Brevet FR2915420A1 — publié le 20081031

La présente invention a trait au domaine de la fabrication par moulage d'objets en matériau composite thermoplastique ou thermodurcissable. La présente invention a pour objet un procédé de moulage 5 sous pression de matériaux composites, ainsi que le dispositif de moule permettant la mise en oeuvre de ce procédé. On connaît de nombreux procédés de moulage de matériaux composites consistant à mettre en forme sous pression un amalgame d'éléments de matériau composite, constitués 10 généralement de nappes ou de morceaux de nappes non tissées de fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, où lesdites fibres sont de différentes natures comme par exemple du verre, du carbone ou de l'aramide, alors que la matrice est du type époxyde ou phénolique. 15 On connaît ainsi par le document FR 2.740.149 un procédé de production d'un matériau de moulage en feuille, permettant de fabriquer une coquille de protection des orteils pour chaussure de sécurité. Le procédé consiste à découper en pastilles ou en morceaux, dans une étoffe où les fibres sont disposées de 20 manière unidirectionnelle ou sont tissées. On connaît aussi par le document JP 02 131929 un procédé et un appareil pour fabriquer un article en plastique renforcé, ledit procédé consistant à superposer dans un moule plusieurs couches de matière à mouler dont une couche de résine 25 tetrafluoroéthylène coloré. Le document EP 916 477 propose de découper une nappe de fibres noyées dans une matrice en une multiplicité d'éléments, puis d'arranger tridimensionnellement lesdits éléments puis de réaliser le moulage sous pression de l'arrangement 30 tridimensionnel obtenu. On connaît aussi le document EP0376472 qui concerne une plaque composite thermoplastique comprenant une résine thermoplastique et des morceaux construits au moyen de fibres de renforcement unidirectionnellement orientées. 35 Tous ces documents, et d'autres encore, concernent essentiellement des procédés de réalisation de pièces généralement d'épaisseur sensiblement constante, en vue de fabriquer des coques ou des plaques par exemple, par contre aucun ne concerne la réalisation de pièces plus volumineuses, du fait notamment de la difficulté de la mise en oeuvre de formes volumiques tout en garantissant les propriétés mécaniques de la pièce. La présente invention a pour but de remédier à cette carence en proposant un procédé de réalisation de pièces en matériaux composites de formes et d'épaisseurs variables tout en maîtrisant la cohésion du matériau et donc ses propriétés mécaniques. Le procédé selon l'invention a pour but d'obtenir une pièce moulée qui peut présenter une isotropie suffisante lui conférant une usinabilité comparable à celle d'une pièce métallique de fonderie. Le procédé de moulage sous pression de matériaux composites selon l'invention est du type consistant à mettre en forme sous pression un amalgame d'éléments de matériau composite, et il se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste à réaliser les opérations suivantes : - préparation d'un pâton constitué d'un amalgame de fibres non tissées, mélangées de manière aléatoire et associées, dans une proportion déterminée, à une matière thermodurcissable ou thermoplastique, -introduction dudit pâton dans un moule conçu et dimensionné pour résister aux fortes pressions, présentant une cavité de moulage à la forme de la pièce à réaliser et muni d'au moins un puits configuré pour recevoir, de manière ajustée, un piston plongeur dont le coulissement est apte à réaliser la mise en pression dudit pâton dans ladite cavité, et donc la mise en forme de celui-ci dans ledit moule. Selon une caractéristique additionnelle du procédé de moulage selon l'invention lorsque le moule comporte plusieurs puits et pistons plongeurs, lesdits pistons sont activés simultanément ou séparément selon une séquence temporelle particulière. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé de moulage selon l'invention, on soumet la matière, avant, pendant et/ou après la mise en pression, à des conditions particulières de température. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé de moulage selon l'invention, on applique un effort sur le ou les pistons plongeurs en sorte d'engendrer une pression de 30 à 1000 bars selon le besoin. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé de moulage selon l'invention, pour mettre en forme le pâton on utilise des fibres de longueur pouvant varier, de manière contrôlée ou aléatoire, entre 1 et 100 mm. