Brevet FR3037853A1 — publié le 20161230

La présente invention concerne un élément de renforcement destiné à être thermosoudé sur une pièce à renforcer, et un procédé d'obtention de cet élément. Pour renforcer une pièce, en particulier une pièce allongée, il est connu de 5 d'utiliser des rubans en matériau composite ayant de faibles épaisseurs, généralement de 0,1 à 0,3 mm. Ces rubans sont obtenus par pultrusion de manière à comprendre des fibres allongées disposées selon leur longueur, et comprennent une matrice thermofusible. Les faibles épaisseurs de ces rubans permettent à cette matrice de pouvoir être rapidement et intégralement fondue 10 sous l'action d'un élément chauffant, notamment de type laser. Un renfort est formé par une succession de dépôts et fusions de tels rubans les uns sur les autres. Lorsque l'élément de renforcement doit avoir de grandes dimensions, le procédé utilisant des rubans est long à mettre en oeuvre. En effet, la faible 15 épaisseur des rubans implique qu'un nombre important de rubans soient superposés et agglomérés. La consommation d'énergie est importante et le poids des éléments de renforcement obtenus est élevé. Un autre inconvénient de cette technique antérieure est le fait que le soudage des rubans peut être difficile à réaliser selon la conformation de la 20 pièce à l'endroit de ce soudage, notamment en cas de pièces en creux. La présente invention a pour objectif de remédier à l'ensemble de ces inconvénients. L'élément de renforcement concerné comprend, de manière connue en soi, des fibres allongées disposées selon sa longueur et une résine 25 thermofusible liant ces fibres entre elles. Selon l'invention, ladite résine thermofusible est une résine thermoplastique ayant un indice de réfraction identique à l'indice de réfraction des fibres utilisées pour fabriquer l'élément de renforcement. Selon l'invention, les fibres sont des fibres de verre. Elles peuvent être 30 dans un autre mode de réalisation des fibres textiles transparentes. Dans un mode de réalisation privilégié, une telle résine thermoplastique est obtenue à partir d'un sirop polymérisable à base de précurseurs de type monomères et/ou d'oligomères et/ou de polymères solubilisés qui a pour 35 avantage d'avoir une très faible viscosité, qui permet d'atteindre une 303 785 3 2 imprégnation quasi-parfaite, au niveau microscopique, des fibres, de sorte que chaque fibre est intimement et intégralement imprégnée. Outre l'amélioration notable des performances mécaniques de l'élément de renforcement obtenu, cette imprégnation intime et intégrale permet d'obtenir une réelle transparence du composite obtenu, du fait que les indices de réfraction des fibres et de la résine sont identiques. Cette réelle transparence permet de réaliser un soudage de l'élément de renforcement au moyen d'un laser, au travers de ses parois, dans les meilleures conditions d'accessibilité. L'élément de renforcement peut avoir toute forme appropriée ; en particulier, il n'est plus nécessaire qu'il soit constitué par une pluralité de rubans de faible épaisseur. Cet élément peut être soudé à la pièce à renforcer par une seule opération de soudage, et non plus par une succession de dépôts de rubans de faible épaisseur les uns sur les autres et de soudages de ces rubans les uns aux autres, comme selon la technique antérieure. En outre, le soudage de l'élément peut être mis en oeuvre sur une très grande variété de configurations de pièces à renforcer, supérieure aux possibilités permises par le procédé selon la technique antérieure. Par "identique" dans l'expression "ayant un indice de réfraction identique à l'indice de réfraction des fibres utilisées", il doit être compris que les deux 20 indices de réfraction sont identiques au millième près. L'assemblage de l'élément de renforcement à une pièce à renforcer peut être réalisé simplement en plaçant cet élément de renforcement sur la pièce à renforcer et en réalisant le soudage de cet élément à cette pièce à renforcer au moyen d'un laser, au travers de la paroi de cet élément de renforcement. 