Brevet FR2956555A1 — publié le 20110819

La présente invention concerne un dispositif multicouche pour un moule à chauffage endogène ainsi qu'un procédé de fabrication dudit dispositif multicouche. L'invention trouve avantageusement application dans le domaine des moules à chauffage endogène pour la réalisation de préformes fibreuses telles que des pièces aéronautiques ou encore des pales d'éolienne. Toutefois, bien que particulièrement prévu pour ces applications, le dispositif pourra également être mis en oeuvre pour la ré- alisation de préformes d'articles divers présentant notamment des surfaces importantes. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Les pièces composites à matrices organiques thermodurcissables sont obtenues en réalisant un certain nom- bre d'étapes au moyen d'un moule dont une étape de mise en pression et de cuisson permet la polymérisation de la résine. Le chauffage du moule peut être selon la technique retenue soit exogène soit endogène. Le chauffage exogène est obtenu dans un autoclave ou une étuve, la chaleur étant transmise par convection au moule, cette technique est fortement consommatrice d'énergie compte tenu du faible rendement thermique de ces installations et de leur inertie importante. De plus cette technique n'est pas adaptée à la production de piè- ces de grandes dimensions. Le chauffage endogène consiste à intégrer des éléments chauffants au moule qui sont, selon une première variante, des tubes chauffant permettant le passage d'un fluide caloporteur qui apporte des calories à la matrice ou, selon une seconde variante, des cordons résistifs chauffés par effet Joule qui diffusent les calories par la paroi multicouche du moule en direction de la pièce dans le moule. La première variante est relativement peu exploitable compte tenu des contraintes d'installation notamment pour la réalisation de pièces complexes. La seconde variante est particulièrement avanta- geuse ; la consommation d'énergie par rapport à la technique de chauffage exogène est réduite d'un facteur huit. Par ailleurs cette variante est beaucoup plus aisée à mettre en oeuvre par rapport à la technique endogène utilisant des tubes chauffants. Un inconvénient toutefois de cette technique réside dans le fait que le cordon composé d'un fil résistif disposé dans une gaine isolante en silicone a une section importante au regard des épaisseurs des différentes couches de la structure composite du moule et de plus n'adhère pas aux couches avec lesquelles elle est en contact. De ce fait le cordon entraîne des délaminages entre les couches, une usure accélérée de la structure du moule et, compte tenu de problèmes de dilatations et re- traits différentiels, induit des déformations de la sur-face fonctionnelle du moule. Par ailleurs, cette technique nécessite la réalisation du moule en de multiples phases à savoir une phase de polymérisation des couches constituant la surface fonctionnelle, une phase de pose du cordon, une phase de pose des couches recouvrant le cordon et une phase de polymérisation de ces couches de recouvrement. OBJET DE L'INVENTION La présente invention constitue un perfectionne- ment au dispositif multicouche utilisant un chauffage endogène avec un cordon résistif et vise à proposer un dis-positif multicouche dans lequel on supprime les problèmes d'adhésion du cordon, le risque d'usure de la structure composite ou encore l'apparition de défauts de la surface fonctionnelle. La présente invention vise par ailleurs à proposer un procédé de fabrication simplifié et notamment ne comportant qu'une étape de polymérisation. RESUME DE L'INVENTION A cet effet l'invention concerne un dispositif multicouche pour un moule à chauffage endogène comportant une structure composite permettant de définir au moins une surface fonctionnelle avec au moins deux couches composites de renfort liées à une résine thermodurcissable, et un réseau chauffant comportant un cordon chauffant relié à une alimentation électrique et tel que, selon l'invention, le cordon chauffant comporte une âme électriquement isolante en fibres sèches, apte à être imprégnée par la résine, sur laquelle est enroulé un fil ré- sistif. L'invention vise également un procédé de fabrication d'un dispositif multicouche tel que précité dans le-quel on réalise les étapes suivantes : - une étape de pose d'une couche de surface, - une étape de drapage d'une première couche de renfort, - une étape de pose d'un réseau chauffant, - une étape de drapage d'une seconde couche de renfort, - une étape de mise sous vide du dispositif multicouche, - une étape de polymérisation de la résine. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture d'un exemple détaillé de réalisation en référence aux dessins annexés, fournis à titre d'exemple non limitatif, parmi lesquels : -la figure 1 représente un premier exemple de ré- alisation en vue schématique de côté d'un cordon conforme à l'invention, -la figure 2 représente un second exemple de réalisation en vue schématique de côté d'un cordon conforme à l'invention, - la figure 3 représente une vue de dessus d'un exemple de réseau chauffant, - la figure 4 représente une vue en coupe d'un premier exemple d'empilement de couche du dispositif mul- ticouche, - la figure 5 représente une vue en coupe d'un second exemple d'empilement de couche du dispositif multicouche, - la figure 6 représente une vue en coupe d'un troisième exemple d'empilement de couche du dispositif multicouche, - la figure 7 représente, en vue de coupe, un moule chauffant comportant deux dispositifs multicouches avec une pièce moulée. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En se reportant principalement à la figure 1 on voit représenté un cordon 1, ce cordon 1 comporte un fil résistif 2 entourant une âme 3 électriquement isolante en fibres sèches formée comme une mèche. L'âme 3 constitue le support pour une résine d'imprégnation qui permet d'assurer l'adhésion du cordon avec les couches de la structure composite elles-mêmes pré-imprégnées de résine. Par ailleurs aux figures 4 à 6 on voit que le diamètre de la section du cordon 1 est faible au regard de l'épaisseur des couches de renfort 4 et de la couche de surface 5 de la structure composite 6 de sorte que les déformations du cordon 1 sous l'effet des variations de température sont encaissées par ces deux couches de sorte que la face fonctionnelle 7 de la couche de surface 5 est préservée de toute déformation. Ce cordon 1 pourra être utilisé en l'état si les couches de renforts 4 sont isolantes électriquement, par exemple en fibres de verre. En se reportant à la figure 2 on voit un second exemple de réalisation d'un cordon 1 conforme à l'invention dans lequel le cordon 1 comporte, en plus de l'âme 3 et du fil résistif 2, une gaine 8 de fibre sèche entourant ledit fil résistif 2 et apte à être imprégnée par la résine. Cette gaine peut résulter d'un guipage, d'un tressage ou d'un tricotage. Ce second exemple de cordon 1 est particulière-ment adapté à des structures composites dans lesquelles les couches de renforts 4 sont conductrices, par exemple réalisées en fibre de carbone. Cette structure du cordon 1 permet également d'assurer l'intégration du cordon chauffant avec les couches de renforts lorsque la polymérisation de la résine est réalisée. Par ailleurs, la section du cordon 1 reste suffi- samment faible en regard de l'épaisseur de la structure composite dans laquelle il est intégré pour qu'aucun retrait différentiel lors de la fabrication ou de l'utilisation du dispositif multicouche soit de nature à altérer l'intégrité de la face fonctionnelle 7. A la figure 3 on a représenté un exemple de ré-seau chauffant 9 comportant deux cordons 1 reliés en parallèle a une alimentation électrique classique représentée par un générateur de courant 10. Cet exemple n'est pas limitatif et d'autres for- mes sont bien entendu envisageables en fonction de la géométrie à donner à la face fonctionnelle 7 ou pour tenir compte des caractéristiques géométriques ou des hétérogénéités des pièces à mouler. Le nombre de cordons 1 sur un réseau chauffant 9 peut être supérieur à un. Les cordons 1 de la figure 3 sont cousus sur un tissu sec 11. Ce tissu sec 11 est réalisé avantageusement en un matériau fibreux identique à celui utilisé pour les couches de renforts 4. A titre d'exemple, le tissu sera réalisé en fibres de verre, en fibres de carbone ou en- core en fibres thermoplastiques. La couture C du cordon 1 sur le tissu sec 11 (voir figures 3, 4 et 5) se fait en suivant un patron de sorte que l'emplacement