Brevet FR2926241A1 — publié le 20090717

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MOULAGE D'UNE PIECE EN MATERIAU COMPOSITE La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces en matériau composite et notamment de pièces composites thermoplastiques à hautes performances. Les pièces en matériau composite présentent des propriétés, notamment mécaniques et chimiques, excellentes. Elles peuvent ainsi combiner une résistance élevée aux contraintes mécaniques et/ou thermiques et une forte rigidité pour une masse minimale. Elles peuvent également présenter des formes complexes. Ces matériaux composites sont donc largement mis en oeuvre dans l'industrie spatiale (satellites, sondes, lanceurs), dans l'industrie aéronautique (trappes, portes, bords d'attaque, ailerons, cloisons intérieures, ...) et dans l'industrie automobile ou ferroviaire. On connaît de nombreux procédés permettant l'imprégnation d'une préforme avec une résine liquide pour la fabrication d'une pièce composite. Certains de ces procédés tels que le procédé de moulage par transfert de résine (RTM), impliquent l'injection de résine liquide dans un système clos pour imprégner la préforme, ce qui permet d'éliminer la plupart des éléments volatils dégagés par la résine. Cette injection étant réalisée sous vide, on évite ainsi le piégeage de bulles d'air et on assure la diffusion de cette résine même dans les zones peu accessibles. Bien que ce procédé RTM permette l'obtention de pièces présentant un bon état de surface, la migration de la résine se fait perpendiculairement à la section de la préforme. Le temps d'imprégnation d'une pièce de grande dimension telle qu'un panneau ou longeron est donc long et coûteux. De plus, les résines mises en oeuvre dans ce procédé RTM doivent être des résines thermodurcissables de basses viscosités de manière à assurer un bon remplissage du moule. Les résines présentant des viscosités plus importantes n'autorisent pas une imprégnation totale à basses pressions de la préforme sèche. Il peut en résulter un excès de résine accumulée dans des zones non désirées de la préforme. Le procédé de moulage par infusion de résine liquide (LRI) se différencie du procédé RTM par le mode d'injection de la résine liquide. Cette résine est en effet injectée dans un diffuseur interposé entre la préforme et le moule. La résine étant répartie sur une plus grande surface, sa migration s'effectue alors dans le sens de l'épaisseur de la préforme. On peut ainsi réaliser des pièces de plus grandes dimensions et introduire des résines présentant des viscosités plus importantes. Toutefois, il n'est pas possible avec ces procédés d'injecter une préforme fibreuse constituée de différents plis de tissus structuraux non ensimés et non poudrés avec une résine thermoplastique de très haute viscosité à la température de mise en oeuvre. En effet, les pressions engendrées sont susceptibles de déformer fortement les plis de la préforme non liés entre eux puisque non poudrés ou ensimés. Il est donc typiquement nécessaire de solidariser les plis de la préforme par poudrage, ensimage ou encore par couture préalablement à l'imprégnation de la préforme ainsi obtenue avec la résine liquide. Cependant, ces étapes d'assemblage supplémentaires augmentent de manière significative la complexité et le coût de la pièce à réaliser. De plus, l'emploi de résines thermoplastiques à hautes performances (HP) nécessite une injection à hautes températures, qui dégrade les polymères d'ensimage et poudres de compactage des préformes RTM usuelles. En outre, on peut observer des mouvements parasites des plis ainsi liés dans le moule lorsque les pressions engendrées par l'injection de la résine liquide restent élevées comme, à titre illustratif, dans le cas d'une résine thermoplastique de très haute viscosité à la température de mise en oeuvre. Or, les matrices thermoplastiques présentent de nombreux avantages notamment parce qu'elles sont ductiles et offrent des possibilités de reformage (i.e. pliage) et de recyclage. Il serait donc intéressant de disposer d'un procédé et d'un moule pour la fabrication de pièces en matériau composite permettant d'empêcher tout mouvement parasite des plis lors de l'introduction de résine liquide dans le moule. L'objectif de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif pour le moulage d'une pièce en matériau composite simple dans leur conception et dans leur mode opératoire, rapide et économique, permettant un maintien de la préforme fibreuse pendant l'injection de type LCM ("Liquid Composite Molding" û injection sur renforts fibreux) de la résine liquide de très haute viscosité. Avantageusement, il n'est pas nécessaire avec le procédé de l'invention de solidariser entre eux les plis de la préforme. On évite ainsi des étapes préalables onéreuses de couture ou de poudrage. Un autre objectif de l'invention est de faciliter l'entière imprégnation de la préforme quelque soit la viscosité de la résine liquide introduite dans le moule à la température