Brevet FR3025316A1 — publié le 20160304

Méthode et dispositif d'essai de pelage de couches de matériau en bande La présente invention se rapporte à une méthode et à un dispositif d'essai de pelage de couches de matériau en bande. En particulier, dans le domaine de la fabrication d'éléments mécaniques à partir de matériaux composites, les machines d'enroulement filamentaire permettent de fabriquer des pièces de révolution par stratification et solidarisation, par exemple par soudure plastique, de couches de matériau composite. Dans le cas des matériaux composites, par exemple pré-imprégnés, comprenant une matrice thermoplastique, le réglage de la machine pour obtenir une soudure plastique optimale des couches de matériaux est une étape relativement importante. La qualité et les caractéristiques d'un lot de matériau composite pré- imprégné à l'autre pouvant varier, il est relativement important de tester les matériaux afin de paramétrer au mieux la machine d'enroulement filamentaire. En particulier, on utilise des dispositifs d'essai de pelage pour tester les qualités de matériau et de solidarisation des deux couches de matériaux composites soudées l'une à l'autre. L'essai de pelage consiste à appliquer une force de traction sur une portion libre de l'une ou des deux couches selon un angle de pelage déterminé, pour séparer ces deux couches. Les essais de pelage peuvent aussi être mis en oeuvre pour tester les qualités d'adhésion des matériaux adhésifs. On connait, par exemple, une machine d'essai de pelage d'adhésifs en bandes adhérées les unes aux autres. Un enroulement est installé sur un support cylindrique en rotation libre, et une portion libre de l'enroulement est solidarisée à un élément de translation qui entraîne en translation rectiligne à force, et sur quelques centimètres, l'enroulement de manière à libérer successivement les couches d'adhésif. Ce type de dispositif impose un grand nombre d'essais et d'enroulements, ou tout autre type d'échantillon de matériau, pour obtenir des informations 3025316 2 pertinentes sur la qualité de l'adhésif et sur ses propriétés d'adhésion. En outre, la durée des essais est relativement importante compte tenu du fait que le pelage s'effectue à des vitesses de l'ordre du millimètre par seconde. Dans le cas des matériaux composites, le contrôle de l'angle de pelage 5 est, de plus, un paramètre relativement important à maitriser, par exemple dans le cas des fibres de carbone qui peuvent être cassantes. Ainsi, il existe un besoin pour tester de manière fiable et peu coûteuse les matériaux en bande. On propose une méthode d'essai de pelage de couches de matériau en 10 bande solidaires les unes des autres, ladite méthode étant du type comprenant les étapes suivantes : 1) on fournit un enroulement d'une bande d'un matériau comportant des couches superposées de ladite bande solidaires les unes des autres, ladite bande présentant une portion libre qui s'étend à partir dudit enroulement ; 15 2) on entraîne en translation à force ladite portion libre de ladite bande de manière à libérer successivement lesdites couches, tandis que ledit enroulement est entraîné en rotation; et, 3) on enregistre simultanément une valeur de tension longitudinale de ladite portion libre lorsque lesdites couches se libèrent, par exemple par 20 l'intermédiaire d'un microprocesseur et d'une mémoire, microcontrôleur ou de toute autre moyen d'acquisition de données ; caractérisée en ce qu'on enroule ladite portion libre autour d'un élément d'enroulement cylindrique. Ainsi on peut tester des enroulements de couches de matériau en bande de relativement grandes longueurs et en continu. 25 Les couches de matériau en bande peuvent être faites dans un matériau composite, par exemple du carbone thermoplastique, ou tout autre matériau composite thermoplastique ou thermodurcissable, ou encore un matériau adhésif. L'enroulement peut être un enroulement de forme cylindrique de 30 révolution, ou de toute autre forme de révolution. 