25 Les précurseurs constituant le sirop polymérisable pourront être choisis dans la classe des acryliques et/ou des acrylates et/ou des polyacryliques (oligomères) et/ou des polyacrylates (oligomères) de manière à former après polymérisation un polymère de la classe des polyacryliques et/ou des polyacrylates, comme notamment des polymethacrylates ou 30 polymethacryliques. Ces précurseurs sont polymérisés sous l'action d'un catalyseur et/ou d'un amorceur et/ou d'un activateur. Les catalyseurs peuvent être de type peroxyde. De préférence, l'élément de renforcement comprend, au niveau de chacune de ses faces destinée à être soudée à la pièce à renforcer, une 3037853 3 couche de couleur sombre, comprenant de la résine thermoplastique, apte à absorber la lumière émise par un laser de thermosoudage. La transparence précitée de l'élément de renforcement en dehors de cette ou ces couches de couleur sombre permet d'obtenir, au moyen du laser, une 5 parfaite fusion de la matière thermoplastique que comprend cette ou ces couches absorbantes, ce qui permet de réaliser le soudage de l'élément de renforcement dans les meilleures conditions d'accessibilité. Chaque couche de couleur sombre peut être constituée par une couche en résine thermoplastique appliquée sur la ou lesdites faces destinées à être 10 thermosoudées. Alternativement, cette couche est constituée par des fibres de couleur sombre ou teintées en une couleur sombre, incluses dans la structure de l'élément de renforcement, au niveau de la ou desdites faces de cet élément destinées à être thermosoudées à la pièce à renforcer. 15 La couche de couleur sombre est de préférence de couleur noire. Les fibres qui la constituent peuvent notamment être des fibres de carbone ou de basalte ou des fibres de verre dont l'ensimage est teinté en noir. Le procédé selon l'invention comprend l'étape consistant à fabriquer l'élément de renforcement par pultrusion, c'est-à-dire avec une étape d'imprégnation des fibres allongées par ladite résine thermoplastique ou par le sirop polymérisable, réalisée par tirage d'un ensemble de ces fibres au travers d'une unité d'imprégnation, et une étape de polymérisation du sirop ou de consolidation de la résine, réalisée par tirage de cet ensemble de fibres au travers d'une unité chauffante de polymérisation dudit sirop ou d'une unité de calibrage refroidissante de ladite résine. De préférence, le procédé comprend les étapes consistant à : - aménager, au niveau de chaque face de l'élément de renforcement destinée à être thermosoudée à la pièce à renforcer, une couche de couleur 30 sombre, comprenant de la résine thermoplastique, apte à absorber la lumière émise par un laser de thermosoudage ; et - réaliser le thermosoudage de l'élément de renforcement à la pièce à renforcer au moyen de ce laser. L'assemblage de l'élément de renforcement à la pièce à renforcer est 35 réalisé au moyen de ce laser, dont la lumière permet d'échauffer ladite couche 3037853 4 de couleur sombre jusqu'à fusion de la résine thermoplastique que comprend cette dernière. L'aménagement de ladite couche de couleur sombre peut être réalisé par co-extrusion d'une couche en résine thermoplastique sur la ou lesdites faces de 5 l'élément de renforcement destinées à être thermosoudées. Alternativement, l'aménagement de cette couche est réalisé par utilisation, au sein dudit ensemble de fibres, de fibres de couleur sombre ou teintées en une couleur sombre, incluses dans la structure de l'élément de renforcement, au niveau de la ou desdites faces de cet élément destinées à être 10 thermosoudées à la pièce à renforcer. L'invention sera bien comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes de réalisation possibles de l'élément de renforcement concerné. 