Brevet FR2922150A1 — publié le 20090417

i PROCEDE DE FABRICATION D'UNE COQUE COMPOSITE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de fabrication de coques composites. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION La fabrication de pièces composites de grandes dimensions, telles que des coques de bateaux, des cuves ou encore des piscines, est traditionnellement réalisée par un procédé manuel de stratification. Ce procédé consiste à appliquer, sur un tissu de renfort, plusieurs couches d'une résine û typiquement, une résine polyester. Outre le long temps de fabrication de ces pièces, le procédé traditionnel présente l'inconvénient d'émettre des composés organiques volatils (COV). Or, les normes environnementales visant à limiter l'émission de COV deviennent de plus en plus sévères. Par ailleurs, le procédé traditionnel de stratification est susceptible de mal imprégner le tissu de renfort et de générer des bulles dans la résine. Il nécessite en outre de nombreuses opérations de reprise (détourage des pièces, ponçage...). Il existe par ailleurs un procédé d'injection de résine, connu sous le nom de RTM (acronyme du terme anglo-saxon � Resin Transfer Moulding �), déjà employé pour des pièces haut de gamme pour l'aéronautique, mais les pièces ainsi fabriquées présentent une surface de quelques mètres carrés au plus. Etant donné la surface des pièces que l'on cherche à fabriquer, ce procédé d'injection impliquerait des pressions d'injection trop élevées par rapport à la résistance des moules. Il existe donc un besoin de fabriquer des pièces de grandes dimensions û typiquement, de l'ordre de 60 m2 ou plus û par un procédé peu polluant, garantissant des pièces finies de bonne qualité et plus rapide que les procédés traditionnels. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'une 30 coque en matériau composite, comprenant les étapes suivantes : - application d'une résine dite � gelcoat � sur un moule - application sur le gelcoat d'un tissu de renfort drainant - fermeture d'un contre-moule sur le moule - injection de résine entre le moule et le contre-moule. De manière particulièrement avantageuse, le tissu de renfort drainant comprend au moins un tissu polymère de drainage entre deux couches de tissu de verre. De préférence, chaque couche de tissu de verre présente une masse surfacique comprise entre 600 et 2000 g/m2 et une épaisseur comprise entre 2 et 5 mm, et le tissu polymère de drainage présente une masse surfacique comprise entre 150 et 600 g/m2 et une épaisseur comprise entre 2 et 5 mm. Le tissu polymère de drainage est avantageusement en polypropylène ou en polyéthylène. Selon un mode particulier de réalisation, le contre-moule est translucide. Un autre objet de l'invention concerne une coque en matériau composite comprenant un gelcoat, un tissu de renfort et une résine, caractérisée en ce que le tissu de renfort est un tissu de renfort drainant comprenant au moins un tissu polymère de drainage entre deux couches de tissu de verre. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre la mise en place du tissu de renfort sur le moule ; - la figure 2 représente la mise en place du contre-moule sur le moule ; - la figure 3 illustre le dispositif de moulage ; - les figures 4 et 5 illustrent le remplissage du moule à deux stades successifs ; 25 - la figure 6 illustre la mise en place de renforts sur l'extérieur de la coque. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La description détaillée qui va suivre concerne la fabrication d'une coque de piscine, mais elle peut s'appliquer de manière plus générale à tout volume en 30 matériaux composites de grandes dimensions, comme par exemple des coques de bateaux ou des cuves. Dispositif de fabrication Pour mettre en oeuvre le procédé de fabrication de moulage sous pression, on utilise un moule, qui correspond généralement à l'empreinte de la pièce du côté de sa face d'aspect (pour une piscine, la face visible du bassin). Le moule est d'abord utilisé seul pour l'application d'une couche d'aspect (dite � gelcoat �) et la mise en place du tissu de renfort. Le dispositif comporte par ailleurs un contre-moule, qui correspond à l'empreinte de la pièce du côté opposé à la face d'aspect. L'entrefer entre le moule et le contre-moule détermine l'épaisseur de la coque finie, qui est typiquement de l'ordre de 8 mm. Le moule comporte une gorge périphérique dans laquelle la résine peut circuler durant la phase d'injection. Plusieurs inserts taraudés sont raccordés à la gorge périphérique et permettent le raccordement avec la machine d'injection. Le nombre et la disposition des inserts sont déterminés en fonction de la géométrie de la pièce moulée. Dans l'exemple décrit ici, le moule comprend quatre