3025316 3 L'enroulement peut être fabriqué à partir d'un dispositif d'enroulement filamentaire ou tout autre dispositif adapté pour fabriquer un enroulement de couches de matériau en bande. Avantageusement, à l'étape 1) on fournit, en outre, un élément support, et 5 on installe ledit enroulement en prise sur ledit élément support. L'enroulement peut définir un diamètre interne, de telle sorte qu'on peut installer l'enroulement sur un élément de support adapté, par exemple un élément de support de forme sensiblement complémentaire de la forme d'une face intérieure de l'enroulement. 10 L'élément support peut, par exemple, être de forme cylindrique, ou toute autre forme de révolution. Avantageusement, au cours de l'étape 2) d'entrainement, on applique un couple résistant audit élément de support. Ainsi, il est relativement simple de contrôler la position de la portion libre lorsqu'elle se libère par rapport à 15 l'enroulement. En particulier, le couple résistant est fonction de la force d'entrainement en translation. Ainsi, il est relativement simple de contrôler le couple résistant. Avantageusement, on mesure un angle de pelage formé par l'intersection de la portion libre avec l'enroulement et la tangente à l'enroulement au niveau 20 de ladite intersection. Autrement dit l'angle de pelage correspond à l'angle selon lequel la portion libre s'écarte de l'enroulement. L'angle de pelage peut être contrôlé afin de rester dans une plage de valeur définie par l'homme du métier. En particulier l'angle de pelage peut être compris entre 0° et 90°, en particulier à environ 45°. 25 L'angle de pelage peut être mesuré par un capteur d'angle. Le capteur d'angle peut être un palpeur d'angle, un capteur laser ou tout autre type de capteur qui convient. Ainsi il est relativement simple de détecter et de corriger d'éventuelles variation de l'angle de pelage, par exemple lorsque la tension longitudinale varie, ou lors d'un changement de mode de rupture du matériau. 30 Avantageusement, la valeur de tension longitudinale est fonction d'une valeur de couple mesurée par un capteur de couple disposé sur l'élément 3025316 4 d'enroulement cylindrique. L'élément d'enroulement cylindrique peut être un cylindre de révolution ou toute autre forme adaptée pour enrouler une couche de matériau libérée, par exemple toute autre forme de révolution. Ainsi il est relativement simple de mesurer la valeur de tension longitudinale. 5 En particulier, la méthode d'essai comprend, en outre, une étape de calcul d'une valeur de variation de la tension longitudinale. En particulier, lorsque les couches de matériau en bande ont été solidarisées les unes aux autres selon des paramètres de solidarisation variant dans le temps, par exemple en faisant varier la force d'adhésion d'une couche 10 sur l'autre ou en faisant varier tout autre paramètre, par exemple d'une machine d'enroulement filamentaire, on peut ainsi mesurer les variations de la tension longitudinale sur toute la longueur de l'essai afin de s'assurer qu'on retrouve bien des variations correspondantes lors du pelage. Autrement dit, on peut évaluer la qualité d'un matériau bande solidarisé 15 en couches par rapport aux variations de la tension longitudinale sur toute la longueur de l'essai. Avantageusement, l'étape 2) d'entrainement se prolonge jusqu'au déroulement complet de l'enroulement. Ainsi, l'essai peut être relativement fiable. En effet, plus l'essai s'effectue sur une longue distance de bande, plus 20 l'évaluation de la tension longitudinale est fiable, et plus la connaissance de la qualité d'adhérence du matériau testé est importante. L'invention se rapporte aussi à un dispositif d'essai de pelage de couches de matériau en bande solidaires les unes des autres, ledit dispositif comprenant : 25 - un enroulement d'une bande d'un matériau, comportant des couches superposées de ladite bande solidaires les unes des autres, ladite bande présentant une portion libre qui s'étend à partir dudit enroulement; - un dispositif d'entrainement pour entrainer en translation à force ladite portion libre de ladite bande, de manière à libérer successivement lesdites 30 couches, tandis que ledit enroulement est entraîné en rotation ; et, 