Brevet FR2914219A1 — publié le 20081003

PROCEDE DE MOULAGE MONOLITHIQUE D'UNE PIECE CREUSE, PIECE CREUSE MONOLITHIQUE OBTENUE La présente invention a pour objet un procédé de moulage d'une pièce creuse en un seul élément. L'invention couvre aussi la pièce monolithique obtenue. La réalisation de pièces creuses par moulage pose des problèmes car il faut pouvoir démouler les pièces ainsi obtenues. Dans le cas de pièces comprenant des contre dépouilles faiblement accentuées, il est possible de prévoir des moules disposant de parties mobiles qui se retirent, s'escamotent au moment de démouler. De telles techniques coûtent cher et sont réservées à des fabrications en grande série et de toutes les façons, les applications sont limitées et il est impossible de réaliser des pièces creuses et/ou de grandes dimensions. On peut aussi utiliser les techniques dites RTM, ou roto moulage. Cette technique consiste à réaliser un moule creux en deux parties pour permettre le démoulage. Un matériau polymère sous forme de granulés est introduit dans ce moule, en quantité nécessaire pour réaliser la pièce avec une épaisseur donnée. Une fois le moule fermé, ce moule est chauffé et simultanément mis en mouvement autour de deux axes de façon à mettre en fusion et à répartir la matière de façon homogène sur les parois du moule, les mouvements étant suffisamment lents pour que seule la gravité s'exerce sans pollution par l'effet de la force centrifuge. Une fois cette répartition effectuée, une fois la composition polymère polymérisée, le moule et la pièce sont refroidis à l'air et/ou par injection d'eau pulvérisée. Le moule est ouvert et la pièce creuse ainsi obtenue est démoulée. Cette technique est très intéressante économiquement, rapide et de qualité reproductible, parfaitement industrialisable. Néanmoins, les applications sont limitées à certains produits car même si les compositions polymères peuvent être sophistiquées, les limites des caractéristiques techniques et des paramètres mécaniques sont rapidement atteintes. Ainsi, par exemple, si l'on prend l'exemple d'un kayak il faut que l'embarcation obtenue soit légère pour être transportée, pour améliorer la flottabilité, pour limiter la traînée et la masse d'eau déplacée. Par contre, il faut que l'embarcation soit très résistante mécaniquement pour subir sans dommage ou avec des dommages limités, les chocs légers et les frottements répétés. Dans certains cas, les chocs peuvent même être des chocs lourds. Une pièce creuse de ce type obtenue par roto moulage, uniquement en résine même chargée, ne peut pas répondre à un tel cahier des charges. Une autre solution connue consiste à travailler en moule ouvert, à réaliser deux 20 pièces prêtes à être assemblées pour former la pièce creuse. Dans ce cas, les moules sont éventuellement enduits de gel coat ou d'une résine de finition adaptée puis drapés avec des mats de fibres choisies pour leurs propriétés en fonction de l'application. Soit les fibres sont pré imprégnées de résine puis polymérisées par la chaleur ou 25 par l'action d'un catalyseur, soit les fibres sont infusées par de la résine par tout moyen adapté, notamment avec une vessie et une infusion sous vide. Chaque demi-pièce présente alors la résistance mécanique recherchée et répond au cahier des charges. Néanmoins, les deux demi-pièces ainsi fabriquées doivent ensuite être assemblées suivant leur plan de joint. Cette opération est une reprise coûteuse nécessairement et surtout la liaison des deux demi- pièces est spécifique, nécessite souvent un usinage, et surtout la pièce obtenue n'est pas optimisée car il faut généralement rapporter de la matière pour assurer la résistance mécanique recherchée. Les techniques de soudage par hyperfréquences par exemple ne suffisent pas pour assurer des liaisons mécaniques suffisamment résistantes. On comprend qu'un drapage qui pourrait se prolonger d'une pièce à l'autre serait 10 plus performant. Ceci requiert donc une reprise et un travail conséquent tout en laissant une zone plus fragile. C'est l'objet du procédé selon la présente invention qui permet d'obtenir une pièce creuse monolithique, palliant les problèmes évoqués ci-avant Le procédé selon la présente invention est maintenant décrit en détail selon un 15 mode de réalisation particulier, non limitatif, en regard des dessins schématiques annexés qui représentent à travers les différentes figures - figure 1 : une vue avec arrachement partiel d'un moule équipé d'une ouverture centrale et d'une baudruche