Brevet FR2907801A1 — publié le 20080502

PLIAGE DE COINS TISSÉS ET FORMATION DE PRÉFORMES RENFORCÉES DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne la formation de préformes de renfort pour structures composites dont l'orientation des fibres est optimisée. Plus généralement, l'invention se rapporte 10 à un procédé de pliage d'angles trièdres tissés de sorte que l'orientation relative des fibres par rapport aux arêtes peut être choisie de façon arbitraire. L'invention trouve une application particulière pour le pliage à 45 et l'empilement 15 alterné de plis élémentaires tissés pour la fabrication d'un coin de malle composite. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le tissage est utilisé depuis la plus haute antiquité pour réaliser des tissus à base de fibres 20 organisées sous forme de fils. En dépit de la mécanisation et de l'automatisation du procédé ou de son utilisation pour des textiles dits techniques , par exemple comme renforts de matériaux composites, le procédé de tissage actuel repose sur les mêmes bases 25 qu'alors et, en tant que tel, a peu évolué. De fait, tous les textiles tissés comprennent un entrelacement de fils divisés en deux catégories les fils de chaîne sont des fils parallèles aux lisières du tissu, et ils sont 2907801 2 entrecroisés, selon un schéma dénommé armure , avec une série perpendiculaire de fils de trame . L'armure la plus simple consiste en une alternance dans laquelle chaque fil de trame passe successivement au dessus et en dessous d'un fil de chaîne, avec un décalage d'une trame à l'autre ( armure toile ). Pour réaliser un tissage 1, tel que schématisé sur la figure 1, les fils de chaîne 2 sont tout d'abord enroulés sur un même support, l'ensouple 3, parallèlement entre eux et sur une largeur qui correspondra à la laize du tissu 1 ; un cantre est utilisé pour faciliter cette opération dans le cas de matériaux fragiles. Le fil de trame 4 sera passé entre les fils de chaîne 2, chaque passage correspondant à une duite . Selon le type de vecteur de duite, la nappe 2' de fils de chaîne 2 peut être préparée (par exemple par encollage) afin d'augmenter sa résistance mécanique, notamment au frottement. Le passage de chaque duite est facilité par la réalisation d'une foule 5 dans la nappe 2', c'est-à-dire en montant ou baissant certains fils de chaîne 2 par rapport aux autres, de sorte qu'un espace de passage angulaire 5 est créé. Pour créer la foule 5, les fils de chaîne 2 sont rentrés dans des lisses 6, qui subiront le mouvement perpendiculaire à la nappe 2' issue de l'ensouple 3. L'insertion de la duite 4 peut se faire par la projection, en travers de la nappe, d'une navette 7, outil qui maintient une canette 8, cette dernière contenant un enroulement d'une certaine longueur de fil de trame 4. 2907801 3 A chaque fois qu'une duite est passée dans la foule, un peigne 9 dans les dents duquel sont pris les fils de chaîne 2 vient la tasser sur le tissu 1 déjà formé, pendant que les lisses 6 sont actionnées 5 pour créer une autre foule 5 qui dépend de l'armure. Une application du tissage de textiles dits techniques est la fabrication de tissus à fibres spécifiques, comme le carbone ou l'aramide, destinées à être ensuite imprégnées de résine pour former une 10 structure composite. Par exemple dans le domaine aéronautique, des structures composites sont développées pour remplacer des éléments habituellement métalliques des structures caissonnées (connues également sous la dénomination box ). 15 Cependant, pour les jonctions, des coins de malle (ou corner fittings ) sont nécessaires, dont la géométrie semble simple : un coin de malle classique 10, illustré en figure 2A, comprend par exemple trois parois bidimensionnelles 12, 14, 16, 20 sensiblement planes, formant un angle trièdre trirectangle (de type demi-cube ). Une préforme textile de renfort de cette structure 10 ne peut cependant être réalisée sur les machines existantes qu'à partir d'une version à plat des parois, 25 illustrée en figure 2B, et par l'intermédiaire d'une couture entre au moins deux faces, selon une arête 10z. Pour les tissus techniques notamment, les sollicitations complexes peuvent nécessiter des