302 5 3 1 6 5 - des moyens d'enregistrement pour enregistrer simultanément une valeur de tension longitudinale de ladite portion libre lorsque lesdites couches se libèrent ; caractérisé en ce que le dispositif d'entrainement enroule ladite portion 5 libre autour d'un élément d'enroulement cylindrique. Avantageusement ledit enroulement définit un rayon interne et est installé sur un élément de support cylindrique de révolution, caractérisé en ce que ledit élément de support comprend un moyeu expansif permettant de faire correspondre le rayon externe de l'élément de support au rayon interne de 10 l'enroulement. . Ainsi il est relativement simple d'adapter l'élément de support à différentes sortes d'enroulements. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés sur lesquels : 15 - la figure 1 est une représentation en perspective d'un dispositif d'essai de pelage selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique de face d'un dispositif d'essai de pelage selon le mode de réalisation de la figure 1; et - la figure 3 est une vue schématique d'un enroulement d'une bande d'un 20 matériau selon un mode de réalisation de l'invention. En référence à la figure 1, un dispositif d'essai de pelage 1 de couches de matériau en bande solidaires les unes des autres, comprend un enroulement 6 d'une bande 32 d'un matériau, ici un matériau composite carbone thermoplastique, par exemple du polyamide. 25 En référence à la figure 3, L'enroulement 6 comporte des couches 30 de ladite bande 32 superposées, solidaires les unes des autres, et une portion libre 34 de la bande 32 qui s'étend à partir de l'enroulement 6. En référence à la figure 1, un dispositif d'entrainement 4 entraine en translation à force ladite portion libre 34 de ladite bande 32, de manière à 30 provoquer la libération successive desdites couches 30, tandis que ledit enroulement 6 est entraîné en rotation. 302 5 3 1 6 6 L'entrainement est effectué à une vitesse prédéterminée, en fonction du type de matériau et en fonction du mode de solidarisation des couches 30 de matériau en bande 32. Ici la vitesse d'entraînement est d'environ 1 cm/s. Le dispositif d'entrainement 4 comprend un moteur 17 qui entraine une 5 chaine 18. La chaine 18 entraine à son tour un élément d'enroulement cylindrique 5 autour duquel s'enroule la portion libre 34. Autrement dit, on applique une force de translation F2, à l'élément d'enroulement cylindrique 5 par l'intermédiaire de la chaine 18 sous l'effet du moteur 17 qui provoque la translation à force de ladite portion libre 34. 10 La force de translation F2 est fonction du couple moteur C2 et du rayon R2 de l'élément d'enroulement cylindrique 5, par exemple on peut appliquer l'équation suivante : F2 = C2/R2. Ici, le rayon R2 de l'élément d'enroulement cylindrique 5 est de 0.1 m, mais une telle valeur n'est pas limitative. 15 Le rayon R2 augmente au fur à mesure de l'enroulement des couches 30, par l'effet de la superposition des couches enroulées. L'enroulement 6 est installé sur un élément de support 2, ici un tambour support 2. L'élément de support 2 comprend un moyeu expansif, non représenté, en matériau élastomère, qui permet de faire varier le rayon externe 20 Rs de l'élément de support 2 sur lequel est installé l'enroulement 6. Ainsi on fait sensiblement correspondre le rayon externe Rs de l'élément de support 2 au rayon interne Re de l'enroulement 6. La portion libre 34, s'étend tendue entre l'élément de support 2 et l'élément d'enroulement cylindrique 5. Autrement dit, cette portion libre 34 est 25 une partie de la bande 32 libérées de l'enroulement 6 mais pas encore enroulée sur l'élément d'enroulement cylindrique 5. En référence à la figure 2, cette portion libre 34 de la bande 32, comprend une extrémité à l'intersection 12 de la portion libre 34 avec l'enroulement 6, aussi appelée point de pelage 12, et une autre extrémité 20 au point 30 d'enroulement de la portion libre 34 sur l'élément d'enroulement cylindrique 5. 