disposé entre les moyens de guidage et un feuillard (26) au droit de la trajectoire courbe et les moyens (52) de chauffage étant disposés de manière à chauffer ledit au moins un pli (22, 24) au moins au niveau de la trajectoire courbe, et d'autre part, des moyens (58) pour exercer une tension sur ledit feuillard (26) de manière à ce que ce dernier comprime ledit au moins un pli (22, 24) au moins au niveau de ladite trajectoire courbe. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux feuillards (26, 28) entre lesquels ledit au moins un pli (22, 24) est intercalé. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les feuillards (26, 28) ont une largeur supérieure à celles dudit au moins un pli de manière à être en contact de part et d'autre dudit au moins un pli. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le ou les feuillards se présente(nt) sous forme continue en boucle. 11. Dispositif selon l'un quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent au moins un tambour (30) disposé entre deux rouleaux de guidage (32), l'ensemble constitué du ou des plis (22, 24) et du ou des feuillards (26, 28) défilant entre chaque rouleaux de guidage (32) et le tambour (30), ledit tambour ayant un diamètre adapté en fonction de la vitesse de défilement, des temps de compression et de chauffage nécessaires. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que les moyens (52) de chauffage sont de type à convection, notamment une source de chaleur susceptible d'envoyer de l'air chaud. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le tambour (30) comprend en surface un revêtement isolant. 14. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens (52) de chauffage sont intégrés dans le tambour (30). 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (56) de refroidissement disposés en aval des moyens (52) de chauffage selon le sens de défilement du ou des plis. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 15, caractérisé en ce que les moyens (58) pour exercer une tension sur le feuillard (26) comportent au moins un rouleau tendeur (60) susceptible d'exercer un effort de pression sur ledit feuillard (26). 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage permettant de régler l'effort de pression du ou des rouleau(x)tendeur(s) (60) sur le feuillard (26) et de la sorte la pression exercée par le feuillard sur le ou les plis. 18. Dispositif selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le feuillard (26) est continu et défile en boucle grâce à un rouleau supérieur (46) et en ce que les moyens (58) pour exercer une tension comprennent deux rouleaux tendeurs (60) qui tendent à rapprocher les parties du feuillard (26) disposées de part et d'autre du rouleau supérieur (46).