pour réaliser une pièce creuse par mise en oeuvre du procédé selon l'invention, avant infusion de résine, 20 - figure 2 : une vue du même moule que celui de la figure 1, après infusion de résine, et - figure 3 : une vue de détail d'un agencement particulier des moyens de fermeture d'un moule avec injection périphérique de résine. Le procédé selon la présente invention est maintenant décrit en regard des 25 figures 1 et 2 indifféremment. Le dispositif nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé comprend un moule 10 en deux parties 12 inférieure et 14 supérieure, à la forme de la pièce P à réaliser. Dans ce premier mode de réalisation, chaque partie de ce moule 10 comprend un rebord périphérique 16 inférieur et un rebord périphérique 18 supérieur, ces deux rebords étant aptes à venir au droit l'un de l'autre lorsque les deux parties 12 et 14 du moule 10 sont superposées. Une des parties 12 inférieure ou 14 supérieure, en l'occurrence la partie 14 supérieure dans le cas représenté aux figures 1 et 2, est équipée d'un orifice 20. Le dispositif complémentaire nécessaire comprend une vessie 22 souple. Cette vessie 22 souple est munie aussi de moyens 24 d'étanchéité avec l'orifice 20 ménagé dans le moule. Dans le mode de réalisation représenté, ces moyens 24 d'étanchéité sont constitués d'un col 25 apte à coopérer de façon élastique avec le bord de l'orifice. Cette vessie est aussi équipée de moyens 26 de mise en communication de l'intérieur du moule avec l'extérieur pour pouvoir tirer au vide. Dans le cas représenté, ces moyens 26 sont composés d'un tube souple 28, débouchant à l'extérieur de la vessie, en partie haute et relié à une source de vide par son autre extrémité. Le matériel nécessite aussi des moyens 30 d'alimentation en résine de l'intérieur du moule 10. Ces moyens 30 d'alimentation dans le cas de l'agencement des figures 1 et 2 sont rapportés sur la paroi périphérique de la vessie 22 peuvent comporter un tube 32 d'alimentation et un réseau 34 de tubes complémentaires si nécessaire en fonction de la géométrie de la pièce. Ces moyens 30 d'alimentation et l'éventuel réseau 34, pour permettre une diffusion sur toute la périphérie du moule, doivent être distantes des moyens 26 de mise en communication Le procédé prévoit ainsi les étapes suivantes de mise en oeuvre : Le moule 10 étant ouvert, la partie 12 inférieure est drapée d'une armature 36 constituée de mats de fibres, de tissus de grammages, de trames, de dimensions, d'orientations adaptées en fonction de la conception de ladite pièce P à réaliser à la forme du moule. Ce drapage est tel qu'il déborde en partie haute de la partie 12 inférieure sur le rebord périphérique 16 inférieur. De même, la partie 14 supérieure est également drapée avec une armature 38 adaptée à la partie de pièce P concernée. On comprend dès lors que les armatures 36 et 38 peuvent être identiques ou différentes. Des moyens de liaison tel que des colles repositionnables permettent de retenir l'armature 38 dans la partie 14 supérieure du moule lorsque celui-ci est 10 retourné. La vessie peut être introduite avant ou après le retournement de la partie 14 supérieure du moule sur la partie 12 inférieure, en fonction des besoins et des difficultés rencontrées. La vessie 22 se trouve dans le moule seul le col 25 restant dans l'orifice 20. 15 Immédiatement avant la fermeture, la partie débordante de l'armature 36 est repoussée vers l'intérieur du moule de façon à permettre une superposition au droit du plan de joint. On peut pour cela utiliser un clinquant métallique qui est retiré immédiatement avant fermeture. On se retrouve alors dans la position représentée sur la figure 1. 20 Les bords périphériques 16 inférieur et 18 supérieur viennent en appui l'un sur l'autre et sont plaqués l'un contre l'autre par tout moyen 5 de fermeture adapté, comme des pinces sauterelles. Dès lors, le procédé prévoit l'étape d'infusion de la résine dans le moule. Cette étape consiste à faire le vide dans le moule grâce aux moyens 26 de mise 25 en communication de l'intérieur du moule avec l'extérieur en assurant un tirage au vide. Ainsi le vide est obtenu à travers le tube souple 28, débouchant à l'extérieur de la vessie, en partie haute du moule. Dès lors, sous l'effet du vide, la vessie 22 vient se plaquer contre la paroi du moule. En fonction de la géométrie de la pièce et de nombreux paramètres que l'homme de l'art, opérateur de fabrication, connaît ou déduit d'essais préalables, la résine est libérée par les moyens 