Brevet FR2903342A1 — publié le 20080111

DISPOSITIF THERMODURCISSABLE OU THERMOPLASTIQUE POUR LA FABRICATION DE TUYAUTERIE DE CONDITIONNEMENT D'AIR La présente invention appartient aux domaines des tuyauteries de conditionnement d'air. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif thermodurcissable ou thermoplastique pour la fabrication de tuyauteries de conditionnement d'air d'aéronefs, en matériaux composites, travaillant en pression et en io dépression. Les tuyauteries utilisées pour cette application doivent résister à certaines dépressions statiques dans une atmosphère variable, telle que, par exemple, de -54 C à +85 C tout en répondant à certaines exigences is normatives strictes, notamment en ce qui concerne leurs caractéristiques physiques, telle que l'étanchéité tout au long de leur durée de vie, leur souplesse afin de résister aux vibrations ou encore aux différences thermiques internes et externes. 20 Généralement, la structure des tuyauteries de conditionnement d'air des aéronefs est constituée d'un empilement en strate de plis ou couches constitués de tissus et de résines. Cet empilage permet d'obtenir une certaine épaisseur afin de posséder une certaine capacité de résistance aux pressions internes induites et à certaines sollicitations mécaniqu .s 25 extérieures telles que des accros, des multiples manipulations, des serrages... Ces tuyaux sont, usuellement, constitués de matériaux composites, résultant d'un mélange de résine thermodurcissable comme la résine 30 phénolique ou époxy, par exemple, ou de résine thermoplastique et d'un 2903342 2 renforcement à base de fibre de verre, de fibre de carbone, tissus ou autres matières. Selon le brevet européen n EP1394462, il est connu un conduit articu 5 constitué d'un matériel thermoplastique formé d'un stratifié plat. De préférence, ce conduit est constitué de préformes qui sont coupées selon la forme et la taille désirées du conduit. Selon le brevet américain n US 6,228,312, il existe un produit composite io thermoplastique et un procédé de revêtement d'une tuyauterie. Le chemisage d'un conduit est constitué d'une couche de matériau composite comprenant des filaments thermoplastiques, des filaments de fibres de renfort et une couche extérieure de matériau thermoplastique. ls Le brevet européen n EP 0 857 570 divulgue un produit composite thermoplastique-élastomère tel que, par exemple, un tuyau de transport de réfrigérant pour un circuit de climatisation de véhicule automobile. L'invention propose, à cet effet, un produit composite comprenant une couche interne d'un mélange d'un thermoplastique et d'au moins un agent 20 modifiant, recouverte d'une couche d'un mélange d'un élastomère et d'au moins un agent modifiant. Les matériaux utilisés actuellement sont constitués d'une ou plusieurs couches de résine de type phénolique associées ou non à une ou 25 plusieurs couches de tissu de verre. Ils peuvent être également additionnés d'une couche de résine afin de parfaire l'étanchéité à l'air. Ces tuyaux réalisés en ces matériaux sont très légers mais se révèlent très fragiles et trop souples. En effet, ils sont facilement vulnérables lors de leur positionnement ou de leur installation, leur utilisation, leur 30 manutention ou lors de leur maintenance. 2903342 3 Pour cela, les solutions classiques existantes consistent, par exemple, à rajouter un pli supplémentaire dans la structure. Cette solution augmente ainsi la rigidité du tuyau mais présente surtout l'inconvénient de rajouter s de la masse à la tuyauterie. Une deuxième solution est de rajouter des renforts locaux qui remédient en partie (augmentation de la masse) à l'inconvénient majeur de la première solution mais qui se révèle plus onéreuse en main d'ceuvre et io complique le procédé de fabrication des conduits. Une troisième solution consisterait à réaliser un changement de matière afin de rendre la structure plus rigide et plus légère. Cependant, cette dernière solution semble la plus onéreuse. II est donc difficile d'augmenter la rigidité d'un tuyau sans en augmenter sa masse ou son coût. Actuellement, les recherches concernent : ar l'allégement des tuyauteries tout en conservant leur rigidité. 20 La présente invention remédie aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif permettant d'améliorer la rigidité tout en conservant une masse très faible. Le dispositif selon l'invention permet de diminuer le coût de perte due à la 25 casse lors de la fabrication, transport, mise en place et de la maintenance de la tuyauterie ainsi qu'une économie en main-d'oeuvre. De plus, le dispositif selon l'invention permet d'obtenir un moy 'n antidérapant qui facilite les manipulations. 