Brevet FR2942167A1 — publié le 20100820

La présente invention a pour objet, dans le domaine de la fabrication de pièces en matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, un procédé de fabrication par moulage sous pression d'une pièce composite à structure monolithique creuse, ainsi que la pièce obtenue par ce procédé. Parmi les procédés connus de fabrication par moulage sous pression de pièces en matériau composite à matrice thermoplastique ou thermodurcissable présentant une structure creuse, l'un consiste à mouler sous pression une partie de la pièce creuse à réaliser, en utilisant une forme interne et une forme externe, à mouler parallèlement l'autre partie de ladite pièce, puis à assembler les deux parties par collage ou par d'autre procédés de solidarisation, afin de reconstituer la pièce souhaitée. Une pièce creuse fabriquée selon un tel procédé ne permet de garantir, lorsque cela est nécessaire, une continuité des fibres de renforts au niveau de la jonction des deux parties, ce qui est préjudiciable aux performances mécaniques de ladite pièce. Un autre procédé connu consiste à mouler le matériau composite sous pression sur un noyau fusible, ce dernier étant évacué après moulage, au travers d'un orifice pratiqué dans la pièce. Ces procédés de fabrication sont généralement limités à une certaine classe de matériaux composites dont les températures de mise en oeuvre doivent impérativement être compatibles avec celles des noyaux fusibles utilisés. D'autre part, ces noyaux fusibles ne permettent pas de garantir la forme interne de la pièce, laquelle peut, selon la nature dudit noyau, s'effondrer à partir d'un certain niveau de pression. En effet, les procédés actuels de moulage sous pression peuvent faire appel à de très hautes pressions, jusqu'à 200 bars par exemple dans le brevet EP 1 382 436 au nom du présent inventeur. Il n'existe pas actuellement de procédé de fabrication par 35 moulage sous pression d'un matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, permettant d'obtenir une pièce à structure monolithique creuse. La présente invention a pour but de proposer un procédé de fabrication permettant de remédier à cette carence, ainsi que la 5 pièce obtenue par ce procédé. Le procédé de fabrication par moulage sous pression d'une pièce composite à structure monolithique creuse dans le domaine de la fabrication de pièces en matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique ou 10 thermodurcissable, se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste à réaliser les étapes successives suivantes : - moulage, dans un matériau composite, constitué de fibres et d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, d'au moins un conteneur ouvert, ainsi que d'un bouchon de 15 fermeture dudit conteneur ouvert, - remplissage total dudit conteneur ouvert avec un matériau incompressible se présentant sous forme de poudre, et comportant des propriétés de tenue à des températures supérieures à la température de fusion du 20 matériau composite dont est fait ledit conteneur ouvert, - fermeture dudit conteneur avec ledit bouchon, - enveloppement dudit conteneur fermé avec un matériau composite constitué de fibres et d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, 25 - moulage de la pièce sous pression en utilisant comme noyau ledit conteneur fermé et chargé, - après démoulage, perçage d'au moins trou dans la pièce, et extraction dudit matériau incompressible par ledit trou. 30 Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, on utilise pour la réalisation du conteneur, un matériau composite qui présente une tenue à la température supérieure ou égale à celle du matériau composite utilisé pour la réalisation de la pièce. 35 Si cette caractéristique peut paraître évidente pour des matériaux composites à matrice thermodurcissable, il n'en est pas de même pour les matériaux composites à matrices thermoplastiques. On a toutefois constaté qu'en utilisant, par exemple, le même matériau composite à matrice thermoplastique pour réaliser le conteneur et la pièce, c'est-à-dire ayant la même température de fusion, la montée à température de fusion du conteneur lors du moulage sous pression de la pièce finale, n'avait aucune incidence sur la forme finale dudit conteneur, et plus particulièrement sur celle de sa cavité interne. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, le matériau incompressible se présentant sous forme de poudre consiste en de la poudre de verre de faible granulométrie. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, on réalise le moulage du conteneur sur un 15 noyau métallique. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, on utilise plus d'un conteneur dans la réalisation d'une pièce afin de créer dans celle-ci plus d'une cavité. 20 Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, avant l'enveloppement des conteneurs fermés avec un matériau composite constitué de fibres et d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, on relie lesdits conteneurs entre eux au moyen de fibres de renfort. 25 Les avantages et les caractéristiques du procédé selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. Dans le dessin annexé : 30 - les figures 1, 2, 3 et 4 représente des vues schématiques en perspective illustrant des étapes successives du procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite selon l'invention. - la figure 5 représente une vue schématique en coupe 35 transversale la pièce à fabriquer au cours du procédé selon l'invention. - la figure 6 représente une vue schématique en perspective illustrant une autre étape du même procédé. - la figure 7 représente une vue schématique en perspective et en coupe longitudinale de la pièce obtenue par le procédé selon l'invention. En référence à la figure 1 on peut voir que les deux premières étapes du procédé de fabrication consistent en la fabrication d'un conteneur 1, comprenant une partie ouverte 10 et un bouchon 11 adapté à permettre de fermer la partie ouverte 10 pour former le conteneur 1. La partie ouverte 10 et le bouchon 11 sont réalisés dans un matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, de préférence ils sont réalisés dans le même matériau composite. La partie ouverte 10 est obtenue par moulage sur un noyau, de préférence métallique, permettant de créer une cavité interne 12, laquelle peut présenter différentes formes, même complexes. Le bouchon 