30 d'alimentation. Cette résine, sous l'effet du vide, infuse dans les deux armatures 36 et 38, entre la paroi extérieure de la vessie 22 et la paroi intérieure du moule. Lorsque la quantité de résine a été libérée, l'alimentation est interrompue et le vide coupé. La résine gélifie avant de polymériser. On peut chauffer certaines parties du moule si nécessaire pour faciliter l'infusion dans certaines zones et chauffer de façon suffisante pour provoquer la polymérisation. La vessie est retirée après polymérisation puisque le vide ne la retient plus. Le retrait peut s'effectuer lors d'une étape spécifique par l'orifice 20. La vessie peut aussi être retirée simultanément à l'ouverture du moule, la vessie restant liée par son col à la partie 14 supérieure dudit moule 10. La pièce P creuse est ainsi obtenue et doit être retirée de la partie 12 inférieure du moule. La pièce creuse ne comporte qu'un orifice 20 subsistant. Si l'on prend un exemple de réalisation d'un kayak, on comprend que la coque est ainsi réalisée en une seule pièce et en une seule opération, donc parfaitement monolithique, sans reprise. L'ouverture dans le pont supérieur du kayak a servi comme orifice 20. Il suffit de rapporter le rebord bien connu à la périphérie de l'orifice pour assurer le positionnement de la jupe du pratiquant. Si nécessaire, il est aussi possible de prévoir un revêtement du moule avec une couche de gel-coat, préalablement à la mise en place des armatures ceci pour obtenir une surface avec certaines qualités : dureté, état de surface glacé etc. Il est possible de prévoir des variantes dans le matériel et sur la figure 3, on a représenté une coupe partielle du moule au plan de joint. Dans ce cas, on retrouve les parties 12 inférieure et 14 supérieure du moule 10. Les rebord périphériques inférieur 16 et supérieur 18 sont positionnés en regard. 5 La vessie 22 apparaît en coupe tout comme les armatures. Par contre, les rebords périphériques sont plus complexes et intègrent les moyens 30 d'alimentation en résine et le moyen 5 de fermeture. Les moyens 30 d'alimentation comprennent un piquage 40 ménagé dans le rebord 18 supérieur avec un canal 42 d'amenée, qui peut aussi être périphérique. 10 Ce canal 42 débouche dans le moule, au droit du plan de joint. Le piquage reçoit de façon connue une connexion 44 d'alimentation en résine. Dans le plan de joint, en partant de l'intérieur du moule vers l'extérieur, on trouve: - un premier joint 46 périphérique d'étanchéité à la résine, immédiatement 15 derrière le piquage 40 des moyens d'alimentation, - un deuxième joint 48 périphérique d'étanchéité à l'air, et, - un troisième joint 50 d'étanchéité à l'air également. Les deuxième et troisième joints délimitent un canal 52 périphérique de tirage au vide. Au droit de ce canal, il est prévu un piquage 54 relié à une source de 20 vide. Cet agencement de matériel fonctionne de la façon suivante, sans modification de la mise en oeuvre du procédé, décrite ci-avant. Les armatures 36 et 38 sont préparées et la partie 14 supérieure du moule est rapportée sur la partie 12 inférieure, avec la vessie 22 passant à travers 25 l'orifice 20. Seuls les moyens 30 d'alimentation en résine ne passent plus par cet orifice 20. Ensuite le vide est fait à travers le piquage 54, ce qui a pour effet de fermer le moule par tirage au vide dans le canal 52. Le procédé selon l'invention peut ensuite être mis en oeuvre. - mise au vide de l'espace délimité par la vessie 22 et la paroi intérieure du moule 10 avec pour effet le placage de la vessie 22 contre cette paroi, -infusion de la résine dans les armatures 36 et 38 par alimentation à travers le piquage 40 grâce aux moyens 44 à travers le canal 42, - arrêt de l'alimentation lorsque la quantité de résine déterminée a été infusée, - polymérisation, - ouverture du moule 10 par casse du vide dans le canal 52, - retrait de la pièce. Suivant la géométrie de la pièce, il faut prévoir d'éviter de dessécher les armatures et d'équilibrer le taux de résine dans la pièce. Il est aussi possible de réaliser à l'aide du procédé selon l'invention des manchons ou tubes de section variable et irrégulière. bans ce cas, la vessie est introduite dans le moule à la forme du manchon à obtenir, le moule étant réalisé en deux parties. La vessie 22 est alors sensiblement de la forme dudit manchon et les bords périphériques de cette vessie sont liés de façon étanche aux bords périphériques dudit moule de façon étanche. Les armatures sont mises en place de la même