Brevet FR3020009A1 — publié le 20151023

Procédé et installation de moulage par transfert La présente invention se rapporte à un procédé de moulage dit : « par transfert de résine » et à une installation permettant la mise en oeuvre de ce procédé. Un domaine d'application envisagé est celui de la réalisation de pièces en matériau composite. Le procédé de moulage par transfert de résine, plus connu sous le nom de procédé « RTM », acronyme de l'expression anglaise « Resin Transfer Molding », est bien connu pour la mise en oeuvre de résines thermodurcissables. Ainsi, selon ce procédé, un moule est réalisé, généralement en deux parties, de manière à pouvoir définir un espace de moulage étanche correspondant aux contours de la pièce composite désirée. Dans une première phase où le moule est ouvert, on installe des préformes de renfort faites d'une superposition de couches textiles dans l'espace de moulage. Ensuite le moule est refermé et on vient injecter une résine thermodurcissable qui remplit alors l'espace de moulage en imprégnant les fibres des préformes de renfort. Usuellement, la résine thermodurcissable résulte du mélange de deux composants aptes à réagir l'un avec l'autre, et pour accélérer la réaction, on ajoute non seulement un catalyseur au mélange, mais aussi, on fournit de l'énergie thermique à l'espace de moulage. Après que la résine thermodurcissable a durci, on ouvre le moule afin d'en extraire la pièce composite ainsi réalisée. Il a été imaginé de réaliser des pièces composites à base de polymère thermoplastique, essentiellement pour faciliter le recyclage. Pour ce faire, le matériau thermoplastique est préalablement chauffé de manière à pouvoir être injecté à l'intérieur de l'espace de moulage. Toutefois, la viscosité des matériaux thermoplastiques chauffés et ramollis, est bien supérieure à la viscosité des résines thermodurcissables usuelles. Partant, le matériau thermoplastique est injecté sous pression dans l'espace de moulage et les flux induits de matériau provoquent le déplacement des préformes à l'intérieur de l'espace de moulage. En conséquence, les préformes de renfort ne s'étendent pas de manière continue et homogène à l'intérieur de la pièce composite ainsi réalisée. Ce phénomène est aussi observé lorsqu'on met en oeuvre les résines thermodurcissables par RTM à haute voir très haute pression afin de diminuer les temps d'injection. Afin de pallier cet inconvénient, il a été imaginé d'appliquer des agents collants entre les couches textiles des préformes de renfort. Cependant, de tels agents ne permettent pas d'empêcher complètement le glissement des couches les unes par rapport aux autres. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un procédé de moulage et une installation de mise en oeuvre, qui permettent de réaliser des pièces composites à base de polymères thermoplastiques à l'intérieur desquelles les préformes de renfort viennent s'étendre de manière homogène. Dans ce but, et selon un premier objet, la présente invention propose un procédé de moulage par transfert, du type comprenant les étapes suivantes : a) on fournit d'une part un moule présentant un espace de moulage, et d'autre part des préformes de renfort et un polymère en phase liquide ; b) on installe lesdites préformes de renfort à l'intérieur dudit espace de moulage ; et, c) on injecte ledit polymère en phase liquide à l'intérieur dudit espace de moulage de manière à ce que ledit polymère en phase liquide vienne s'étendre dans ledit espace de moulage en imprégnant lesdites préformes ; à l'étape c), on engage des organes de maintien à travers ledit espace de moulage pour pouvoir maintenir lesdites préformes en position fixe. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre d'organes de maintien à travers l'espace de moulage durant l'injection de manière à pouvoir maintenir les préformes de renfort, malgré la pression du polymère à l'intérieur de l'espace de moulage. La pression du polymère induit différents flux à l'intérieur de l'espace de moulage et les préformes de renfort ainsi maintenues résistent à ces différents flux. On observera que les flux présentent des intensités différentes entre le point d'injection à l'intérieur de l'espace de moulage et les zones opposées. Aussi, comme on l'expliquera ci- après, il peut être nécessaire de mettre en oeuvre une plus grande quantité d'organes de maintien au voisinage du point d'injection où les flux sont d'intensité maximale. De la sorte, les préformes de renfort s'étendent dans la pièce composite alors obtenue, de manière homogène et continue. Il en résulte que ses propriétés mécaniques sont elles-mêmes homogènes et continues. Aussi, et de manière préférentielle, à