15 30 2903342 4 A cette fin, le dispositif thermodurcissable ou thermoplastique selon l'invention, pour la fabrication de tuyaux, formé d'un empilage de plis en matériaux composites est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un pli de structure et au moins un pli de rigidité. s Plus précisément, ledit au moins un pli de rigidité se présente sous la forme de pli ajouré ou grillagé et est disposé sur au moins une partie de la longueur dudit tuyau. En outre, ledit au moins un pli de rigidité est disposé en dernier lors de la formation de l'empilage ou en premier ou en io sandwich lors de la formation de l'empilage. Avantageusement, lesdits au moins un pli de structure et de rigidité sont constitués d'au moins une résine asociée ou non à au moins un tissu, par exemple, de verre et/ou de carbone et/ou de Kevlar (D. La résine peut être 15 pas exemple de type phénolique, époxy ou autre. De manière alternative, le dispositif selon l'invention comprend des moyens de renfort et/ou un moyen d'étanchéité. 20 Plus particulièrement, lesdits moyens de renfort se situent aux extrémités et/ou sur toute la longueur dudit tuyau. Afin de pallier aux obstacles de l'art antérieur, l'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif thermodurcissable ou 25 thermoplastique pour la fabrication de tuyaux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : i) Disposition d'un film d'étanchéité sur le moule ii) disposition d'au moins un pli de structure sur un moule approprié ; 30 iii) application d'au moins un pli ajouré ou grillagé ; 2903342 5 iv) enrubannage par l'intermédiaire d'un film thermorétractable et/ou d'un sac à vide ; v) mise sous vide vi) mise en étuve ; 5 vii) démoulage et finition du tuyau. Alternativement, il peut être prévu les étapes suivantes: i) avant l'étape d'enrubannage, adjonction de moyens de renfort aux extrémités et/ou sur toute la longueur 'iu io tuyau ; ii) après l'étape de démoulage, l'application d'un film d'étanchéité, et ce dans le cas où l'étape de disposition d'un film d'étanchéité sur le moule n'a pas été mise en oeuvre ; is iii) Le tuyau peut être fabriqué dans un moule (et non plus sur un moule). Dans ce cas l'ordre de dépose des différentes couches est inversé. L'invention sera bien comprise à la lumière de la description qui suit, se 20 rapportant à des exemples illustratifs, et en aucun cas limitatifs, de !a présente invention, en référence aux dessins, ci-joints, dans lesquels : les figures 1, 2 sont des vues de face, en perspective, du dispositif selon l'invention ; la figure 3 est un schéma illustrant le concept micro-sandwich 25 connu ; - la figure 4 est un schéma d'un exemple de constitution du dispositif selon l'invention ; les figures 5 à 8 sont des vues de côté, en perspective, du dispositif selon l'invention, au fur et à mesure des étapes de son procédé de 30 fabrication. 25 2903342 6 L'objet de l'invention est de permettre une diminution de la masse des tuyauteries thermodurcissables ou thermoplastiques de conditionnement d'air, tout en garantissant leur rigidité. Les figures 1, 2 sont des vues de face, en perspective, du dispositif selon l'invention. Plus précisément, ces vues représentent le dispositif selon l'invention io formant un tuyau ou conduit 1 respectivement contenant, ou non, des moyens de renfort 2. La structure des tuyauteries de conditionnement d'air, et plus particulièrement celle des aéronefs, est formée d'un empilage de plis ou 15 couches 3 constitués de tissus et de résines. L'épaisseur souhaitée du dispositif, selon l'invention, résulte du nombre de plis et permet ainsi d'obtenir une certaine résistance physique et mécanique, par exemple, à la pression, à la température, aux échanges gazeux ou aux chocs extérieurs. 20 De manière générale, le dispositif, selon l'invention, possède une forme cylindrique mais peut également prendre toutes les formes géométriques. Il peut se présenter sous la forme de préformes afin de pouvoir disposer de conduits adaptables ou articulés. De manière alternative, le dispositif selon l'invention formant un conduit ou tuyau 1 peut également comprendre les moyens de renfort 2, en extrémités, ainsi que sur toute sa longueur. 5 2903342 7 Ces moyens de renfort 2 sont analogues à des plis usuels ; cependant ils possèdent une largeur et une longueur réduites afin de pouvoir être disposés localement. s La figure 3 est un schéma illustrant le concept micro-sandwich connu des tuyauteries. Afin d'obtenir une structure souple et résistante d'une tuyauterie, le principe existant et connu est le suivant : il est nécessaire, en partant du io centre du conduit 1 et selon un axe de symétrie horizontal 4, de disposer un certain nombre de plis 3. Plus précisément, ce certain nombre de plis 3 est constitué d'un nombre n ou n plis 5 qui se définit préalablement en fonction de l'épaisseur, la is structure, la tenue mécanique et de l'application ultérieure souhaitées. Les n plis 5 de structure sont constitués, par exemple, de tissus pré-imprégnés. Les matériaux composites utilisés pour la réalisation de ces plis 5 sont une résine phénolique associée ou non à une ou plusieurs 20 couches de tissus de verre, de carbone... Il peut être prévu d'ajouter les moyens de renfort 2, aux extrémités ainsi que sur toute la longueur du conduit 1. 