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé de moulage selon l'invention, on incorpore la matière thermodurcissable ou thermoplastique aux fibres avant et/ou pendant la mise en forme du pâton. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé de moulage selon l'invention, on place dans la cavité de moulage du moule, préalablement à l'introduction du pâton, un ou plusieurs plis de nappe tissée ou non tissée de fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé de moulage selon l'invention, on incorpore au pâton un insert, ou plusieurs, destiné à demeurer dans la pièce à réaliser, cette incorporation ayant lieu soit lors de la préparation dudit pâton, soit après l'introduction dudit pâton dans le moule, soit au cours de l'introduction dans ledit moule, le ou lesdits inserts ayant été positionnés préalablement dedans ce dernier. Le ou les inserts peuvent consister en des éléments métalliques, plastiques ou composites. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé de moulage selon l'invention, on pèse finement les matériaux entrant dans la composition du pâton, en sorte de garantir la forme de la pièce à mouler. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé de moulage selon l'invention, on incorpore au pâton plus de matière thermodurcissable ou thermoplastique que nécessaire, et on prévoit le fluage et l'évacuation du surplus de ladite matière. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé de moulage selon l'invention, on incorpore au pâton au moins un élément en matériau compressible. La présente invention a également pour objet un 10 dispositif de moule pour la mise en oeuvre du procédé de moulage selon l'invention. Le dispositif de moule selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il est constitué d'un élément ou de plusieurs éléments assemblés, présentant intérieurement une 15 cavité à la forme de la pièce à réaliser, et en ce qu'il comprend au moins un puits, conçu pour d'une part permettre le chargement du moule en matière à mouler, et d'autre part recevoir en coulissement, de manière ajustée, un piston plongeur dont le coulissement généré par des moyens moteur, est apte à 20 réaliser la mise en pression de ladite matière à mouler. Selon une caractéristique additionnelle du dispositif de moule selon l'invention, le piston plongeur présente, du côté interne du moule, une extrémité conformée pour participer à la mise en forme de la pièce à mouler. 25 Les avantages et les caractéristiques du procédé et du dispositif selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente plusieurs modes de réalisation non limitatifs. Dans le dessin annexé : 30 - les figures la et lb représentent des vues schématiques d'un dispositif de moule pour la mise en oeuvre du procédé de moulage selon l'invention et illustrant deux phases de ce procédé. - les figures 2a, 2b et 2c représentent des vues 35 schématiques d'une variante du dispositif de moule pour la mise en oeuvre du procédé de moulage selon l'invention. -les figures 3a, 3b et 3c représentent des vues schématiques d'une autre variante du dispositif de moule pour la mise en oeuvre du procédé de moulage selon l'invention. En référence aux figures la et lb, on peut voir un dispositif de moule 1 selon l'invention, lequel comprend un élément 10 dans lequel est pratiquée une cavité 11 présentant la forme de la pièce P à mouler. Le moule 1 comprend également un puits 12 débouchant dans la cavité 11, et dans lequel peut coulisser de manière ajustée, un piston plongeur 13, sous l'action d'un moyen moteur, non représenté. Conformément au procédé selon l'invention, on prépare un pâton 2 constitué d'un amalgame de fibres non tissées, mélangées de manière aléatoire et associées, dans une proportion déterminée, à une matière thermodurcissable ou thermoplastique. Les fibres peuvent être de différentes natures, elles peuvent consister, non limitativement, en du verre, du carbone ou de l'aramide, tandis que la matière thermodurcissable ou thermoplastique est du type résine de synthèse. Les fibres peuvent être de différentes longueurs, la 20 longueur peut être choisie ou non, selon la nature de la pièce à fabriquer. D'autre par la proportion fibres/ matière thermodurcissable ou thermoplastique peut également varier, de même qu'il est possible de mélanger des fibres de natures 25 différentes, ainsi que des matières thermodurcissables ou thermoplastiques différentes. Par ailleurs, le pâton 2 peut être constitué de deux manières, selon la première les fibres sont