de mise en oeuvre et quelque soit la température du moule. A cet effet, l'invention concerne un procédé de moulage d'une pièce en matériau composite par l'injection d'une résine thermoplastique à hautes performances dans une préforme placée dans un moule, cette préforme comportant des plis non liés entre eux. Selon l'invention, on réalise les étapes suivantes : - on place un organe drainant ayant une haute perméabilité directement en contact avec la préforme, - on place et on maintient en position chaque élément de cet ensemble ainsi obtenu dans le moule, - on injecte la résine à l'état visqueux dans le moule pour imprégner cet ensemble, - on consolide la résine dans la préforme. On entend par � organe drainant ayant une haute perméabilité � que l'organe drainant a une perméabilité supérieure typiquement à 10-9 m2. Dans différents modes de réalisation de ce procédé de moulage, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles : - l'organe drainant est un grillage rigide, De préférence, ce grillage rigide est un grillage polymère apte à résister aux températures d'injection de la résine. A titre illustratif, on pourra citer un polymère à base verre téflonné. - préalablement à l'étape de mise en place de l'ensemble préforme/organe drainant dans le moule, on recouvre cet organe drainant d'un agent démoulant, Le traitement préalable à l'installation de la préforme et de l'organe drainant dans le moule, de cet organe avec un agent démoulant compatible avec les températures d'injection permet de faciliter le démoulage de l'organe drainant de la pièce injectée après consolidation. Cet agent démoulant est, à titre purement illustratif, un liquide ou spray démoulant hautes températures, dont un séchage à hautes températures assure la bonne tenue sur le grillage drainant. - on maintient en position chaque élément de cet ensemble organe drainant/préforme fibreuse par ses extrémités au moyen de saillies pointues, Ces saillies sont choisies de préférence dans le groupe comprenant des tiges à pointe, des picots et des combinaisons de ces éléments. Ces éléments peuvent être droits ou incurvés, de diamètre ou section variable suivant la nature de l'organe drainant et de la préforme fibreuse. - on place le volume intérieur du moule sous vide. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de moulage tel que décrit précédemment, ce dispositif comportant un moule destiné à recevoir une résine liquide pour l'imprégnation d'une préforme placée dans ce moule, cette préforme comportant des plis non liés entre eux. Selon l'invention, ce moule comporte des moyens pour maintenir en position au moins les plis de la préforme dans ce moule lors de l'injection de ladite résine liquide. De préférence, ce dispositif comprend une première partie de moule et une deuxième partie de moule, ces parties étant destinées à coopérer pour assurer l'étanchéité du moule dans une position de moulage. Les moyens pour maintenir en position au moins les plis de la préforme comprennent des saillies placées sur la première partie de moule, chacune de ces saillies comportant une extrémité pointue et un ou plusieurs creux placés sur la deuxième partie et destinés à recevoir ces extrémités pointues lorsque les première et deuxième parties sont dans leur position de moulage. Avantageusement, ces saillies sont placées sur au moins une partie du pourtour de la partie centrale de la première partie de moule de manière à maintenir la périphérie de la préforme. Ces saillies étant placées sur le pourtour de la partie centrale de la première partie du moule, on évite ainsi d'endommager la partie centrale de la préforme. Ces saillies sont choisies de préférence dans le groupe comprenant des tiges à pointe, des picots et des combinaisons de ces éléments. Ces éléments peuvent être droits ou incurvés. Dans différents modes de réalisation possibles, l'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle d'une partie d'un dispositif de moulage selon un mode de réalisation préféré de l'invention; - la figure 2 représente schématiquement un ensemble préforme/organe drainant selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'organe drainant étant montré partiellement pour faire apparaître la préforme; - la figure 3 est une vue de l'ensemble polymérisé de la Figure 2, l'organe drainant ayant été partiellement retiré pour faire apparaître la pièce composite; La Figure 1 montre une vue partielle d'une partie d'un dispositif de moulage selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Ce dispositif de moulage comporte un moule comprenant une première partie de moule 1 et une deuxième partie de moule (non représentée). Ces première 1 et deuxième parties sont destinées à coopérer pour assurer l'étanchéité du moule dans une position de moulage dans laquelle la résine est injectée dans le moule pour imprégner une préforme comprenant des plis non liés entre eux. Cette première partie comporte des saillies 2 comportant chacune une extrémité pointue 3. Ces saillies 2 se présentent