25 De manière préférentielle, il est ajouté un moyen d'étanchéité 6 ou film d'étanchéité afin de parfaire l'imperméabilité du dispositif connu. Le film d'étanchéité 6 est posé à l'intérieur et/ou à l'extérieur de la tuyauterie. 30 2903342 8 La figure 4 est un schéma d'un exemple de constitution du dispositif selon l'invention. Le principe de l'invention se situe dans l'adjonction d'un pli de rigidité 7 s supplémentaire sans changement de matière, ni augmentation significative de la masse de la tuyauterie 1. En effet, le concept de sandwich est réalisé de manière analogue. La structure mécanique du dispositif obtenue résulte de l'application des n plis 5 en partant du centre selon un axe de symétrie horizontal 4 du tuyau 1. Ces plis 5 sont, par exemple, constitués d'au moins un tissu de verre associé ou non à au moins une résine, par exemple, de type phénolique. Ils peuvent également être constitués d'au moins une résine associée à au moins un tissu de carbone. De manière alternative, il peut être prévu d'employer une structure hybride comprenant au moins un tissu de verre et de carbone additionrA à au moins une résine, par exemple de type phénolique. Le pli de rigidité 7 constitué de matière ajourée ou grillagée est ensuite disposé. Celui-ci assure une rigidité à la déformation et évite la casse liée souvent à la manipulation lors de leur positionnement, installation, utilisation, ou de leur maintenance. Ce pli de rigidité 7 ajouré est constitué, par exemple, du même tissu que celui formant la structure du dispositif selon l'invention, c'est-à-dire comprenant au moins une résine, par exemple de type phénoliques, associée ou non à au moins un tissu de verre et/ou de carbone, et /ou de Kevlar . 2903342 9 Alternativement, elle peut être assimilée à une micro âme de type feutre. Ces plis ajourés 7 sont fabriqués exactement comme les tissus pré-imprégnés 4 employés en tant que structure ou charpente du tuyau 1. s Cependant, ils sont, ensuite, disposés sur un poinçon ou dans une matrice ou un moule, non représentés, mais de type connu en soi. Ce pli 7 est très ajouré, et peut être constitué d'un maillage d'un grillage. Il permet ainsi d'assurer sa légèreté, tout en apportant de l'épaisseur pour la rigidité du dispositif obtenu. 10 Le pli ajouré 7 peut être, par exemple, disposé sur toute la longueur de la tuyauterie 1 afin de ne pas créer de zones fragiles. II peut également être disposé sur au moins une partie de la longueur du conduit 1. 1s Préférentiellement, au moins un pli grillagé 7 est disposé en tant w .ie dernier pli extérieur de l'empilage constituant le dispositif formant ultérieurement le conduit 1. De manière alternative, au moins un pli ajouré 7 peut également être 20 disposé en tant que premier pli voir, entre les plis de structure 5 de l'empilage. De plus, le dispositif selon l'invention permet d'obtenir un moyen antidérapant permettant de palier aux mauvaises sollicitations mécaniques 25 extérieures, tels que des accros, des multiples manipulations, des serrages lors de leur transport, manutention, installation ou maintenance,.. Ce dispositif, selon l'invention, peut être apte à recevoir des manchons ou colliers aux extrémités, par exemple, ou à réaliser des zones de 30 connexion, de jonction, de support, de reprise. En effet, le tuyau 1 obtenu, 2903342 10 selon l'invention, peut disposer de divers dispositifs de raccordement afin de coïncider avec un autre tuyau ou pour le relier à un dispositif différent. Ces dispositifs accessoires ne sont pas représentés, mais sont de type connu en soi. De manière alternative, il est peut être adjoint une autre couche de matière ou pli telle que des plis de structure 5 sur celle grillagée 7 pour des raisons d'esthétisme. 10 Par exemple, des moyens de renfort 2, constitués de tissus pré-imprégnés, sont rajoutés aux extrémités du tuyau 1. II peut être prévu, une couche d'étanchéité 6 à appliquer sur l'ensemble des plis 3 et les moyens de renfort 2, afin de parfaire l'étanchéité à l'air. La tuyauterie 1 avec ce système de renfort de rigidité grillagé 7 peut également être utilisée pour le renforcement de tuyauteries travaillant en dépression. 