brassées, puis on incorpore la matière thermodurcissable ou thermoplastique, et 30 selon la seconde, les fibres sont pré-imprégnées de matière thermodurcissable ou thermoplastique avant d'être brassées. Il est également possible d'amalgamer des fibres pré-imprégnées et de la matière thermodurcissable ou thermoplastique. Après confection du pâton 2, celui-ci est introduit dans 35 la cavité 11 du moule 1 au travers du puits 12 dans lequel est ensuite engagé le piston plongeur 13, puis on exerce une pression F déterminée sur le piston plongeur 13 sous l'action d'une presse par exemple. Selon une variante, on associe au cycle de fabrication, un cycle thermique, la matière dont est fait le pâton 2 peut ainsi être soumise à des conditions particulières de température, au cours de la préparation du pâton 2, pendant la mise en pression, dans ce cas le moule 1 est configuré pour cela, ou après la mise en pression. Lors de la mise en pression, le pâton 2 épouse la forme de la cavité 11. On notera que dans le mode de réalisation représenté, l'extrémité 14 du piston plongeur 13, du côté interne, est conformée pour participer à la mise en forme de la pièce P à fabriquer. On notera que préalablement à l'introduction du pâton 2 dans le moule 1, on peut introduire une ou plusieurs tresses et/ou un ou plusieurs plis de matériau composite, afin de donner à l'objet une résistance supplémentaire dans une direction ou un plan particulier. En référence maintenant aux figures 2a, 2b et 2c, on peut voir un moule 3 selon un autre mode de réalisation. Ce moule 3 vient de l'assemblage de deux éléments 30 et 31 comprenant chacun une cavité, respectivement 32 et 33, et dont le rapprochement permet de constituer une cavité de moulage 34. Dans ce mode de réalisation, l'élément 30 est percé d'un puits 35 qui débouche dans la cavité de moulage 34, et dans lequel peut coulisser de manière ajustée un piston plongeur 36. Sur la figure 2a, on introduit dans la cavité 34 par le puits 35 un pâton 2 avant d'y introduire le piston plongeur 36. Sur la figure 2b, on exerce une pression F sur le piston plongeur 36 pour mettre le pâton 2 en pression et assurer sa mise en forme. La quantité de matière contenue dans le pâton 2 doit de préférence faire l'objet d'une pesée fine, afin de garantir la forme de la pièce P. Afin d'éviter une telle pesée fine, on peut prévoir d'introduire dans le pâton 2 un ou plusieurs éléments compressibles, une bille de silicone ou un élément en mousse à cellule fermée par exemple, lequel est, en fonction de la quantité de matière contenue dans le pâton 2, plus moins compressé, mais qui permet de garantir la forme de la pièce P. On notera que, de préférences on s'arrangera pour que le ou les éléments compressibles soient disposés en des emplacements nos soumis à une résistance particulière. Selon une variante, en cas d'incertitude sur la quantité de matière, il peut être prévu un surcroît de matière, lequel se transforme en un surplus 20 qui, comme cela est visible sur la figure 2c, prend place dans le puits 35 à l'extrémité du piston plongeur 36, et qui, soit sera maintenu sur la pièce P en étant prévue non fonctionnelle, soit sera supprimé par usinage. En référence maintenant aux figures 3a, 3b et 3c, on peut voir un dispositif de moule 4 selon l'invention, dans une autre variante. Ce moule 4 est constitué du rapprochement de deux éléments 40 et 41, comprenant chacun une cavité, respectivement 42 et 43, et dont le rapprochement permet de créer une cavité de moulage 44. Le moule 4 comprend également un puits 45 débouchant dans la cavité de moulage 44, et constitué du rapprochement de deux alésages 46 et 47, pratiqués chacun dans l'un des deux éléments respectivement 40 et 41. Le puits 45 est destiné à recevoir un piston plongeur 48 apte, sous l'effet d'une pression F, à mettre en pression un pâton 2 en vue de sa mise en forme dans la cavité de moulage 44. Sur la figure 3c, on peut voir que des butées 49 peuvent être intercalées entre le moule 4 et le piston plongeur 48 en vue de limiter la pénétration de celui-ci dans le puits 45, en sorte de garantir la forme de pièce à mouler P. Quel que soit le mode de réalisation du dispositif de moule selon l'invention, la pression est utilisée pour mettre en forme la pièce P via le piston plongeur, ne reste pas installée dans le moule, lequel voit sa pression interne chuter du fait de l'écoulement de matière dans les interstices du moule, et éventuellement dans des évents prévus à cet effet, en sorte qu'il peut être prévu