l'étape a), on fournit un polymère thermoplastique en fusion comme polymère en phase liquide. Le polymère thermoplastique est dans une phase liquide relativement visqueuse, ce qui nécessite une forte pression d'injection afin qu'il puisse s'étendre dans tout l'espace de moulage. En outre, à l'étape a), on fournit avantageusement des couches textiles superposées comme préformes de renfort. Aussi, grâce aux organes de maintien, les couches textiles sont maintenues en position fixe les unes par rapport aux autres durant l'imprégnation du polymère thermoplastique en phase liquide. Selon une autre variante, à l'étape a), on fournit un polymère thermodurcissable comme polymère en phase liquide. Le polymère est par exemple préchauffé et on l'injecte à haute pression, par exemple comprise entre 30 bar et 100 bar, de manière à accélérer le processus d'injection. En effet, le polymère étant thermoréactif, il aura tendance à se réticuler rapidement et à durcir, et partant, dès après sa mise en oeuvre, il convient de le couler dans sa forme définitive. Aussi, étant injecté à haute pression, pour ce faire, il est avantageux de maintenir les préformes à l'aide des organes de maintien pour éviter leurs mouvements à l'intérieur du moule. Selon une caractéristique de l'invention particulièrement avantageuse, avant l'étape c), on fournit de l'énergie thermique audit moule pour augmenter la température dudit espace de moulage. De la sorte, on peut ajuster la température du matériau polymère thermoplastique en phase liquide avec la température de l'espace de moulage. Ainsi, le matériau polymère s'écoulant à la surface des parois de l'espace de moulage conserve sa viscosité durant toute la phase d'injection. De plus, le procédé selon l'invention, comprend en outre une étape d) après l'étape c), selon laquelle on refroidit ledit moule pour provoquer la rigidification dudit polymère en phase liquide injecté à l'intérieur dudit espace de moulage. Grâce au refroidissement du moule, après que l'injection a cessé, on accélère ainsi le processus de refroidissement du matériau polymère en phase liquide, et partant, on obtient plus rapidement la pièce composite. En outre, entre l'étape d) et l'étape c), on désengage lesdits organes de maintien dudit espace de moulage. Ainsi, dès après la fin de l'injection, on procède au retrait des organes de maintien. Aussi, le polymère thermoplastique encore en fusion vient s'écouler naturellement dans les espaces laissés libres par les organes de maintien. Conséquemment, la pièce composite ne présente aucune discontinuité de matière au niveau des emplacements originels des organes de maintien. De plus, selon une variante de réalisation, après le désengagement desdits organes de maintien dudit espace de moulage, on injecte une quantité donnée de polymère en phase liquide à l'intérieur dudit espace de moulage. De la sorte, le volume correspondant à celui des organes de maintien étendus à l'intérieur dudit espace de moulage, est comblé. La quantité donnée de polymère en phase liquide correspond ainsi à ce volume. Selon un autre aspect, la présente invention propose une installation de moulage par transfert comprenant un moule présentant un espace de moulage, ledit espace de moulage étant apte à recevoir, d'une part des préformes de renfort, et d'autre part un polymère en phase liquide, ledit polymère en phase liquide étant injecté pour pouvoir s'étendre dans ledit espace de moulage en imprégnant lesdites préformes ; elle comprend en outre des organes de maintien destinés à être engagés à travers ledit espace de moulage pour pouvoir maintenir en position fixe lesdites préformes. Ainsi, l'installation de moulage conforme à l'invention permet de mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus. Selon une caractéristique de l'invention particulièrement avantageuse, lesdits organes de maintien sont montés mobiles entre une position active dans laquelle ils sont engagés à travers ledit espace de moulage et une position inactive dans laquelle ils sont dégagés dudit espace de moulage. Aussi, il est prévu de mettre en oeuvre des actionneurs reliés aux organes de maintien de manière à pouvoir les entraîner en mouvement, entre l'espace de moulage et l'extérieur de l'espace de moulage. Préférentiellement, les organes de maintien sont reliés mécaniquement ensemble, et les actionneurs, par exemple des vérins hydrauliques, permettent d'entraîner simultanément tous les organes de maintien. En outre, ledit moule présente deux parties destinées à être assemblées pour former ledit espace de moulage, et l'une desdites deux parties présente une paroi équipée desdits organes de maintien. Ainsi, la paroi de l'une des deux parties présente des orifices permettant le passage des organes de maintien. Préférentiellement, des organes de maintien peuvent être rétractés entièrement dans la seule paroi. En outre, les orifices sont parfaitement alésés pour recevoir à coulissement de manière étanche les organes de maintien. En effet, le polymère thermoplastique en fusion et sous pression ne doit pas venir s'écouler au niveau desdits orifices. De manière particulièrement avantageuse, lesdits organes de maintien comprennent des aiguilles. Celles-ci sont aptes à être engagées à travers les préformes, et par exemple, dans toute l'épaisseur de l'espace de moulage. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique en coupe droite d'une installation de moulage par transfert conforme à l'invention dans une première étape de mise en oeuvre ; - la Figure 2 est une vue schématique partielle de l'installation représentée sur la figure 1, selon une deuxième étape de mise en oeuvre ; - la Figure 3 est une vue schématique de l'installation de moulage par transfert représenté sur la figure 1 selon une troisième étape de mise en oeuvre ; - la Figure 4 est une vue schématique de l'installation représentée sur la figure 3, selon une quatrième étape de mise en oeuvre ; - la Figure 5 est une vue schématique de l'installation représentée sur la figure 4 selon une cinquième étape de mise en oeuvre ; - la Figure 6 est une vue schématique de l'installation représentée sur la figure 5 selon une dernière étape de mise en oeuvre; - la Figure 7 et une vue schématique partielle en coupe droite d'un élément de l'installation tel que représenté sur la figure 3 ; et, - la Figure 8 et une vue schématique partielle en coupe horizontale de l'élément de l'installation tel que représentés sur la figure 7. La Figure 1 illustre schématiquement une installation de moulage par transfert 10 conforme à l'invention et comprenant un moule 12. Le moule 12 comporte une partie concave 14, ou matrice, et une partie convexe 16, ou poinçon. La partie concave 14 présente une surface interne concave 17 définissant une partie d'un espace de moulage 18, qu'une surface interne convexe 19 de la partie convexe 16 est apte à venir refermer comme on l'expliquera ci-après. On se reportera sur la figure 7 montrant en détail la partie convexe 16 du moule 12. On retrouve sur cette figure, une portion de paroi 20 de la partie convexe 16, et plus précisément, vue dans son épaisseur. On retrouve également la surface convexe 19 de la partie convexe 16 à laquelle est opposée une surface externe 22. La paroi 20 de la partie convexe 16 présente dans son épaisseur une pluralité d'orifices alésés 24 à l'intérieur desquelles viennent s'étendre respectivement une pluralité d'aiguilles 26. Les orifices alésés 24 sont ménagés de façon sensiblement perpendiculaire à la surface convexe 19. Ils sont ménagés de proche en proche entre un étage de canaux de chauffage 28, le long de la surface convexe 19, et un étage de canaux de refroidissement 30 situé entre l'étage de canaux de chauffage 28 et la surface externe 22. Les canaux de chauffage 28 et des canaux de refroidissement 30 sont ménagés dans l'épaisseur de la paroi 20. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention non représenté sur les figures, le chauffage est assuré par induction ou par des moyens électriques, par exemple sous forme de cartouches. Comme illustré sur la figure 8, montrant en transparence depuis la surface convexe 19, la portion de paroi 20 représentée sur la figure 7, on retrouve les canaux de chauffage 28 espacés régulièrement les uns des autres, d'une distance donnée et parallèlement entre eux dans une direction donnée. On y retrouve également les canaux de refroidissement 30 espacés les uns des autres sensiblement d'une même distance donnée, et parallèlement entre eux dans une direction perpendiculaire à ladite direction donnée. Partant, les orifices alésés 24, dans lesquels sont engagées des aiguilles 26 sont ménagés dans l'épaisseur de la paroi 20, dans les espaces libres entre les canaux de chauffage 28 et les canaux de refroidissement 30. Les aiguilles 26 sont ici de section circulaire et elles sont usinées de manière à pouvoir être engagées à l'intérieur des orifices alésés 24 et à pouvoir coulisser à l'intérieur de ceux-ci. L'ajustage entre les aiguilles 26 et les orifices alésés 24 est précis de manière à ce que la paroi 20 soit étanche entre la surface interne convexe 19 et la surface externe 22, lorsque les aiguilles 26 sont engagées dans les orifices alésés 24. Par ailleurs, la partie convexe 16 est équipée d'actionneurs, non représentés, permettant d'entraîner les aiguilles 26 en translation à l'intérieur de leur orifice