20 Les figures 5 à 8 sont des vues de côté, en perspective, du dispositif selon l'invention, au fur et à mesure de son procédé de fabrication. Les étapes de fabrication du dispositif selon l'invention consistent en les étapes suivantes. L'outillage à employer dépend de la forme géométrique 2s souhaitée du conduit 1. A titre d'exemple, afin d'obtenir un conduit cylindrique, il peut être utilisé un mandrin 8 servant de moule où l'on vient disposer de chaque pli 3. 5 15 5 15 2903342 11 De manière alternative, dans cet exemple, la fabrication des conduits 1 peut se réaliser également à l'intérieur d'un moule qui serait creux et adapté aux dimensions souhaitées du dispositif final. Ce moule n'est pas représenté mais est de type connu en soi. Il est prévu, quelque soit le type de moule utilisé, d'appliquer une couche constituant un voile d'imperméabilité 6 9 sur le mandrin 8. Ensuite, un ou plusieurs plis de structure 5 constitués de tissus pré-imprégnés constitués d'au moins une résine de type phénolique et de tissus de type carbone et/ou de verre. De manière préférentielle, il sera disposé un ou plusieurs plis de structure 5. Un pli ajouré ou grillagé 7 est préférentiellement disposé ensuite sur toute la longueur des plis de structure 5 formant ainsi le conduit 1. Alternativement, il peut être disposé en une ou plusieurs couches, sur au 20 moins une partie de la longueur dis plis de structure 5 et en tant que premier pli ou en sandwich voir en tant que dernier pli de l'empilage formant le conduit 1. Préférentiellement, il est ensuite rajouté des moyens de renfort 2 aux 25 extrémités et/ou sur toute la longueur du tuyau 1. Il peut être prévu de rajouter un ou plusieurs plis 5 après la disposition de celui ou ceux ajourés 7. 2903342 12 Avant la mise sous vide du conduit 1 ainsi formé et prêt à être cuit, un enrubannage est effectué par l'intermédiaire d'un film thermo rétractable 10 et; ou d'un sac ou poche à vide, non représenté mais de type connu en soi. Une fois le vide effectué, le dispositif 1, sur ou dans son moule, est mis n étuve ou en autoclave. Le temps et la chaleur appliqués à la cuisson en étuve dépendent des matériaux utilisés. 10 Ensuite le sac à vide est démonté, et il est pratiqué un démoulage par glissement du tube cylindrique ainsi formé hors de l'outillage 8 et un retrait du film 10 thermo-rétractable. Pour finir, une mise à longueur et une finition de la tuyauterie 1 sont ls réalisées. Le nombre et la nature des tissus et résines à employer dépendent d~ 'a structure du conduit souhaité. 20 Le dispositif selon l'invention permet d'améliorer la rigidité tout en conservant une masse très faible des tuyauteries de conditionnement d'air. s REVENDICATIONS 1. Dispositif thermodurcissable ou thermoplastique, pour la fabricaz; de tuyaux (1), formé d'un empilage de plis (3) en matériaux composites, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un pli de structure (5) et au moins un pli de rigidité (7). io 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un pli de rigidité (7) se présente sous la forme de pli ajouré ou grillagé. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au 15 moins un pli de rigidité (7) est disposé sur au moins une partie de la longueur dudit tuyau (1). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit au moins un pli de rigidité (7) est disposé en dernier lors 20 de la formation de l'empilage. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit au moins un pli de rigidité (7) est disposé en premier ou en sandwich lors de la formation de l'empilage. 25 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits au moins un pli de structure (5) et de rigidité (7) sont constitués d'au moins une résine, de type phénolique, associée ou non à au moins un tissu de verre et/ou de carbone 30 et/ou de kevlar. 2903342 14 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de renfort (2) et/ou un moyen d'étanchéité (6). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de renfort (2) se situent aux extrémités et/ou sur toute la longueur du tuyau (1). 9. Procédé de fabrication d'un dispositif thermodurcissable ou thermoplastique pour la fabrication de tuyaux (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : i) disposition d'un film d'étanchéité sur le moule ; ii) disposition d'au moins un pli de structure (5) sur un moule approprié ; iii) application d'au moins un pli ajouré ou grillagé (7) ; iv) enrubannage par l'intermédiaire d'un film thermorétractable (10) et/ou d'un sac à vide ; 20 v) mise sous vide ; vi) mise en étuve ; vii) démoulage et finition du tuyau (1). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend, 25 les étapes suivantes: avant l'étape d'enrubannage, adjonction de moyens de renfort (2) aux extrémités et/ou sur toute la longueur du tuyau (1) ;après l'étape de démoulage, l'application d'un film d'étanchéité. (6). s 30