dans le pâton de la matière thermodurcissable ou thermoplastique en excès. Quel que soit le mode de réalisation du dispositif de moule selon l'invention, celui-ci peut comporter des évents ou système analogue, permettant le dégazage de la matière lors de l'opération de moulage. REVENDICATIONS 1) Procédé de moulage sous pression de matériaux composites dans domaine de la fabrication par moulage d'objets en matériau composite thermoplastique ou thermodurcissable, du type consistant à mettre en forme sous pression un amalgame d'éléments de matériau composite, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser les opérations suivantes : - préparation d'un pâton (2) constitué d'un amalgame de fibres non tissées, mélangées de manière aléatoire et associées, dans une proportion déterminée, à une matière thermodurcissable ou thermoplastique, - introduction dudit pâton (2) dans un moule (1; 3; 4) conçu et dimensionné pour résister aux fortes pressions, présentant une cavité de moulage (11; 34; 44) à la forme de la pièce (P) à réaliser et muni d'au moins un puits (12; 25; 45) configuré pour recevoir, de manière ajustée, un piston plongeur (13; 36; 48) dont le coulissement est apte à réaliser la mise en pression (F) dudit pâton (2) dans ladite cavité (11; 34; 44), et donc la mise en forme de celui-ci dans ledit moule (1; 3; 4). 2) Procédé de moulage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque le moule (1; 3; 4) comporte plusieurs puits (12; 25; 45) et pistons plongeurs (13; 36; 48), lesdits pistons (13; 36; 48) sont activés simultanément ou séparément selon une séquence temporelle particulière. 3) Procédé de moulage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'on soumet la matière, avant, pendant et/ou après la mise en pression, à des conditions particulières de température. 4) Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on applique un effort (F) sur le ou les pistons plongeurs (13; 36; 48) en sorte d'engendrer une pression de 30 à 1000 bars selon le besoin. 5) Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour mettre en forme le pâton (2) on utilise des fibres de longueur pouvant varier, de manière contrôlée ou aléatoire, entre 1 et 100 mm. 6) Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on incorpore la matière thermodurcissable ou thermoplastique aux fibres avant et/ou pendant la mise en forme du pâton (2). 7) Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on place dans la cavité de moulage (11; 34; 44) du moule (1; 3; 4), préalablement à l'introduction du pâton (2), un ou plusieurs plis de nappe tissée ou non tissée de fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique. 8) Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on incorpore au pâton (2) un insert, ou plusieurs, destiné à demeurer dans la pièce (P) à réaliser, cette incorporation ayant lieu soit lors de la préparation dudit pâton (2), soit après l'introduction dudit pâton (2) dans le moule (1; 3; 4), soit au cours de l'introduction dans ledit moule (1; 3; 4), le ou lesdits inserts ayant été positionnés préalablement dedans ce dernier. 9) Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on pèse finement les matériaux entrant dans la composition du pâton (2), en sorte de garantir la forme de la pièce (P) à mouler. 10) Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on incorpore au pâton (2) plus de matière thermodurcissable ou thermoplastique que nécessaire, et on prévoit le fluage et l'évacuation du surplus de ladite matière. 11) Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on incorpore au pâton (2) au moins un élément en matériau compressible. 12) Dispositif de moule (1; 3; 4) pour la mise en oeuvre du procédé de moulage selon l'une quelconque des revendicationsprécédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un élément ou de plusieurs éléments assemblés, présentant intérieurement une cavité (11; 34; 44) à la forme de la pièce (P) à réaliser, et en ce qu'il comprend au moins un puits (12; 25; 45), conçu pour d'une part permettre le chargement du moule en matière à mouler, et d'autre part recevoir en coulissement, de manière ajustée, un piston plongeur (13; 36; 48) dont le coulissement généré par des moyens moteur, est apte à réaliser la mise en pression de ladite matière à mouler. 13) Dispositif de moule (1; 3; 4) selon la revendication 12, caractérisé en ce que le piston plongeur (13; 36; 48) présente, du côté interne du moule, une extrémité conformée pour participer à la mise en forme de la pièce (P) à mouler.