inserts répartis de manière régulière autour de la gorge périphérique. Le contre-moule comporte des joints périphériques permettant d'avoir un ensemble, une fois fermé, totalement étanche. Il comporte également sur son sommet (correspondant au fond de la piscine) et dans l'escalier, plusieurs inserts taraudés permettant de raccorder les tuyaux d'aspiration de vide. Ces tuyaux peuvent être alternativement utilisés en tant que points d'injection de résine, selon qu'ils sont raccordés à une pompe à vide, soit à la machine d'injection. Le nombre et la disposition des inserts sont déterminés en fonction de la géométrie de la pièce moulée. Dans l'exemple décrit ici, le contre-moule comprend sept inserts, cinq étant situés au sommet du contre-moule et deux sur l'escalier. La mise sous vide de l'ensemble moule et contre-moule permet d'éviter la formation de bulles d'air et les défauts d'imprégnation du tissu de renfort ; elle permet également d'évacuer l'excès de résine. On va maintenant décrire successivement, de manière non limitative, les étapes de mise en oeuvre du procédé. Application du qel Sur le moule préalablement ciré, le gelcoat (qui confère sa couleur finale à la piscine) est appliqué. Sa composition est généralement à base de résine polyester ou vinylester, d'additifs améliorant la résistance chimique et aux UV, et éventuellement de charges et de pigments. Le film de gelcoat, d'une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,8 mm peut être appliqué, soit de façon manuelle, soit au pistolet à godet, ou bien encore à l'aide d'une machine pneumatique dite � airless � permettant la projection de gelcoat. L'application du gelcoat est connue de l'homme du métier et ne sera donc pas décrite en détail. Après l'application du gelcoat, une phase d'attente (typiquement, de l'ordre de 10 30 minutes à 2 heures) est nécessaire pour laisser le temps au gelcoat de polymériser. Lorsque le gelcoat a suffisamment durci, la phase de mise en place du tissu de renfort peut commencer. Mise en place du tissu de renfort 15 Une des principales originalités de l'invention réside dans la nature du tissu de renfort utilisé pour former la coque. En effet, dans les procédés classiques, on utilise un tissu de fibres de verre constitué par exemple d'une couche de mat de verre de 100 g/m2, une couche de mat de verre de 450 g/m2, une couche de sergé de 450 à 500 g/m2 et un fil de 20 projection simultanée. Ce tissu, dont l'épaisseur est de l'ordre de 4 mm, a pour fonction de rigidifier la coque. Pour mettre en oeuvre l'invention, on utilise un tissu de renfort drainant comprenant un tissu polymère de drainage inséré entre deux couches de tissu de verre. 25 De manière particulièrement avantageuse, le tissu de drainage comprend un tissu de fibres thermoplastiques, telles que du polyéthylène (PE) ou, de préférence, du polypropylène (PP) ou toute autre fibre synthétique ayant pour fonction de drainer la résine et d'augmenter l'épaisseur générale de la coque. Chaque couche de tissu de verre présente un grammage compris entre 600 et 30 2000 g/m2 et une épaisseur de l'ordre de 2 à 5 mm. De préférence, la face externe du tissu de verre est recouverte d'une couche d'un voile de surface en polyester. Le tissu polymère de drainage peut être constitué d'une seule ou de plusieurs couches de tissu de fibres thermoplastiques. Ce tissu de drainage présente un grammage compris entre 150 et 600 g/m2 et une épaisseur de l'ordre de 2 à 5 mm. Lors de l'injection de la résine décrite plus bas, le tissu de drainage a pour fonction de drainer la résine entre les deux tissus de verre, c'est-à-dire de faciliter son écoulement et le remplissage du moule. Ceci permet de minimiser la pression d'injection de résine. En effet, en raison de la surface importante des tissus de verre, il faudrait appliquer, en l'absence de ce tissu de drainage, une pression de l'ordre de plusieurs dizaines de bars, ce qui risquerait de déformer le moule et le contre-moule. L'insertion du tissu de drainage entre les deux tissus de verre permet d'appliquer une pression de l'ordre de 1 à 3 bars, compatible avec la résistance mécanique du moule et du contre-moule. La composition du tissu de renfort drainant conforme à l'invention peut être différente selon qu'il doit être appliqué sur une surface développable ou sur une surface non développable. Pour les surfaces développables, le tissu de renfort drainant comprend en outre avantageusement un tissu bi-axe qui lui confère davantage de rigidité. En pratique, on peut former le tissu de renfort drainant en superposant deux tissus bicouches (ou tricouches), chacun de ces tissus bicouches (ou tricouches) comprenant un tissu de fibres de verre et un tissu polymère drainant. Par exemple, pour une