Brevet FR3004378A1 — publié le 20141017

La présente invention concerne le domaine du moulage de composite par injection. L'invention concerne un procédé de moulage d'une pièce par injection d'un polymère liquide. Dans la description qui suit les termes "amont" et "aval" sont définis par rapport au sens de circulation normal de la résine depuis le système d'injection vers le moule. Pour fabriquer un composite à matrice polymère (un tel polymère est également appelé une résine) renforcé par un renfort fibreux, on connait les procédés par injection de résine de type LCM (« Liquid Composite Molding » en anglais ou « Moulage de composite liquide »). Les procédés LCM désignent les procédés dans lesquels on injecte un polymère liquide dans un moule qui contient déjà le renfort fibreux. Ce renfort fibreux est par exemple un tissage ou un tressage de fibres de renfort. Les procédés LCM comprennent ainsi le procédé RTM (« Resin Transfer Molding ») où le polymère est injecté par pression, le procédé VARTM (« Vacuum Assisted RTM ») où on fait le vide dans le moule afin d'aspirer le polymère. Dans un procédé LCM, le polymère est, au moment de son injection dans le moule, suffisamment fluide pour s'y écouler librement afin d'imprégner le renfort fibreux. Une fois le polymère injecté dans le moule, le polymère passe à l'état solide (par exemple par chauffage) Le polymère présentant une viscosité, il peut ne pas remplir tous les espaces du moule, et/ou ne pas remplir tous les espaces entre les fibres du renfort fibreux. Les zones non remplies par le polymère sont indésirables, car elles fragilisent le composite après moulage et/ou empêchent le composite de posséder la forme voulue. Afin de s'assurer du remplissage complet et satisfaisant du moule, on effectue donc des essais de remplissage du moule par procédé LCM. Ces 30 essais ont également pour but de valider des simulations numériques de remplissage du moule. Pour s'assurer du remplissage du moule, on utilise des capteurs situés dans les parois internes du moule. Ces capteurs permettent ainsi de vérifier que le polymère s'écoule le long de toutes les parois du moule, et 35 donne également certaines informations sur l'ordre de remplissage des différentes parties du moule par le polymère pendant son injection dans le moule. Ces informations concernant le remplissage du moule sont cependant partielles, car ces capteurs ne donnent que des informations ponctuelles et ne permettent pas de recueillir d'information concernant le remplissage dans l'épaisseur de la pièce. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention vise à proposer un procédé qui permette d'obtenir un maximum d'informations concernant le remplissage du moule. Ce but est atteint grâce au fait que le procédé comporte les étapes suivantes : (a) On fournit un moule et on fournit au moins un système d'injection qui est apte à injecter un polymère dans ce moule, (b) On injecte au moins un colorant dans ce polymère en amont du 15 moule, (c) On injecte le mélange constitué du polymère et du au moins un colorant dans ce moule. Grâce à ces dispositions, il se forme dans le moule une alternance de strates colorées qui sont visibles après le démoulage de la pièce hors du 20 moule. Il est ainsi possible d'identifier notamment l'ordre de remplissage des différentes régions du moule. L'invention concerne également un dispositif de moulage qui comprend un moule et au moins un système d'injection qui est apte à injecter un polymère dans ce moule. 25 Selon l'invention le dispositif de moulage comprend au moins un mécanisme d'injection qui est apte à injecter un colorant dans le polymère avant l'entrée du polymère dans le moule. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation 30 représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un procédé de moulage selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'un procédé de 35 moulage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, L'invention est décrite ci-dessous dans le cas où le moule contient une préforme fibreuse avant le remplissage du moule par le polymère, afin de mouler un matériau composite. L'invention est cependant également utilisable dans le cas où le moule ne contient pas de préforme fibreuse. Il s'agit alors de mouler un polymère. Le procédé d'injection du polymère dans le moule est alors identique à un procédé LCM, à l'exception de la présence d'une préforme fibreuse dans le moule. On considère un procédé LCM, qui désigne un procédé dans lequel on injecte un polymère 80 liquide dans un moule 50 dans lequel a été 10 placé précédemment le renfort fibreux 90. Ce renfort fibreux 90 est par exemple un tissage ou un tressage de fibres de renfort. Dans un procédé LCM utilisé dans la présente invention, le polymère 80 est, au moment de son injection dans le moule 50, suffisamment fluide pour s'y écouler. Ainsi, le polymère 80 est au moins apte à remplir la 15 majorité de l'espace du moule 50 laissé libre par le