épaisseurs plus conséquentes, par exemple pour obtenir 30 de bonnes résistances en compression ou au délaminage. Ainsi, pour les textiles techniques de renfort 2907801 4 composite, et en particulier en aéronautique, il apparaît souvent nécessaire de superposer des couches de tissus en modifiant l'orientation des fils de trame et de chaîne ; notamment, les couches sont alternées 5 selon un angle de 45 . Si l'alternance de couches dont les trames et chaînes sont décalées de 45 l'une de l'autre ne pose aucun problème pour un textile bidimensionnel, la réalisation d'angles trièdres trirectangles dans 10 lesquels les arêtes ne sont parallèles ni à un fil de trame, ni à un fil de chaîne n'est pas aisée : le procédé de tissage génère usuellement chaque plan avec les fils de trame et de chaîne se croisant parallèlement à chacune des arêtes. La définition d'une 15 structure plane permettant, lors de sa mise en forme et de la couture, des croisements à 45 par rapport aux arêtes, devient complexe et génératrice d'imprécisions. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention se propose, sous un de ses 20 aspects, de résoudre ce problème en permettant une juxtaposition de structures en coin de malle dans lesquelles les fils de trame et de chaîne sont orientés à 45 l'un de l'autre. Plus généralement, l'invention concerne un 25 procédé de pliage d'un coin tissé élémentaire qui autorise une orientation quelconque des arêtes par rapport aux fils de tissage. Le procédé de pliage selon l'invention comprend notamment la définition, sur chaque face de l'angle trièdre formant le coin tissé, 30 de droites formant un second angle trièdre de même 2907801 5 ouverture, et la mise en forme de ce second angle trièdre. Avantageusement, l'un des deux angles trièdres seulement, notamment celui avant le procédé de pliage, comprend ainsi une trame de tissage dont les fils sont 5 parallèles aux parois. De préférence, le pliage génère deux angles trièdres dont les trames sont à 45 l'une de l'autre. Avantageusement, le coin élémentaire a été formé par un tissage tridimensionnel surfacique de 10 sorte que les fils sont continus, que ce soit sur les arêtes ou dans les plans du coin. Sous un autre aspect, l'invention concerne un angle trièdre plié selon le procédé précédent, dont les trames des faces sont orientées non parallèlement 15 aux arêtes. L'invention concerne également une préforme de coin de malle comprenant une superposition de plis textiles orientés différemment, de préférence à 45 l'un de l'autre. Chaque textile est avantageusement 20 tissé de la même façon, et de préférence sans couture. L'invention est relative enfin à un coin de malle issu de l'injection de résine dans une préforme comprenant une superposition d'angles trièdres tissés dont les trames sont orientées différemment les unes 25 des autres. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description suivante et en référence aux dessins 2907801 6 annexés, donnés à titre uniquement illustratif et nullement limitatifs. La figure 1, déjà décrite, illustre schématiquement un procédé de tissage classique. 5 Les figures 2A et 2B représentent un coin de malle en forme et en version aplatie, éclatée. La figure 3 représente un pli élémentaire tissé pour former un coin de malle. La figure 4 illustre schématiquement un 10 procédé de tissage tridimensionnel surfacique pour former le pli élémentaire de la figure 3. La figure 5 représente le pli élémentaire de la figure 3 après pliage selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 15 Une application préférée de l'invention sera décrite en relation avec la fabrication d'une préforme de coins de malle selon la figure 2, dans lesquels les dimensions de la pièce 10 peuvent notamment être de l'ordre de 400 x 220 x 200 mm, voire 20 800 x 220 x 200 mm. Le fil carbone utilisé comprend avantageusement entre 6000 et 24000 filaments, de préférence 12000. Une préforme ainsi réalisée permet la formation d'un coin de malle 10 après imprégnation 25 d'une résine. Avantageusement, le rapport volumique des fibres au sein du volume total de la pièce finie 10 est de 55 à 60 %. La préforme est de préférence réalisée par superposition de plis