du cordon 1 sur le tissu 11 est précis et assure une distribution thermique contrôlée au niveau de la face fonctionnelle 7 correspondant à un cahier des charges déterminé pour chaque pièce à mouler. La couture sera avantageusement réalisée automatiquement par le biais d'une machine à coudre à commande numérique. Le dispositif multicouche 6 de la figure 4 corn- porte un empilement de couches avec une couche de surface 5 notamment en « gelcoat », une première couche de renfort 4 réalisée en fibre de carbone, une couche constituée du tissu sec 11 portant cousu le réseau chauffant 9 avec un cordon 1 composé du fil résistif 2 de l'âme 3 et de la gaine 8, puis une seconde couche de renfort 4. Il est important de noter que lors de la fabrication du dispositif multicouche on utilise des couches de renforts 4 pré-imprégnés. En fonction des épaisseurs des couches de renfort 4 (notamment si ces couches présentent une faible épaisseur) on prévoit de mettre en place un film de résine, non représenté à la figure, entre le tissu sec 11 et l'une ou l'autre des première et seconde couche de renfort 4. Ce film de résine permet de faciliter l'imprégnation du cordon 1 et d'augmenter par consé- quent l'adhésion et la prise du cordon 1 avec les couches de renfort 4. L'utilisation de ce film n'est pas nécessaire lorsque le procédé de fabrication comprend une phase d'infusion de la résine plutôt que l'utilisation de pré- imprégnés. L'exemple de réalisation du dispositif multicouche 60 de la figure 5 comporte aussi un empilement de couches avec la couche 5 de peau ou de surface 5 notamment en « gelcoat », un grillage métallique 12, la pre- mière couche de renfort 4 réalisée en fibre électrique- ment isolante, la couche constituée du tissu sec 11 portant le réseau chauffant 9 avec un cordon 1 composé du fil résistif 2 de l'âme 3 puis la seconde couche de renfort 4. Le grillage métallique 12 permet de drainer les charges électrostatiques qui s'accumulent à la surface de la structure composite 6 compte tenu de l'emploi de couches de renfort 4 en matériau isolant. Pour permettre la dissipation de ces charges, on prévoit de relier le gril- Tage 12 à une masse. Là encore on peut dans une variante prévoir un film de résine entre le tissu sec 11 et l'une ou l'autre des première et seconde couche de renfort 4. En se reportant cette fois à la figure 6 on voit un troisième exemple de réalisation du dispositif multicouche 600. Dans cet exemple de réalisation on retrouve une couche de surface 5, plusieurs couches de renforts 4 et deux couches de tissu sec 11 portant chacune un réseau chauffant 9. L'implantation de deux réseaux chauffants 9 pré- sente différents avantages. Il permet notamment d'accroitre la puissance thermique par unité de surface par rapport à la solution utilisant un seul réseau chauffant 9. A l'inverse, il permet, pour une même puissance thermique par unité de surface, de limiter l'intensité du courant circulant dans les cordons 1 et par conséquent de réduire leur température permettant de ralentir le vieillissement de la résine au voisinage des cordons 1. Cette solution utilisant plusieurs réseaux chauf- fants 9 à différents niveaux du dispositif multicouche permet en outre de réduire les gradients de température et donc de limiter les efforts thermiques subis par la structure composite 600. A la figure 7 enfin on a représenté un moule 13 comportant deux dispositifs multicouches 100 placés cha- cun dans un caisson 14 et dont les faces fonctionnelles 7 reprennent la forme en négatif d'une pièce 15 à réaliser par exemple une pale d'éolienne. Cette pale est réalisée à partir de tissus car- boue pré-imprégnés de résine époxy, drapés autour d'un noyau en mousse. La fabrication de la pièce 15 est réalisée classiquement, soit par infusion après avoir fermé les caissons sur la pièce 15, soit à partir des couches pré-imprégnées, l'ensemble étant chauffé par les réseaux chauffants 9 des dispositifs multicouches 100 pour polymériser la résine par exemple à une température voisine de 180 degrés. De manière avantageuse les dispositifs multicouches 100 intègrent des capteurs de température par exem- ple des thermocouples afin de permettre un pilotage pré- cis de la cuisson de la pièce à mouler 15. Le procédé de fabrication d'un