Brevet FR2914218A1 — publié le 20081003

OUTILLAGE DE POLYMERISATION DE STRUCTURES COMPLEXES OU PLANES EN COMPOSITE THERMODURCISSABLE DESCRIPTION L'invention a pour objet un outillage de 5 polymérisation de structures complexes ou planes en composite thermodurcissable. On appelle outillage, dans les procédés de formage de pièces en matière composite impliquant un drapage, les éléments contribuant à la mise et au 10 maintien en forme de la matière composite fraîche et qui comprennent normalement un support pouvant être métallique sur lequel la matière composite est posée, et un élément supérieur, posé sur la matière composite et dont il est question ici ; on l'appelle souvent tôle 15 de lissage en référence à sa fonction à l'égard de la surface supérieure de la pièce. Les structures composites constituées généralement de renforts en fibres longues et d'une matrice en polymère sont souvent fabriquées avec des 20 pré-imprégnés formés de plis superposés et drapés dans des directions adéquates manuellement ou automatiquement. Ils subissent un cycle de transformation finale appelé polymérisation pour les résines thermodurcissables souples, ce cycle étant 25 généralement mené sous vide et en autoclave. De tels procédés sont abondamment appliqués pour la fabrication de fuselages d'aéronef en composite. Dans un procédé classique, une pellicule étanche est d'abord posée sur l'outillage de support, puis le composite, puis une autre pellicule étanche, puis une couche de tissu drainant, puis l'outillage supérieur (tôles de lissage) si nécessaire, puis une vessie d'étanchéité. Des difficultés de fabrication apparaissent de la circonstance que les pré-imprégnés sont à un état dit de foisonnement avant la polymérisation, et perdent de 10 à 20 % de leur épaisseur pendant la polymérisation ("défoisonnement") sous l'effet de la pression et de la diminution de la viscosité : des irrégularités de la surface supérieure de la pièce, surépaisseurs ou au contraire marquages en creux, peuvent être observées ; les tôles de lissage sont donc mises en échec. Ces irrégularités de surface de la pièce en composite sont encore plus grandes dans le cas fréquent où l'outillage supérieur doit être construit en plusieurs bandes en raison d'une grande superficie ou d'une forme complexe de la pièce à fabriquer, quelles que soient les précautions prises pour bien les joindre : le défoisonnement de la matière composite induit des mouvements relatifs des tôles de lissage et donc l'apparition de défauts de jonction, où se développent les irrégularités. Le jonctionnement des tissus drainant est obligatoire sur de grandes surfaces . On peut leur attribuer la cause des irrégularités de surface du composite, mais il est difficile de les supprimer puisqu'un drainage des gaz issus du composite est nécessaire. Un tel essai de supprimer ces tissus drainant a consisté à réaliser le drainage au travers des jonctions des bandes des tôles de lissage, mais on a constaté que les zones dépourvues de drainage créent des zones d'auto-étanchéité induisant une mauvaise qualité des pièces. Un objet principal de l'invention est donc un outillage supérieur qui permette un drainage convenable de la matière composite thermodurcissable qui s'étend sous lui, avec un dispositif simplifié. L'outillage supérieur a la caractéristique d'être auto- drainant dans toutes ses réalisations, c'est-à-dire d'autoriser le drainage sans utilisation de tissus drainants en verre ou autres. La propriété d'auto-drainage dépendra de la constitution même de l'outillage. Un autre objet de l'invention est d'assurer une surface supérieure lisse à la structure à fabriquer. La suppression de tissus drainants sous l'outillage supérieur y contribue, de même que la nature même de l'outillage supérieur dans certaines réalisations préférées où il comprend un corps de drainage en grillage drainant. Un autre objet encore de l'invention est un outillage dont les qualités précédentes s'accompagnent de la faculté de fabriquer des pièces de formes complexe. Ici encore le grillage drainant se révèle utile. La présence des grillages insérés dans l'outillage auto-lissant pendant la polymérisation permet un bon drainage. Ils permettent aussi des déplacements différentiels de portions juxtaposées de l'outillage supérieur d'après les mouvements dans le composite à la polymérisation, ce qui atténue les défauts aux jonctions des portions de l'outillage. La souplesse propre qu'ils possèdent souvent, et celle qu'ils confèrent à l'outillage entier en permettant les glissements différentiels de portions adjacentes, rend ces grillages très indiqués pour la fabrication de pièces de forme complexe. Un autre avantage est qu'ils peuvent être incorporés au préalable aux bandes et déposés avec elles sur le support : la fabrication de la pièce est donc accélérée. Un autre avantage encore est qu'ils peuvent être récupérés après la fabrication et utilisés de nouveau, alors que les tissus classiques en verre sont rebutés. L'épaisseur et la densité de leurs mailles sont à définir adéquatement. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures, dont la figure 1 est une vue générale de la fabrication d'un outillage conforme à l'invention, la figure 2 est une vue de détail d'un joint de deux bandes, les figures 3 et 4 sont des vues plus générales d'un procédé de fabrication d'un outillage de l'invention à bandes juxtaposées et la figure 5 est une vue de la fabrication d'un morceau de fuselage d'aéronef. Le dispositif de la figure 1 comprend successivement, posés sur un outillage de support 5, une première pellicule étanche 2, un grillage en polytétrafluoroéthylène (Téflon ) 1, deux plis 7 et 8 en polymère thermodurcissable frais (tissu de carbone imprégné de résine par exemple), une seconde pellicule étanche 9, une couche de tissu drainant 3 et une vessie étanche 4. Cette dernière comprend un bord tombant 10 qui s'étend jusqu'à un joint périphérique 11 d'étanchéité posé directement sur l'outillage de support 5 autour de l'ensemble précédent. L'outillage de support 5 est pourvu d'un trou d'aspiration 12 sous lequel s'étend un circuit d'aspiration menant à une pompe 13. La vessie étanche 4 et le joint périphérique 11 délimitent un volume étanche avec l'outillage de support 5, dont le contenu gazeux peut donc être aspiré, les pellicules étanches 2 et 9 séparant les solides durcis ou non mais possédant les pores suffisant à la traversée des gaz. La polymérisation des plis 7 et 8 s'effectue quand ils sont durcis ; ils forment alors une pièce unitaire avec le grillage 1, qui constitue l'outillage selon l'invention. La figure 2 illustre une situation un peu différente, où la fabrication d'une pièce de plus grande superficie imposerait d'utiliser un outillage composé de bandes juxtaposées semblables par leur structure à l'outillage précédent. La configuration pourrait prendre alors la forme représentée, où deux bandes portent les références 14 et 15, sont composées chacune d'une paire de plis 7 et 8 et sont chacune pourvues d'un grillage 1 particulier. Les grillages 1 associés aux bandes 14 et 15 respectives permettent des glissements relatifs de celles-ci aptes à suivre les mouvements de la matière composite sous-jacente à la polymérisation, ce qui aide à absorber les défauts d'uniformité d'épaisseur du composite à la jonction 16 des bandes 14 et 15. La jonction 16 est ici fabriquée en sifflet, c'est-à-dire que le pli supérieur 8 d'une des bandes 14 est en saillie au-dessus du pli inférieur 7, et qu'au contraire le pli supérieur 8 de l'autre bande 15 est en retrait par rapport au pli inférieur 7. Les largeurs de saillie et de retrait peuvent être de 30 millimètres d'après l'expérience, pour à la fois assurer une cohésion suffisante entre les bandes 14 et 15 après la fabrication et des glissements relatifs aisés. Dans la réalité, les bandes 14 et 15 sont posées à la même hauteur et sont en contact à la jonction 16. Une représentation éclatée a été choisie ici pour la clarté. Un aspect particulier de l'invention est l'insertion d'un joint 17 intermédiaire entre les bandes 14 et 15, glissé entre les biseaux et s'étendant en biais depuis l'outillage de support 5 jusqu'au-dessus des plis supérieurs 8 sur toute la hauteur de la jonction 16. Ce joint 17 est en élastomère non vulcanisé, à un état frais et mou qui lui permet d'épouser la forme de la jonction 16 puis, en polymérisant avec les bandes 14 et 15, de combler les jeux qui apparaissent à la suite des glissements relatifs des bandes 14 et 15 et donc de supprimer un marquage final de la pièce fabriquée à la jonction 16. Son l'épaisseur peut être de 0,5 millimètre environ. Il permet aussi des contraintes moins importantes de précision de mise en place des bandes 14 et 15 l'une à côté de l'autre, et améliore la souplesse de l'outillage. Les figures 3 et 4 représentent de façon simplifiée la fabrication d'un outillage destinée à la fabrication d'un panneau de fuselage d'aéronef, sans reprendre le dessin de tous les éléments du dispositif de la figure 1. Le support 5 est ici courbe. Les bandes 14 et 15 sont posées sur ses deux flancs et la jonction 16 est au sommet. Le joint 17 intermédiaire est ajouté. A la fin du procédé, l'état de la figure 4 est obtenu, avec un outillage supérieur 25 remplaçant les bandes 14 et 15 ainsi que le joint 17. La jonction 16 est sensiblement lisse. Le panneau peut alors être fabriqué, conformément à la figure 5, en drapant le même support 5 de plis 18 en composite thermodurcissable à l'épaisseur totale voulue, en remettant l'outillage supérieur 25 sur les plis 18, puis en ajoutant le tissu drainant 19 et la vessie d'étanchéité 20 par-dessus, et enfin en procédant au chauffage et à la polymérisation.15 REVENDICATIONS 1) Outillage de lissage à appliquer sur une structure en composite thermodurcissable à polymériser, comprenant au moins un pli de matière composite durcie, caractérisé en ce qu'il comprend encore des moyens de drainage incorporés au pli. 2) Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de drainage consistent en un grillage (1) sur une surface dirigée vers la matière composite. 3) Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est composé d'une pluralité de bandes (14, 15), les bandes étant jointes par des joints en élastomère (17). 4) Outillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bandes sont jointes à des portions de recouvrement de plis.