élémentaires , c'est-à-dire de 30 pièces tissées 20 illustrées en figure 3, de même forme 2907801 7 et composés de trois parois planes 22, 24, 26 agencées pour former un coin 28 fermé entre trois arêtes 20x, 20y, 20z. La masse surfacique idéale de chaque pli 20, ou coin élémentaire, est de 200 g/m2 à 1200 g/m2, de 5 préférence 600 g/m2. Le tissage pour réaliser l'angle trièdre 20 génère usuellement une trame dans laquelle les fils sont parallèles aux arêtes 20x, 20y, 20z, ou bords des faces 22, 24, 26. Or, avantageusement, une préforme est 10 réalisée avec une différence d'orientation entre les armures des différents plis, de façon à optimiser la résistance de la pièce finale vis-à-vis des directions des sollicitations mécaniques dans la pièce composite. Même pour un tissage à plat d'une équerre telle 15 qu'illustrée en figure 2B, la réalisation d'un coin dans lequel les fils ne sont pas parallèles aux arêtes devient complexe et économiquement moins intéressante. Selon l'invention, on utilise des coins élémentaires similaires, qui sont tous tissés selon une 20 orientation des fils parallèle aux arêtes, et notamment, tel qu'illustré en figure 3, à 0 et 90 . Le pli élémentaire 20 est mis en forme, selon sa forme de demi parallélépipède, c'est-à-dire en angle trièdre. La mise en forme du coin élémentaire 20 25 peut se faire selon un procédé de tissage à plat (figure 2B) puis couture le long d'une arête 10z. Avantageusement, l'angle trièdre 20 est réalisé par tissage tridimensionnel surfacique afin d'assurer une continuité des fils entre les différentes 30 faces 22, 24, 26 ; un tel procédé est décrit dans la demande française intitulée tissage tridimensionnel 2907801 8 surfacique déposée ce jour par la même Demanderesse. Tel qu'illustré en figure 4, le tissage tridimensionnel surfacique repose sur le décalage, pendant la phase de tissage, de la pièce déjà tissée par rapport à la nappe 5 de fils de chaîne. Notamment, le procédé comprend le tissage d'une nappe 30 pour former une première face 22 du coin 20 de façon usuelle ; les fils de trame 32 sont prolongés sur un côté 20x de la nappe 30 sur une 10 distance suffisante pour former une deuxième nappe 34, destinée à former la deuxième face 24. Une fois la première face 22 réalisée, elle est décalée verticalement (abaissée) d'une hauteur suffisante afin que le tissage se poursuive sur la nappe 30 de fils de 15 chaîne initiaux et la nappe 34 formée par le prolongement des fils de trame 32 (désormais utilisés comme fils de chaîne secondaires ). La duite 36 forme ainsi un angle 38 correspondant au coin 28, en étant localisée sur un plan différent de la première 20 face 22. Ces étapes sont répétées, pour obtenir un coin élémentaire 20, tissé par exemple à angle droit, et sans couture entre les arêtes 20x, 20y, 20z. Selon l'invention, l'angle trièdre 20, quel que soit le procédé utilisé pour sa mise en forme 25 (couture ou non), est ensuite replié de façon à obtenir un angle trièdre 40 dans lequel les trames de tissage de chaque face sont orientées à 45 par rapport aux arêtes 40x, 40y, 40z. Par exemple, si le coin élémentaire est un 30 angle trièdre 20 comprenant une face carrée, le coin formé 20 est plié selon la bissectrice de cette face, 2907801 9 puis remis en forme volumique faisant de cette bissectrice une arête. Plus généralement, au niveau du point de jonction 28 des trois arêtes 20x, 20y, 20z, chaque face 5 22, 24, 26 est pliée selon un angle à 45 par rapport aux directions définies par les fils de tissage, c'est-à-dire respectivement le long d'une droite 40z', 40x', 40y'. En particulier, il est avantageux de marquer chaque droite 40x', 40y', 40z' en aplatissant 10 successivement la structure tridimensionnelle 20 sur elle. Une fois les droites marqués, la structure 40 est remise en forme tridimensionnelle selon ces trois nouvelles arêtes 40x', 40y', 40z' : les faces 42, 44, 46 sont donc tissées avec une armure à 45 par 15 rapport aux arêtes 40x', 40y', 40z', et se rejoignent au niveau d'un coin 48 : figure 5. Bien que décrit pour une orientation à 45 , ce procédé de pliage peut naturellement être utilisé pour tout angle trièdre trirectangle afin d'orienter 20 les fils