dispositif multicouche 100 tel que précité est particulièrement avantageux par rapport aux techniques antérieures utilisant un cordon car l'ensemble des couches peut être polymérisé en une fois. Ainsi, pour la réalisation du dispositif multicouche on réalise les étapes suivantes : une étape de pose d'une couche de surface 5, une étape de drapage d'une première couche de renfort 4, une étape de pose d'un réseau chauffant 9, une étape de drapage d'une seconde couche de renfort 4, une étape de mise sous vide du dispositif multi- couche 100, une étape de polymérisation de la résine. De manière préférée, si la forme et les dimensions du moule à obtenir s'y prêtent, la polymérisation du moule est obtenue par chauffage à l'aide du réseau chauffant. Toutefois dans une variante de réalisation le chauffage permettant la polymérisation du dispositif multicouche (moule) sera extérieur et par exemple réalisé dans une étuve ou un autoclave. Dans le cas où la résine est apportée par infusion, le procédé de fabrication comporte une étape de pose d'un tissu d'arrachage et d'une grille d'infusion et une étape d'infusion de la résine. Ces étapes sont réalisées respectivement avant et lors de l'étape de mise sous vide. Dans le cas où les couches de renforts 4 sont pré-imprégnées ces étapes sont inutiles mais on peut pré-voir en option une étape de pose d'un film de résine entre la couche de tissu sec 11 et l'une ou les deux cou- ches de renforts 4 jouxtant la couche de tissu sec 11. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention le dispositif multicouche comprend plusieurs réseaux chauffants 9 disposés à des niveaux différents, pour ce faire, on prévoit au niveau du procédé de fabri- cation au moins une étape supplémentaire de pose d'un second réseau chauffant 9 et une étape supplémentaire de drapage d'une couche additionnelle de renfort 4. On mentionnera que les dispositifs multicouches 100 peuvent posséder deux faces fonctionnelles 7, et donc deux couches de surface 5. REVENDICATIONS1. Dispositif multicouche pour un moule à chauffage endogène comportant une structure composite (6) per- mettant de définir au moins une face fonctionnelle (7) avec au moins deux couches composites de renfort (4) liées à une résine thermodurcissable, et un réseau chauffant (9) comportant un cordon chauffant (1) relié à une alimentation électrique caractérisé en ce que le cordon chauffant (1) comporte une âme (3) électriquement isolante en fibres sèches, apte à être imprégné par de la résine et sur laquelle est enroulé un fil résistif (2). 2. Dispositif multicouche selon la revendication 1 dans lequel les couches de renfort (4) sont électrique- ment conductrices et le cordon chauffant (1) comporte une gaine (8) de fibre sèche entourant le fil résistif (2) et apte à être imprégnée par la résine. 3. Dispositif multicouche selon la revendication 1 dans lequel les couches de renfort(4) sont électrique- ment isolantes et dans lequel la structure composite (6) comporte un grillage métallique (12) apte à être relié à une masse. 4. Dispositif multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le cordon chauffant (1) est cousu sur un tissu sec (11). 5. Dispositif multicouche selon l'une ou l'autre des revendications 4 et 5 dans lequel le tissu sec (11) est intercalé entre deux couches de renfort(4). 6. Dispositif multicouche selon la revendication 6 dans lequel la structure composite (6) comporte un film de résine entre le tissu sec (11) et l'une ou les deux couches de renfort(4). 7. Dispositif multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant au moins deux réseaux chauffants (9). 8. Procédé de fabrication d'un dispositif multicouche (100) en matériau composite comportant une matrice en résine, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes . - une étape de pose d'une couche de surface (5), une étape de drapage d'une première couche de renfort (4), - une étape de pose d'un réseau chauffant (9), - une étape de drapage d'une seconde couche de renfort (4), - une étape de mise sous vide du dispositif multicouche (100), - une étape de polymérisation de la résine. 9. Procédé de fabrication selon la revendication 8 dans lequel la polymérisation de la résine est obtenue par une étape de chauffage à l'aide du réseau chauffant (9).