3025316 7 On applique un couple résistant Cl à l'élément de support 2, de manière à ce qu'il oppose une résistance au couple moteur C2 appliqué à l'élément d'enroulement cylindrique 5, pour contrôler l'angle de pelage e formé entre la portion libre 34 et la tangente T de l'élément de support 2 au point de pelage 5 12. L'angle de pelage e est compris entre 0° et 90°, ici 45°, et est défini dans une étape préalable de préparation de l'essai. Plus la valeur du couple résistant Cl sera faible, plus la valeur de l'angle de pelage e tendra vers 90°. A contrario, plus la valeur du couple résistant Cl 10 tendra vers la valeur du couple moteur C2, plus la valeur de l'angle de pelage e tendra vers 0°. Cet angle de pelage e est mesuré en continu par un capteur d'angle 10, et le couple résistant Cl est asservi par des moyens de contrôle, non représentés, pour maintenir l'angle de pelage e à la valeur définie. 15 Le dispositif 1 comprend des moyens d'enregistrement 16, pour enregistrer une valeur de tension longitudinale subit par la portion libre 34 de ladite portion libre 34 lorsque lesdites couches se libèrent. Ici les moyens d'enregistrement 16 comprennent un microprocesseur et une mémoire pour stocker les enregistrements. 20 L'élément d'enroulement cylindrique 5 comprend un capteur de couple, non représenté. La tension longitudinale que subit la portion libre 34 est fonction de la valeur de couple mesurée par le capteur de couple. Les moyens d'enregistrement 16 sont en outre adaptés pour mesurer les variations de la tension longitudinale. 25 Pour mettre en oeuvre le dispositif d'essai 1, on fabrique un enroulement 6 qui présente une pluralité de couches 30 superposées les unes aux autres de la bande 32 de matériau, et une portion libre 34 de la bande 32. On installe sur le support 2 l'enroulement 6 ainsi fabriqué. Le support 2 a été préalablement adapté pour que son rayon externe Rs soit sensiblement 30 complémentaire au rayon interne Re de l'enroulement 6. 3025316 8 On saisit la portion libre 34 de l'enroulement 6 qu'on vient solidariser à l'élément d'enroulement cylindrique 5. Ici on insère une extrémité de la portion libre 34 dans une encoche 8 de l'élément d'enroulement cylindrique 5, puis des moyens de maintien, non représentés, ici une tige excentrique, viennent 5 maintenir l'extrémité de la portion libre 34 dans l'encoche 8. On définit un angle de pelage e selon un ensemble de paramètres bien connu de l'homme du métier. En particulier, l'angle de pelage e est défini de façon à ce que les fibres constituant le matériau de l'enroulement 6 ne cassent pas au point de pelage 12. Ici, on définit un angle de pelage de 45°. 10 On entraine en translation à force F2 la portion libre 34, ici on actionne le moteur 17 de l'élément d'entrainement 4, qui entraîne à son tour la chaine 18, la chaîne 18 appliquant un couple moteur C2, par exemple compris entre 10 Nm et 500 Nm, à l'élément d'enroulement cylindrique, provoquant la translation à force de la portion libre 34, avec des tensions longitudinales pouvant être de 15 100 N à 5000 N, et la libération successive des couches 30. Simultanément à l'entrainement en translation à force de la portion libre 34, on applique un couple résistant Cl à l'élément de support 2. Le couple résistant Cl s'oppose au couple moteur C2, et donc à la force de translation F2, et la valeur absolue du couple résistant Cl est inférieure au 20 couple moteur C2. Le rapport des deux couples Cl et C2 est défini de telle sorte que l'angle mesuré par le capteur d'angle 10 corresponde à l'angle de pelage e définit précédemment. Si la valeur de l'angle mesuré s'écarte de la valeur de l'angle de pelage e, une commande d'asservissement agit sur le couple résistant C1, de manière à 25 adapter le rapport des couples Cl et C2, afin que la valeur de l'angle mesuré converge vers la valeur de l'angle de pelage e. Simultanément à l'entrainement en translation à force de la portion libre 34, on enregistre une valeur de tension longitudinale de la portion libre 34 lorsque les couches 30 se libèrent, dont la valeur est fonction de la valeur 30 obtenue par un capteur de couple installé pour mesurer le couple appliqué à l'élément d'enroulement cylindrique 5. Le calcul de la valeur de tension 3025316 9 longitudinale de la portion libre 34 est une chose bien connue de l'homme du métier. On enregistre aussi les valeurs de tension longitudinale de la portion libre 34. 