zone développable, chacun des tissus tricouches présente la composition suivante : - voile de surface, - mat de verre de 450 g/m2, - tissu bi-axe de 800 g/m2, - tissu polymère drainant en PP de 180 g/m2. Dans le cas des zones non développables, chacun des tissus bicouches comprend successivement : - voile de surface, - mat de verre de 600 ou 900 g/m2, -tissu polymère drainant en PP de 180 g/m2. Dans chaque tissu bicouche ou tricouche, les différentes couches sont cousues, le voile de surface pouvant être soit collé soit cousu. Le tissu de renfort drainant est alors formé par la superposition des deux tissus bicouches ou tricouches de telle sorte que les tissus drainants soient au contact l'un de l'autre. Le premier tissu bicouche ou tricouche est posé sur le gelcoat (voile de surface contre le gelcoat), le second est simplement posé sur le premier. En référence à la figure 1, le tissu de renfort drainant 10 est appliqué sur toute la surface du gelcoat. Le tissu est livré par exemple par rouleaux de 1,25 m de large, les lés étant découpés aux longueurs nécessaires. La mise en place du tissu de renfort commence par l'escalier. Les lés sont disposés dans le sens de la longueur de la piscine. Le tissu de verre est appliqué de telle sorte que le voile de surface soit au contact du gelcoat, le gelcoat étant resté légèrement collant. Pour la partie centrale de la piscine, les lés sont disposés perpendiculairement à la longueur de la piscine, sur toute la largeur du bassin. Pour la partie verticale du bassin opposée à l'escalier, les lés sont mis en place dans le sens de la longueur de la piscine. Fermeture du contre-moule Une fois la fibre de verre mise en place, le contre-moule 2 vient coiffer l'ensemble, comme illustré à la figure 2. De manière particulièrement avantageuse, le contre-moule est en polyester translucide, ce qui permet de surveiller visuellement le remplissage du moule et de piloter plus finement les différentes phases de l'injection. Préparation avant injection En référence à la figure 3, les quatre points d'injection du moule (non représentés) sont raccordés par des tuyaux 3 à la machine d'injection. Quatre des sept inserts du contre-moule sont reliés à la centrale à vide. Les trois points restant sont raccordés à la pompe à vide et à la machine d'injection. Ils serviront durant le début de l'injection comme point de vide, puis seront transformés à mi-injection en points d'injection. Le vide périphérique, situé entre deux joints périphériques du contre-moule est raccordé à une autre partie de la pompe à vide. Dans cette zone, le vide est maximum et a pour fonction, d'une part de système de fermeture et d'autre part d'assurer une double étanchéité en cas de fuite entre le moule et le contre-moule. Des agrafes 4 dites � sauterelles � disposées sur toute la périphérie du moule sont fermées pour bloquer le contre-moule sur le moule. Préparation de la résine La résine polyester employée pour l'injection est à base isophtalique ; mais on pourrait également utiliser une résine vinylester ou autre. Dans la résine sont incorporés différents produits (styrène, accélérateur, inhibiteur, pâte pigmentaire, etc.) en vue d'obtenir les propriétés souhaitées. En effet, la résine doit présenter des propriétés, avant et pendant l'injection, adaptées au moulage d'une pièce de grandes dimensions ; on souhaite notamment en contrôler la viscosité, le temps de gel et le temps de polymérisation. Notamment, pour retarder le durcissement de la résine, on incorpore un inhibiteur, dont la proportion est adaptée en fonction de la température de la résine et la température de l'atelier. Quant à la piscine finie, elle doit respecter la couleur désirée, ainsi que des propriétés mécaniques et chimiques. L'ensemble des ingrédients est mélangé à l'aide d'un agitateur. Une fois le mélange homogène, on le laisse reposer de manière à permettre aux éventuelles bulles d'air incorporées dans le mélange de s'évacuer (typiquement, le temps de repos est de l'ordre de 30 minutes, qui correspond au temps de mise en route de la machine d'injection). Injection Le vide central (vide de la zone de la piscine) est progressivement amené jusqu'à 0,6 bars. Le contre-moule prend alors sa place, le tissu de renfort est 25 compacté. Le vide périphérique est alors mis au maximum (proche de 0 bars), et assure une parfaite fermeture du contre-moule. Il a également pour fonction de garantir l'étanchéité. La machine d'injection est programmée pour injecter la quantité de résine 30 nécessaire, c'est-à-dire pour une piscine de 8, 90 mètres par 3,80 mètres, de l'ordre de 400 kg de résine. Le début du cycle est lancé sur la machine et la pression d'injection est augmentée progressivement jusqu'à 2 bars (pression