respectif 24 entre une position rétractée ou elles s'étendent entièrement dans l'épaisseur de la paroi 20, et une position de travail ou elles s'étendent en saillie de la surface interne convexe 19. Avantageusement, les aiguilles sont reliées mécaniquement entre elles par un support, et le support est lui-même entraîné en translation par des vérins hydrauliques, de manière à pouvoir entraîner simultanément toutes les aiguilles. On a ainsi décrit schématiquement l'installation de moulage par transfert 10. On se reportera à présent sur la figure 2 afin de décrire une deuxième étape de réalisation d'une pièce composite en matière plastique. On y retrouve le moule 12, et plus précisément sa partie concave 14. La partie convexe 16 a en effet été écartée, selon la première étape, de manière à pouvoir accéder à l'espace de moulage 18. Cet espace de moulage 18 a été garni d'une préforme 32 faite de plis superposés 34 d'un matériau textile. Selon un exemple de mise en oeuvre, on utilise un textile en fibres de carbone unidirectionnelles. Selon un autre exemple, un textile en fibre de verre est mis en oeuvre. La préforme 22 s'étend ainsi dans l'espace de moulage 18. Selon une troisième étape de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, illustrée sur la figure 3, on vient refermer le moule 12 en engageant la partie convexe 16 à l'intérieur de la partie concave 14. De la sorte, on vient refermer l'espace de moulage 18 à l'intérieur duquel s'étend la préforme 32. De la sorte, l'espace de moulage 18 est étanche. Selon une quatrième étape de mise en oeuvre, illustrée sur la figure 4, les actionneurs précités sont commandés de manière à entraîner en translation les aiguilles 26 à l'intérieur de l'espace de moulage 18 et en saillie de la surface interne convexe 19. Les aiguilles 26 sont entraînées en translation de manière à venir traverser la préforme 32 jusqu'à la surface interne concave 17. Ainsi, les aiguilles 26 traversent les fibres des plis textiles sans les déstructurer. En outre, on observera qu'une portion substantielle des aiguilles 26 demeure logée à l'intérieur des orifices alésés 24. Partant, l'étanchéité des orifices alésés 24 est conservée. Par ailleurs, dès la troisième étape, les canaux de chauffage 28 non représentés ici, sont alimentés en fluide caloporteur de manière à pouvoir porter, in fine, la température de l'espace de moulage 18 jusqu'à un niveau de température pouvant atteindre 400 °C, voire à un niveau supérieur, selon le type de polymère ainsi transformé. Dans une cinquième étape représentée sur la figure 5, et consécutive à la précédente étape, on vient injecter par un canal d'injection 36 un matériau polymère thermoplastique en fusion, à l'intérieur de l'espace de moulage 18. Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux, on injecte par exemple du polyamide 6.6 porté à 270 °C et sous une pression voisine de 20 30 bar. Ou bien encore, selon un autre mode de mise en oeuvre, de l'époxyde préchauffée à 80°C sous une pression de 60 bar. On injecte le polymère jusqu'à l'imprégnation complète de la préforme 32 et du remplissage de l'espace de moulage 18. Ainsi, les aiguilles 26 maintiennent en position fixe les plis 34 de la préforme 32, malgré les flux de 25 matériau en fusion qui apparaissent dans l'espace de moulage 18. Au surplus, grâce à l'ajustage des aiguilles 26 à l'intérieur des orifices alésés 24, le polymère en fusion ne flue pas le long des aiguilles 26 à l'intérieur des orifices 24. La viscosité relativement élevée du polymère y est favorable. Dès après que le remplissage de l'espace de moulage 18 est réalisé, et 30 selon une sixième étape illustrée sur la figure 6, on vient rétracter les aiguilles 26 dans l'épaisseur de la paroi 20 de la partie convexe 16. On libère ainsi l'espace de moulage 18 et la préforme 32. De la sorte, les orifices libres laissés par les aiguilles 26 sont alors comblés par le matériau encore en fusion qui s'y écoule librement. Aussi, dès après le retrait des aiguilles 26, les fibres se relaxent et tendent à retrouver leur position originelle. Selon une étape additionnelle facultative, après la sixième étape, on injecte à travers le canal d'injection 36, une quantité de matériau polymère thermoplastique en fusion dans le but de venir combler plus complètement les orifices libres laissés par les aiguilles 26. Une telle étape est par exemple requise lorsque le polymère durcit trop rapidement et qu'après le retrait des aiguilles, les orifices ne se comblent pas aisément. Ensuite, et selon une sixième étape, on cesse d'alimenter les canaux de chauffage 28 en fluide caloporteur et à l'inverse, on vient alimenter les canaux de refroidissement 30 en fluide