5 L'entrainement en translation à force de la portion libre 34 se prolonge jusqu'à ce que l'ensemble des couches 30 soient libérées. REVENDICATIONS1. Méthode d'essai de pelage de couches (30) de matériau en bande (32) solidaires les unes des autres, ladite méthode étant du type comprenant les étapes suivantes : 1) on fournit un enroulement (6) d'une bande (32) d'un matériau comportant des couches (30) superposées de ladite bande (32) solidaires les unes des autres, ladite bande (32) présentant une portion libre (34) qui s'étend à partir dudit enroulement (6); 2) on entraîne en translation à force (F2) ladite portion libre (34) de ladite bande (32) de manière à libérer successivement lesdites couches (30), tandis que ledit enroulement (6) est entraîné en rotation; et, 3) on enregistre simultanément une valeur de tension longitudinale de ladite portion libre (34) lorsque lesdites couches (30) se libèrent ; caractérisée en ce qu'on enroule ladite portion libre (34) autour d'un élément d'enroulement cylindrique (5). 2. Méthode d'essai de pelage, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape 1) on fournit, en outre, un élément support (2), et on installe ledit enroulement (6) en prise sur ledit élément support (2). 3. Méthode d'essai de pelage, selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape 2) d'entrainement, on applique un couple résistant (C1) audit élément de support (2). 4. Méthode d'essai de pelage, selon la revendication 3, caractérisée en ce que le couple résistant (C1) est fonction de la force d'entrainement en translation (F2). 5. Méthode d'essai de pelage, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'on mesure un angle de pelage (0) formé par une intersection (12) de la portion libre (34) avec l'enroulement (6) et une tangente (T) à l'enroulement (6) au niveau de ladite intersection (12). 3 0 2 5 3 1 6 11 6. Méthode d'essai de pelage, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la valeur de tension longitudinale 5 de ladite portion libre (34) est fonction d'une valeur de couple mesurée par un capteur de couple disposé sur l'élément d'enroulement cylindrique (5). 7. Méthode d'essai de pelage, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la méthode d'essai comprend en 10 outre une étape de calcul d'une valeur de variation de la tension longitudinale de ladite portion libre (34). 8. Méthode d'essai de pelage, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'étape 2) d'entrainement se 15 prolonge jusqu'au déroulement complet de l'enroulement (6). 9. Dispositif d'essai (1) de pelage de couches (30) de matériau en bande (32) solidaires les unes des autres, ledit dispositif comprenant : - un enroulement (6) d'une bande (32) d'un matériau, comportant des 20 couches (30) superposées de ladite bande (32) solidaires les unes des autres, ladite bande (32) présentant une portion libre (34) qui s'étend à partir dudit enroulement (6); - un dispositif d'entrainement (4) pour entrainer en translation à force (F2) ladite portion libre (34) de ladite bande (32), de manière à libérer 25 successivement lesdites couches (30), tandis que ledit enroulement (6) est entraîné en rotation ; et, - des moyens d'enregistrement (16) pour enregistrer simultanément une valeur de tension longitudinale de ladite portion libre (34) lorsque lesdites couches (30) se libèrent ; 30 caractérisé en ce que le dispositif d'entrainement (4) enroule ladite portion libre (34) autour d'un élément d'enroulement cylindrique (5). 3025316 12 10. Dispositif d'essai de pelage, selon la revendication 9, dans lequel ledit enroulement (6) définit un rayon interne (Re) et est installé sur un élément de support (2) cylindrique de révolution, caractérisé en ce que ledit élément de support (2) comprend un moyeu expansif permettant de faire correspondre le 5 rayon externe (Rs) de l'élément de support (2) au rayon interne (Re) de l'enroulement.