machine). Une surveillance permanente permet de vérifier les déformations du contre-moule. En cas de déformation trop importante, la pression d'injection est diminuée. A ce stade, l'injection n'a lieu que par les 4 points situés sur le moule. En référence à la figure 4, lorsque la moitié de la matière environ est injectée (la progression de la résine 20 est représentée en grisé), le point d'injection du moule se situant devant l'escalier est fermé. Le point de vide se situant au niveau de la petite marche est transformé en point d'injection. L'injection se poursuit et lorsque la résine arrive au point de vide de la grande marche et commence à remonter dans le tuyau d'aspiration, celui-ci est fermé par pincement. En référence à la figure 5, lorsque la résine arrive dans le rayon du fond de la piscine, et qu'il ne reste plus que le fond à injecter, les différents points d'injection sont fermés. Les deux points de vide se situant aux deux extrémités du fond sont alors transformés en point d'injection. L'injection se poursuit et au fur et à mesure que la résine arrive à un point de vide et remonte dans le tuyau, celui-ci est fermé. L'injection se termine lorsque la quantité nécessaire de résine est injectée. A ce moment, le moule n'est pas encore rempli. La résine continue à avancer entre le moule et le contre-moule jusqu'à arriver au dernier point de vide (point de vide central sur le fond). Ce tuyau de vide reste ouvert jusqu'au durcissement complet de la résine. S'il y a un excédent de résine, celui-ci est aspiré par le point de vide. Une fois la quantité de résine nécessaire injectée, la machine d'injection est débranchée et nettoyée. Démoulage du contre-moule Après polymérisation complète de la résine, le contre-moule 2 est retiré, la coque de piscine 30 restant sur le moule. Mise en place et collage des raidisseurs En référence à la figure 6, afin de rigidifier la coque 30, des profilés 40 en polyester, du type IPN sont collés sur la périphérie du bassin et sous l'escalier. Sont collées également des platines métalliques qui serviront à la manutention de la piscine. Démoulage de la piscine La dernière étape consiste à démouler le bassin 30. Il est ensuite détouré et les pièces à sceller (� skimmers � ou écumeurs de surface, buses de refoulement, etc.) sont mises en place. Le bassin est alors prêt à être livré. Le procédé permet de fabriquer des coques de piscines dont la surface est comprise entre 40 et 100 W. Le temps de cycle pour la fabrication d'une coque de piscine selon ce procédé est de l'ordre de 20 heures, alors qu'il aurait été de l'ordre de 40 heures selon le procédé de stratification traditionnel. Le procédé de moulage mis en oeuvre à des pressions compatibles avec la tenue du moule et du contre-moule grâce au tissu de renfort drainant, permet en outre d'obtenir une pièce de meilleure qualité, avec moins de bulles et une bonne imprégnation du tissu de renfort. Par ailleurs, la présence de deux couches de tissu de verre entourant le tissu polymère de drainage permet d'augmenter l'épaisseur et par conséquent la rigidité de la coque. La coque fabriquée par ce procédé présente ainsi une épaisseur moyenne de 8 mm, contre 4 mm pour une coque fabriquée selon le procédé de stratification traditionnel. Enfin, la fabrication en moule fermé évite l'émission de composés organiques volatiles et procure un environnement plus sain dans l'atelier de moulage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une coque (30) en matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - application d'une résine dite � gelcoat � sur un moule (1) - application sur le gelcoat d'un tissu de renfort drainant (10) - fermeture d'un contre-moule (2) sur le moule (1) - injection de résine (20) entre le moule (1) et le contre-moule (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tissu de renfort drainant comprend au moins un tissu polymère de drainage entre deux couches de tissu de verre. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque couche de tissu de verre présente une masse surfacique comprise entre 600 et 2000 g/m2 et une épaisseur comprise entre 2 et 5 mm, et en ce que le tissu polymère de drainage présente une masse surfacique comprise entre 150 et 600 g/m2 et une épaisseur comprise entre 2 et 5 mm. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le tissu polymère de drainage est en polypropylène ou en polyéthylène. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le contre-moule est translucide. 6. Coque (30) en matériau composite comprenant un gelcoat, un tissu de renfort et une résine, caractérisée en ce que le tissu de renfort est un tissu de renfort drainant comprenant au moins un tissu polymère de drainage entre deux couches de tissu de verre.25