selon différents angles e/(e + 90 ) sur chaque face. Le procédé peut également être appliqué à d'autres angles trièdres, dont les faces ne sont pas orthogonales entre elles, c'est-à-dire dont l'armure ou 25 la trame ne sont pas carrées : l'angle de la seconde structure 40 après pliage doit juste être identique à l'angle de la première structure 20 de base. Selon le mode de réalisation particulier, l'orientation à 45 est effectuée pour des plis 30 élémentaires 20 de coins de malle selon la figure 3. Les plis élémentaires 20, 40 sont ensuite empilés, avec 2907801 10 alternance entre des plis 20 à 0/90 et des plis 40 à -45/+45 . L'alternance peut être réalisée entre chaque pli, ou de préférence en positionnant plusieurs plis 20 à 0/90 successivement, puis plusieurs plis 40 à 5 -45/+45, et ainsi de suite : le schéma est optimisé par calculs de contrainte notamment. On obtient ainsi une préforme de coin de malle 10 particulièrement adaptée pour le renfort d'une structure composite. 10 On procède enfin à un tassage et à un dégazage de l'empilement de plis 20, 40, puis à l'injection d'une résine adaptée. Un coin de malle 10 conforme à la figure 1 a été obtenu, dont les critères de résistance sont optimisés. 15 Bien que décrit pour cette application, naturellement, l'objet de l'invention ne s'y limite pas. REVENDICATIONS 1. Procédé de pliage d'un premier angle trièdre (20) comprenant trois faces bidimensionnelles tissées (22, 24, 26) reliées par trois arêtes (20x, 20y, 20z) en un coin (28) comprenant le marquage sur chacune des faces (22, 24, 26) d'une droite (40x', 40y', 40z'), les trois droites (40x', 40y', 40z') formant avec le coin (28) un second angle trièdre (40) de même angle que le premier trièdre (20), et la mise en forme par pliage selon les trois droites (40x', 40y', 40z') du second angle trièdre (40), de sorte que la trame de tissage d'au moins un parmi le premier et le second angle trièdre ne soit pas parallèle à ses arêtes. 2. Procédé de pliage selon la revendication 1 dans lequel la trame de chaque face (22, 24, 26) de l'un des premier ou deuxième angles trièdres (20) est composée de fils parallèles à ses arêtes (20x, 20y, 20z). 3. Procédé de pliage selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel les fils de tissage sont continus entre les faces des deux angles trièdres (20, 40). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel les angles trièdres sont des angles trièdres trirectangles. 2907801 12 5. Procédé de pliage selon la revendication 4 dans lequel les arêtes du deuxième angle trièdre (40) sont à 45 de celles du premier angle trièdre (20). 5 6. Angle trièdre (40) à trois parois tissées (42, 44, 46) formant un coin (48) fermé entre trois arêtes (40x', 40y', 40z') dans lequel les fils de la trame tissage de chaque paroi forment un angle 10 compris entre 0 et 90 par rapport aux arêtes de l'angle trièdre. 7. Angle trièdre selon la revendication 6 dans lequel la trame de tissage est une trame 15 orthogonale. 8. Angle trièdre selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel les fils de tissage sont continus entre chaque paroi (42, 44, 46) et au 20 niveau de chaque arête (40x', 40y', 40z'). 9. Préforme de coin avec trois faces délimitées par trois arêtes comprenant un empilement entre un second angle trièdre selon l'une des 25 revendications 6 à 8 et un premier angle trièdre (20) à trois parois tissées (22, 24, 26) formant un coin (28), dans lequel les trames de tissage des premier et deuxième angles trièdres sont identiques mais sont superposées selon un angle compris entre 0 et 90 l'une 30 de l'autre. 2907801 13 10. Préforme selon la revendication 9 dans laquelle les fils de tissage du premier angle trièdre sont continus entre chaque paroi. 11. Préforme selon l'une des revendications 9 à 10 dans laquelle la trame du premier angle trièdre (20) est parallèle aux arêtes de la préforme et la trame du deuxième angle trièdre est à 45 des arêtes. 12. Préforme selon l'une des revendications 9 à 11 comprenant une pluralité de premiers et/ou deuxièmes angles trièdres (20, 40). 13. Coin de malle (10) comprenant une 15 préforme selon l'une des revendications 9 à 12 et de la résine injectée. 5 10