réfrigérant. De la sorte, la masse du matériau polymère étendue à l'intérieur de l'espace de moulage se refroidit et parallèlement, durcit. Lorsque la température ambiante est atteinte, la partie concave 14 est libérée de la partie convexe 16, et on extrait ainsi la pièce en matériau composite obtenue. Grâce à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, à l'aide de l'installation décrite ci-dessus, on obtient une pièce en matériau thermoplastique, dont la préforme de renfort, faite de plis textiles, est uniformément répartie dans l'épaisseur de la pièce. De la sorte, les propriétés mécaniques de la pièce ainsi réalisée, sont homogènes. Selon une autre variante de réalisation non représentée, les aiguilles 26 peuvent être remplacées par des tiges d'un diamètre de 4 mm par exemple. Ces tiges ne pénètre pas à travers la préforme, mais elles viennent la comprimer localement de manière à pouvoir la maintenir en position fixe. Les Figures présentées ici illustrent de manière schématique, une répartition régulière d'une pluralité d'organes de maintien à travers l'espace de moulage. Toutefois, il peut être avantageux de mettre en oeuvre une plus grande quantité d'organe de maintien dans l'espace de moulage au voisinage du canal d'injection, où la pression en polymère fondu est maximale, comparativement à des zones de l'espace de moulage où la pression en polymère est plus faible. REVENDICATIONS1. Procédé de moulage par transfert, du type comprenant les étapes suivantes : a) on fournit d'une part un moule (12) présentant un espace de moulage (18), et d'autre part des préformes de renfort (32) et un polymère en phase liquide ; b) on installe lesdites préformes (32) de renfort à l'intérieur dudit espace de moulage (18) ; et, c) on injecte ledit polymère en phase liquide à l'intérieur dudit espace de moulage (18) de manière à ce que ledit polymère en phase liquide vienne s'étendre dans ledit espace de moulage en imprégnant lesdites préformes (32) ; caractérisé en ce qu'à l'étape c) on engage des organes de maintien (26) à travers ledit espace de moulage (18) pour pouvoir maintenir lesdites préformes (32) en position fixe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape a), on fournit un polymère thermoplastique en fusion comme polymère en phase liquide. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape a), on fournit un polymère thermodurcissable comme polymère en phase liquide. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'étape a), on fournit des couches textiles (34) superposées comme préformes (32) de renfort. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'avant l'étape c), on fournit de l'énergie thermique audit moule pour augmenter la température dudit espace de moulage (18). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu"il comprend en outre une étape d) après l'étape c), selon laquelle on refroidi ledit moule (12) pour provoquer la rigidification dudit polymère en phase liquide injecté à l'intérieur dudit espace de moulage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'après l'étape c), on désengage lesdits organes de maintien (26) dudit espace de moulage (18). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'après le désengagement desdits organes de maintien (26) dudit espace de moulage (18), on injecte une quantité donnée de polymère en phase liquide à l'intérieur dudit espace de moulage (18). 9. Installation de moulage par transfert comprenant un moule (12) présentant un espace de moulage (18), ledit espace de moulage étant apte à recevoir, d'une part des préformes de renfort (32), et d'autre part un polymère en phase liquide, ledit polymère en phase liquide étant injecté pour pouvoir s'étendre dans ledit espace de moulage (18) en imprégnant lesdites préformes ; caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des organes de maintien (26) destinés à être engagés à travers ledit espace de moulage (18) pour pouvoir maintenir en position fixe lesdites préformes (32). 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que lesdits organes de maintien (26) sont montés mobiles entre une position active dans laquelle ils sont engagés à travers ledit espace de moulage (18) et une position inactive dans laquelle ils sont dégagés dudit espace de moulage (18). 11. Installation selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que ledit moule (12) présente deux parties (14, 16) destinées à être assemblées pour former ledit espace de moulage (18), et en ce que l'une (16) desdites deux parties présente une paroi (20) équipée desdits organes de maintien (26). 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que lesdits organes de maintien (26) comprennent des aiguilles.30