renfort fibreux 90. On décrit maintenant un premier mode de réalisation de l'invention, en référence à la figure 1, qui représente schématiquement le procédé de moulage selon ce premier mode. On fournit un moule 50, et on fournit un système d'injection 10 qui 20 est apte à injecter un polymère 80 dans ce moule 50 (étape (a)). Le polymère 80 est injecté dans le moule 50 à l'aide d'un système d'injection 10 unique. Le polymère 80 suit un trajet entre le système d'injection 10 et le moule 50 pour parvenir jusqu'au moule 50. Le polymère est guidé dans 25 son trajet jusqu'au moule 50, par exemple dans un canal. On injecte ensuite un premier colorant 201 dans le polymère 80 sur son trajet entre le système d'injection 10 et le moule 50 (étape (b)). Cette injection est par exemple effectuée à l'aide d'un premier mécanisme d'injection 20, 21 de colorant qui injecte ce premier colorant 30 201 dans le polymère 80. Ce premier mécanisme d'injection 20 de colorant est situé en aval du système d'injection 10 et en amont du moule 50, de telle sorte que le premier colorant 201 est injecté dans le polymère 80 sur son trajet entre le système d'injection 10 et le moule 50. Ensuite, on injecte le mélange constitué du polymère 80 et du 35 premier colorant 201 dans le moule 50. Avantageusement, on fournit un mélangeur 30 à l'aide duquel on mélange le premier colorant 201 et le polymère 80. Ce mélange a lieu entre les étapes (b) et (c). Ce mélangeur 30 permet d'obtenir une coloration uniforme du polymère 80 par le premier colorant 201, la couleur finale étant différente de la couleur initiale du polymère 80 (la couleur initiale est la couleur avant le mélange avec le premier colorant 201). Pendant l'injection du polymère 80 dans le moule 50 afin de remplir ce moule 50, on effectue à un instant donné une injection de premier colorant 201 dans le polymère 80. Ainsi, avant cette injection de premier colorant 201, le moule se remplit de polymère 80. Pendant cette injection de premier colorant 201, le moule se remplit de polymère 80 coloré avec le premier colorant 201. Après cette injection de premier colorant 201, le moule se remplit à nouveau de polymère 80 (sans colorant). Ainsi, il se forme dans le moule 50 une couche, ou strate, de polymère 80 coloré. De cette façon, on peut, après ouverture du moule 50, observer visuellement la séquence et le mode de remplissage du moule 50 et des différentes régions du moule. Cette information est très utile. Elle permet notamment de valider des modélisations théoriques de remplissage d'un moule par un polymère. Avantageusement, on effectue plusieurs injections monochromes de premier colorant 201, deux injections successives étant séparées par un intervalle de temps. Les injections sont monochromes, car elles utilisent toujours le même premier colorant 201. L'intervalle de temps entre deux injections successives du premier colorant 201 est le temps entre la fin de la première injection et le début de la deuxième injection. Ainsi, on forme plusieurs strates de premier colorant 201 dans le moule 50 (ces strates sont séparées par des couches de polymère 80 non-coloré), ce qui permet d'obtenir plus d'informations concernant le 30 remplissage du moule 50 par le polymère 80. Avantageusement, chacun de ces intervalles de temps entre deux injections correspond à un volume injecté identique. Ainsi, selon la répartition spatiale de chacune des strates de premier colorant 201 dans le moule 50, on obtient des informations sur l'ordre de 35 remplissage des différentes zones du moule 50 par le polymère. En variante, à l'étape (b), on injecte successivement plusieurs colorants dans le polymère 80 sur son trajet entre le système d'injection 10 et le moule 50. Chacun des colorants est d'une couleur distincte. Deux injections successives de colorant sont séparées par un intervalle de temps. L'intervalle de temps entre deux injections successives est le temps entre la fin de la première injection et le début de la deuxième injection. Ainsi, tandis que le polymère 80 est injecté dans le moule 50, on injecte un premier colorant 201 dans le polymère 80 de façon à créer dans 10 le moule 50 une strate d'une première couleur. Dans l'intervalle de temps entre la première injection (d'un premier colorant 201) et la deuxième injection (d'un deuxième colorant 202), le polymère 80 (non-coloré) entre dans le moule et y créé une strate non-colorée. Puis, avec l'injection du deuxième colorant 202, on crée dans le 15 moule 50 une strate d'une deuxième couleur. Si l'intervalle de temps est sensiblement nul, la strate de deuxième couleur est contiguë à la strate de première couleur. Chaque injection du premier colorant 201 est par exemple effectuée à l'aide d'un premier mécanisme d'injection 20, 21 de colorant qui injecte 20 ce premier colorant 201 dans le polymère 80, et chaque injection du deuxième colorant 202 est effectuée à l'aide d'un deuxième mécanisme d'injection 20, 22 de colorant qui injecte ce