11 est également obtenu par moulage, il présente un profil adapté à permettre une fermeture étanche de la partie ouverte 10. En référence à la figure 2, on peut voir que l'étape suivante du procédé selon l'invention consiste à remplir la partie ouverte 10 avec un matériau incompressible 2 se présentant sous forme de poudre, et qui comporte des propriétés de tenue à des températures supérieures à celle de fusion du matériau composite dont est faite la partie ouverte 10. De manière avantageuse ce matériau 2 utilisé consiste en de la poudre verre, en sorte de pouvoir traiter tous les matériaux composites connus. Par ailleurs, le matériau 2 utilisé présente de préférence une granulométrie très réduite, en sorte de garantir un remplissage optimal de la partie ouverte 10. Après remplissage total, le bouchon 11 est assujetti à la partie ouverte 10. Dans le cas de matériaux composites à matrice thermodurcissable, le bouchon 11 peut être collé, tandis que dans le cas d'une matrice thermoplastique, il peut être prévu un montage ajusté associé à un serrage spécifique. On obtient ainsi le conteneur 1 représenté sur la figure 3, et qui consiste en une enveloppe fermée réalisée en matériau composite, dont la cavité interne 12, non visible, est remplie de matériau 2. Ce conteneur 1 destiné à constituer le noyau de la pièce 3 à fabriquer, et représentée sur la figure 4. Le conteneur 1 a ainsi été enveloppé d'une couche 30 de matériau composite constitué de fibres de renfort et d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, comme cela est visible sur la figure 5, pour constituer une enveloppe monolithique qui garantit une continuité des fibres de renfort. L'ensemble ainsi constitué est ensuite moulé en étant soumis à dans des conditions particulières de température et de pression, selon un procédé de moulage sous pression tel que, non limitativement, celui décrit dans le brevet EP 1 382 436. Lors de cette opération de moulage sous haute pression, le conteneur 1 conserve toute son intégrité et ne s'effondre pas du fait de son remplissage avec le matériau 2. Après consolidation de la pièce 3, on y pratique un trou 31, comme cela est visible sur la figure 6, afin de permettre l'évacuation du matériau 2. Il y a lieu de remarquer qu'il est possible qu'il soit nécessaire, selon la nature et/ou la complexité de la forme de la pièce à fabriquer, d'avoir à pratiquer plusieurs trous. De même, il est possible après extraction du matériau 2, de boucher le ou les trous 31. Selon la nature du matériau ou des matériaux du conteneur 30 1 et de la couche 30, il peut y avoir fusion entre elles des différentes parties qui composent la pièce 3. Ainsi, dans le cas d'un conteneur 1 fait d'une matrice thermoplastique, il peut y avoir lors de l'opération de moulage, fusion du bouchon 11 avec la partie ouverte 10. 35 Dans le cas d'utilisation des matériaux thermoplastiques identiques pour le conteneur 1 et la couche 30, il peut s'opérer une fusion complète permettant d'obtenir une pièce 3 dont la structure monolithique creuse composée d'un seul et même matériau composite, et qui comporte une cavité 32 qui n'est autre que la cavité 12, comme cela est représenté sur la figure 7. Le procédé selon l'invention permet de fabriquer des pièces composites à structure monolithique creuse, sans discontinuité des fibres de renfort. On notera que les fibres de renfort peuvent être disposées, non limitativement, en nappes ou bien enroulées en continu selon une ou plusieurs directions choisies, également sans discontinuité. On notera également que le procédé selon l'invention permet de fabriquer des pièces comprenant chacune plus d'une cavité, où chacune des cavités est obtenue au travers d'un conteneur 1. De manière avantageuse, lors de la mise en place de la couche 30, les différents conteneurs 1 destinés à créer chacun une cavité, pourront être reliés les uns aux autres au moyen de fibres de renfort, se présentant sous forme de tresses par exemple, en sorte de renforcer la cohésion de la pièce à fabriquer. REVENDICATIONS1) Procédé de fabrication par moulage sous pression d'une pièce (3) composite à structure monolithique creuse dans le domaine de la fabrication de pièces en matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser les étapes successives suivantes : - moulage, dans un matériau composite constitué de fibres et d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, d'au moins un conteneur ouvert (10) ainsi que d'un bouchon (11) de fermeture dudit conteneur ouvert (10), - remplissage total dudit conteneur ouvert (10) avec un matériau incompressible (2) se présentant sous forme de poudre, et comportant des propriétés de tenue à des températures supérieures à la température de fusion du matériau composite dont est fait ledit conteneur ouvert (10), - fermeture dudit conteneur (10) avec ledit bouchon (11), - enveloppement dudit conteneur fermé (1) avec un matériau composite (30) constitué de fibres et d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, - moulage de la pièce (3) sous pression en utilisant comme noyau ledit conteneur fermé et chargé (1), - après démoulage, perçage d'au moins trou (31) dans ladite pièce (3), et extraction dudit matériau incompressible (2) par ledit trou (31). 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise pour la réalisation du conteneur (1), un matériau composite qui présente une tenue à la température supérieure ou égale à celle du matériau composite utilisé pour la réalisation de la pièce (3). 3) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau incompressible (2) seprésentant sous forme de poudre consiste en de la poudre de verre de faible granulométrie. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise le moulage du 5 conteneur (10) sur un noyau métallique. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise plus d'un conteneur (10) dans la réalisation d'une pièce (3) afin de créer dans celle-ci plus d'une cavité (32). 10 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, avant l'enveloppement des conteneurs fermés (1) avec un matériau (30) composite constitué de fibres et d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, on relie lesdits conteneurs (1) entre eux au moyen de fibres de renfort. 15 7) Pièce composite à structure monolithique creuse, sans discontinuité des fibres de renfort caractérisé en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.