façon que précédemment, avant la mise en place de la vessie. Le procédé est mis en oeuvre strictement de la même façon que précédemment. La superposition des armatures assure la liaison au plan de joint. La vessie elle-même doit présenter des caractéristiques adaptées. En effet, si la vessie est en matériau trop rigide et/ou de forme peu ajustée, cette vessie est fortement résistante mais le placage de la vessie n'est pas adapté et l'homogénéité de l'infusion peut être compromise avec des accumulations dans certaines zones. Il vaut donc mieux utiliser une vessie relativement déformable mais ajustée au profil de la pièce P de façon que les déformations soient limitées. En effet, dans ce cas, le procédé nécessite une vessie réalisée avec plusieurs pièces prédécoupées et assemblées entre elles par des liaisons étanches. Il faut donc que ces liaisons étanches de pièces ne se dégradent pas lors de la déformation de la vessie et ne provoquent pas une fuite ce qui requiert plutôt une matière élastomère déformable. La superposition des deux armatures a été présenté avec un débordement de l'armature 36 inférieure mais pourrait à l'inverse provenir de l'armature 38 supérieure. Dans les deux cas, if faut une superposition des deux armatures. Cette superposition intervient de préférence au droit du plan de joint pour des raisons de praticité de mise en oeuvre. Le procédé permet ainsi de réaliser un kayak comme indiqué précédemment avec des caractéristiques mécaniques extrêmement élevées en regard de la faible 15 quantité de résine et du faible poids du kayak obtenu. On peut aussi réaliser des jantes de véhicules comme des chars à voile en obtenant là aussi des résistances très élevées aux contraintes subies avec des poids de jantes très réduits. Certains coffres, caisses, caissons peuvent aussi être réalisés par ce procédé 20 avec des architectures complexes, en une seule étape, et avec des couples poids/paramètres mécaniques obtenus très intéressants. Le procédé a prévu pour la description un moule 10 simple en deux parties 12 inférieure et 14 supérieure mais le moule peut comporter plus de deux parties suivant la forme de la pièce P à réaliser. 25 REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une pièce P monolithique en matériau composite, incluant une armature (36,38) et de la résine, notamment une pièce creuse, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : -mise en place d'au moins une armature (36) inférieure dans au moins une partie (12) inférieure d'un moule (10) et d'au moins une armature supérieure (38) dans au moins une partie (14) supérieure de ce même moule (10), l'une au moins des parties (12,14) ayant au moins un orifice (20), les armatures (36,38) étant superposées au moins au droit de chaque plan de joint du moule (10), - mise en place d'une vessie (22) dans le moule, en la rendant accessible de l'extérieur à travers ledit orifice (20), -fermeture du moule (10) par superposition des au moins deux parties (12,14) inférieure et supérieure du moule (10), en ménageant la superposition des armatures (36,38) au droit de chaque plan de joint à ladite fermeture, - mise au vide, par des moyens (26) de mise en communication de l'intérieur du moule avec l'extérieur, de l'espace entre la vessie (22) et la paroi intérieure du moule (10) de façon à plaquer ladite vessie contre les armatures (36,38), et - infusion de la résine dans les armatures entre cette paroi intérieure du moule (10) et la paroi extérieure de cette vessie (22). 2. Procédé de réalisation d'une pièce P monolithique en matériau composite, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à infuser la résine par des moyens (30) d'alimentation passant à travers l'orifice (20). 3. Procédé de réalisation d'une pièce P monolithique en matériau composite, selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à infuser la résine par des moyens (30) d'alimentation périphériques. 4. Procédé de réalisation d'une pièce P monolithique en matériau composite, 5 selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on infuse une quantité prédéterminée de résine. 5. Procédé de réalisation d'une pièce P monolithique en matériau composite, selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lorsque la quantité de résine prédéterminée est infusée, on équilibre le taux de résine et on évite le 10 dessèchement des armatures (36,38). 6. Pièce creuse en matériau composite obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est monolithique avec au moins un orifice (20).