ici sous la forme d'une barrette de clous 2 réalisés en matériau métallique tel que de l'acier inoxydable. Leur extrémité pointue 3 sont chacune destinée à être reçue dans une cavité correspondante de la deuxième partie de moule dans la position de moulage. Typiquement, le procédé de moulage consiste à placer un organe drainant 4 ayant une haute perméabilité directement en contact avec une préforme 5, cette dernière comportant des plis non solidarisés entre eux. On place ensuite cet ensemble préforme/organe drainant dans le moule en encastrant cet ensemble dans les clous 2 de longueur suffisante pour dépasser de l'ensemble afin de maintenir en position cet ensemble lors de l'injection de la résine à l'état visqueux dans le moule. Ces clous 2 sont placés dans la première partie 1 de moule de sorte à percer les extrémités de la préforme 5 à injecter et de ne pas endommager la partie centrale de celle-ci. Ces saillies 2 sont de préférence placées au niveau des ports d'entrée et de sortie de la résine dans le moule, c'est-à-dire au niveau des baignoires d'entrée et de sortie de la résine. On limite alors fortement les mouvements des plis sous l'effet des fortes pressions d'injection de la résine thermoplastique à hautes performances. Avantageusement, le dispositif comporte des moyens pour créer le vide dans le moule (non représentés), ces moyens étant en communication de fluide avec le moule. On injecte la résine thermoplastique à hautes performances à l'état visqueux dans le moule pour imprégner l'ensemble. La haute perméabilité de l'organe drainant 4 contribue avantageusement à augmenter la perméabilité globale de la préforme 5 et à faciliter l'imprégnation de celle-ci dans le sens plan. Les pressions engendrées par l'injection de la résine dans la préforme sont également réduites par la présence de cet organe drainant 4. Enfin, on consolide la résine thermoplastique dans la préforme 5. La Figure 3 montre l'organe drainant 4 partiellement retiré pour faire apparaître la pièce composite 6 imprégnée et consolidée. REVENDICATIONS 1. Procédé de moulage d'une pièce en matériau composite par l'injection d'une résine thermoplastique à hautes performances dans une préforme (5) placée dans un moule, ladite préforme (5) comportant des plis non liés entre eux, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes : - on place un organe drainant (4) ayant une haute perméabilité directement en contact avec ladite préforme (5), - on place et on maintient en position chaque élément dudit ensemble ainsi obtenu dans ledit moule (1), - on injecte ladite résine à l'état visqueux dans ledit moule (1) pour imprégner ledit ensemble, - on consolide ladite résine dans ladite préforme (5). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe drainant (4) est un grillage rigide. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que préalablement à l'étape de mise en place de l'ensemble préforme/organe drainant dans le moule, on recouvre ledit organe drainant (4) d'un agent démoulant. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on maintient en position chaque élément dudit ensemble préforme/organe drainant par ses extrémités au moyen de saillies pointues (2, 3). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on place le volume intérieur dudit moule (1) sous vide. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de moulage d'une pièce en matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ledit dispositif comportant un moule destiné à recevoir une résine liquide pour l'imprégnation d'une préforme (5) placée dans ledit moule, ladite préforme (5) comportant des plis non liés entre eux, caractérisé en ce que ledit moule comporte des moyens (2, 3) pour maintenir en position au moins lesdits plis de la préforme (5) dans ledit moule lors de l'injection de ladite résine liquide. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moule comprenant une première partie de moule (1) et une deuxième partie de moule, destinées à coopérer pour assurer l'étanchéité dudit moule dans uneposition de moulage, lesdits moyens pour maintenir en position au moins lesdits plis comprennent des saillies (2) placées sur ladite première partie de moule (1), chacune desdites saillies (2) comportant une extrémité pointue (3) et un ou plusieurs creux placés sur ladite deuxième partie et destinés à recevoir lesdites extrémités pointues (3) lorsque lesdites première et deuxième parties sont dans leur position de moulage. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites saillies (2) sont placées sur au moins une partie du pourtour de la partie centrale de ladite première partie de moule (1) de manière à maintenir la périphérie de ladite préforme (5). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdites saillies (2) sont placées au niveau des ports d'entrée et de sortie de ladite résine dans ledit moule. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour créer le vide dans ledit moule, lesdits moyens étant en communication de fluide avec ledit moule.