deuxième colorant 202 dans le polymère 80. Ce premier mécanisme d'injection 20, 21 et ce deuxième mécanisme d'injection 20, 22 sont situés en aval du système d'injection 10 25 et en amont du moule 50, de telle sorte que le premier colorant 201 et le deuxième colorant 202 sont injectés dans le polymère 80 sur son trajet entre le système d'injection 10 et le moule 50. Cette variante du procédé selon l'invention est illustrée schématiquement en figure 1 dans le cas où le nombre de colorants 30 injectés est égal à deux, comme décrit ci-dessus. Dans le cas général, le nombre de colorants injectés est supérieur à deux, et chaque colorant est injecté par un mécanisme d'injection 20 distinct. Avantageusement, un mélangeur 30 se situe en aval de chaque 35 mécanisme d'injection 20 et en amont du moule 50, et effectue un mélange du polymère 80 et de chaque colorant de telle sorte que le polymère coloré par ce colorant est injecté dans le moule 50. Par exemple, ce mélangeur est un mélangeur statique, c'est-à-dire un mélangeur sans pièce en mouvement, et qui réalise le mélange de 5 deux produits de par sa géométrie interne. Le premier mode de réalisation de l'invention présente l'avantage de n'utiliser qu'un seul système d'injection 80. On décrit maintenant un deuxième mode de réalisation de l'invention en référence à la figure 2, qui représente schématiquement le procédé de 10 moulage selon ce deuxième mode. On fournit un moule 50, et on fournit plusieurs systèmes d'injection 10, chaque système d'injection 10 étant apte à injecter un polymère 80 dans ce moule 50 (étape (a)). Le polymère 80 suit un trajet entre chaque système d'injection 10 et 15 le moule 50 pour parvenir jusqu'au moule 50. Le polymère 80 est guidé dans chaque trajet depuis un quelconque des systèmes d'injection 10 jusqu'au moule 50, par exemple dans un canal. On injecte un colorant dans le polymère 80 en amont de la sortie de chaque système d'injection 10 (étape (b)). 20 Cette injection est par exemple effectuée à l'aide d'un mécanisme d'injection 20 de colorant qui injecte ce colorant dans le polymère 80. Par exemple, à chaque système d'injection 10 est associé un mécanisme d'injection 20 qui injecte un colorant dans ce système d'injection. Ainsi, ce colorant est mélangé au polymère 80 dans le système 25 d'injection 10, et le polymère 80 mélangé à ce colorant sort du système d'injection 10 pour aller jusqu'au moule 50. En variante, un seul des systèmes d'injection 10 peut ne pas avoir de mécanisme d'injection de colorant qui lui est associé, le polymère 80 qui sort de ce système d'injection n'étant pas coloré. Cependant cette absence de coloration 30 permet de le distinguer des autres polymères colorés qui sortent des autres systèmes d'injection 10. Le mécanisme d'injection 20 peut être automatique (piloté par ordinateur) ou manuel (avec une intervention humaine). La figure 2 illustre le cas où on fournit un premier système d'injection 35 11, auquel est associé un premier mécanisme d'injection 21 qui injecte un premier colorant 201 dans le premier système d'injection 11, et où on fournit un deuxième système d'injection 12, auquel est associé un deuxième mécanisme d'injection 22 qui injecte un deuxième colorant 202 dans le deuxième système d'injection 12. Le polymère 80 coloré par le premier colorant 201 suit un trajet depuis le premier système d'injection 11 jusqu'au moule 50, et le polymère 80 coloré par le deuxième colorant 202 suit un autre trajet depuis le deuxième système d'injection 12 jusqu'au moule 50. Chacun des polymères 80 ainsi coloré par une couleur distincte peut alors être injecté alternativement dans le moule 50 pour former dans le moule 50 une alternance de strates de couleurs différentes. Le procédé selon l'invention fournit des informations sur le remplissage du moule 50 lorsque l'écoulement du polymère dans le moule est laminaire, car les strates de couleur sont alors bien définies. Le procédé selon l'invention fournit également des informations sur la présence de zones de turbulences dans le moule 50 lorsque l'écoulement est localement turbulent. Selon l'invention, comme décrit ci-dessus, on effectue une alternance d'injections dans le moule 50 de polymère 80 sans colorant et de polymère 80 coloré avec un colorant, ou une alternance d'injections dans le moule 50 de polymère 80 coloré avec un colorant et de polymère coloré avec un autre colorant. L'invention porte également sur un dispositif de moulage qui comprend un moule 50, au moins un système d'injection 10 qui est apte à injecter un polymère 80 dans ce moule 50, et au moins un mécanisme d'injection 20 qui est apte à injecter un colorant dans ce polymère 80 avant l'entrée du polymère 80 dans le moule 50. Dans le premier mode de réalisation selon l'invention, le dispositif de moulage comprend un seul système d'injection 10 qui est apte à injecter un polymère 80 dans ce moule 50, et au moins un mécanisme d'injection 20 qui est apte à injecter un colorant dans ce polymère 80 avant l'entrée du polymère 80 dans le moule 50. En option, le dispositif de moulage comprend également un mélangeur 30 qui mélange le colorant avec le polymère 80. Dans le second mode de réalisation de l'invention, le dispositif de 35 moulage comprend un moule 50, plusieurs systèmes d'injection (10, 11, 12), et plusieurs mécanismes d'injection (20, 21, 22) de colorants, chaque mécanisme d'injection (20, 21, 22) étant associé à un système d'injection et étant apte à injecter un colorant (201, 202) dans le système d'injection (10, 11, 12) auquel ce mécanisme d'injection est associé, de telle sorte qu'un polymère coloré par un colorant sort de chaque système d'injection. Selon l'invention, le dispositif de moulage comprend également un moyen de supervision qui est apte à piloter et à modifier divers paramètres des injections. Par exemple, ce moyen de supervision est apte à maitriser la quantité de colorant injectée dans le polymère 80 en fonction du débit et de la pression d'injection, et le volume de colorant injecté pour chaque séquence d'injection. Ce moyen de supervision peut être humain. Avantageusement, ce moyen de supervision est automatique, ce qui permet un fonctionnement plus complexe et plus rapide du dispositif selon l'invention. Avantageusement, la viscosité du mélange colorant/polymère est proche de la viscosité du polymère seul. Avantageusement, dans les conditions du procédé selon l'invention, la cinétique de réticulation du mélange colorant/polymère est proche de la cinétique de réticulation du polymère seul. Ainsi, la présence du colorant influe moins sur le remplissage du moule. REVENDICATIONS1. Procédé de moulage d'une pièce par injection d'un polymère liquide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : (a) On fournit un moule (50), et on fournit au moins un système d'injection (10) qui est apte à injecter un polymère (80) dans ledit moule (50), (b) On injecte au moins un colorant (201, 202) dans ledit polymère (80) en amont dudit moule (50), (c) On injecte le mélange constitué dudit polymère (80) et dudit au moins un colorant (201, 202) dans ledit moule (50). 2. Procédé de moulage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape (a) on fournit un seul système d'injection (10), à l'étape (b) on injecte ledit au moins un colorant (201, 202) en aval dudit système d'injection (10), à l'aide d'un mécanisme d'injection (20). 3. Procédé de moulage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fournit un mélangeur (30) à l'aide duquel on mélange ledit au moins un colorant (201, 202) et ledit polymère (80), ce mélange ayant lieu entre les étapes (b) et (c). 4. Procédé de moulage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, à l'étape (b), on effectue plusieurs injections du même colorant, deux injections successives étant séparées par un intervalle de temps. 5. Procédé de moulage selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacun desdits intervalles de temps entre deux injections est correspond à un volume injecté identique. 6. Procédé de moulage selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à l'étape (b), on effectue plusieurs injections de colorants (201, 202) successives, deux injections successives étant séparées par un intervalle de temps, chacun desdits colorants (201, 202) étant d'une couleur distincte. 7. Procédé de moulage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'étape (a) on fournit plusieurs systèmes d'injection (10, 11, 12), et en ce que, à l'étape (b), pour chacun desdits systèmes d'injection (10, 11, 12), ledit polymère (80) est coloré avec un colorant en amont de la sortie de ce système d'injection (10, 11, 12). 8. Procédé de moulage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couleur du colorant dans un desdits systèmes d'injection (10, 11, 12) est distincte de la couleur du colorant dans un autre desdits systèmes d'injection (10, 11, 12). 9. Procédé de moulage selon la revendication 8, caractérisé en ce que à chacun desdits systèmes d'injection (10, 11, 12) est associé un mécanisme d'injection (20, 21, 22) qui injecte un colorant (201, 202) dans ce système d'injection (10, 11, 12) de telle sorte que ledit colorant (201, 202) est mélangé audit polymère (80) dans ledit système d'injection (10, 11, 12), et ledit polymère (80) mélangé à ce colorant sort du système d'injection (10, 11, 12) et va jusqu'au dit moule (50). 10. Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à l'étape (a), ledit moule (50) comprend une préforme fibreuse (90), et à l'étape (c), l'injection dans ledit moule (50) s'effectue par un procédé LCM. 11. Dispositif de moulage qui comprend un moule (50) et au moins un système d'injection (10) qui est apte à injecter un polymère (80) dans ledit moule (50), ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un mécanisme d'injection (20) qui est apte à injecter un colorant dans ledit polymère (80) avant l'entrée dudit polymère (80) dans ledit moule (50).