15 La figure 1 en est une vue en coupe transversale, selon une première forme de réalisation ; la figure 2 est une vue très simplifiée, de côté, d'un dispositif de fabrication de cet élément de renforcement dans le cas où la résine thermoplastique est obtenue à partir d'un sirop polymérisable; 20 la figure 3 est une vue de l'élément de renforcement en perspective, en cours de soudage sur une pièce à renforcer ; la figure 4 est une vue de l'élément de renforcement en coupe transversale, selon une deuxième forme de réalisation ; la figure 5 est une vue en perspective d'une partie de l'élément de 25 renforcement, selon une troisième forme de réalisation ; la figure 6 est une vue de l'élément de renforcement de côté, selon cette troisième forme de réalisation ; et la figure 7 est une vue de l'élément de renforcement de côté selon une quatrième forme de réalisation, en cours de soudage sur une pièce à renforcer. La figure 1 représente un élément de renforcement 1 sous forme d'un ruban, destiné, comme le montre la figure 3, à être thermosoudé par l'une de ses faces principales sur une pièce à renforcer 2, ce thermosoudage se faisant au moyen d'un laser de thermosoudage 3, à travers la paroi de l'élément 1. L'élément 1 est en une matière composite comprenant des fibres de verre 35 allongées 5 disposées selon sa longueur et une résine de liaison 6, liant ces 3 03 78 5 3 5 fibres 5 entre elles. Sa face par laquelle cet élément 1 est destiné à être soudé est revêtue d'une couche 7 de résine thermoplastique de couleur noire. La résine de liaison 6 est une résine thermoplastique notamment du PMMA, ayant un indice de réfraction identique, au millième près, à l'indice de 5 réfraction des fibres de verre 5. La couche 7 est en résine thermoplastique et est de couleur noire de manière à absorber la lumière émise par le laser 3 lors du thermosoudage. L'élément 1 est fabriqué par pultrusion au moyen du dispositif 10 montré sur la figure 2, lequel comprend plusieurs unités de traitement traversées par 10 les fibres 5 ; ce dispositif comprend successivement : - un ensemble de bobines 11 dévidant les fibres 5 ; - un ensemble de galets 12 réunissant les fibres 5 sous la forme d'un faisceau ou d'un ensemble de fibres ; - une unité 13 d'imprégnation des fibres par un sirop polymérisable, 15 comprenant une chambre d'imprégnation 13a alimentée en résine par un conduit 13b ; - une unité 14 de co-extrusion de la couche 7 sur les fibres 5 ; - une unité chauffante de polymérisation 15, sous forme d'un tunnel chauffant, réalisant une polymérisation du sirop polymérisable formant la 20 couche 7 ; - une unité 16 de calibrage de l'élément 1 ; et - une unité 17 de traction de l'élément 1, comprenant, dans l'exemple représenté, deux bandes sans fin motorisées portant contre cet élément 1. Comme le montre la figure 3, l'assemblage de l'élément de renforcement 1 25 à la pièce 2 à renforcer est réalisé en plaçant l'élément 1 sur la pièce 2 puis en thermosoudant cet élément 1 à cette pièce 2 au moyen de la lumière 3a du laser 3, émise au travers de la paroi de l'élément 1. Cette lumière 3a amène la couche 7 à son point de fusion, ce qui permet de réaliser le thermosoudage de l'élément 1 à la pièce 2. 30 Le sirop polymérisable de faible viscosité 6 permet d'atteindre une imprégnation quasi-parfaite, au niveau microscopique, des fibres 5, de sorte que chaque fibre 5 est intimement et intégralement imprégnée de cette résine. L'élément 1, en dehors de la couche 7, est ainsi réellement transparent à la lumière du laser 3, du fait de cette imprégnation intime et intégrale et du fait de l'identité des indices de réfraction des fibres 5 et de la résine 6. 3037853 6 La figure 4 montre un élément de renforcement 1 formé de fibres 5 et de résine 6 telle que précitées. Par simplification, dans la suite de la description, les parties ou éléments d'une forme de réalisation, qui se retrouvent de manière 5 identique ou similaire dans une autre forme de réalisation, seront identifiés par les mêmes références numériques et ne seront pas à nouveau décrits. Dans ce cas, la couche 7 de couleur sombre est constituée par des fibres 7a de couleur sombre ou teintées en une couleur sombre, incluses dans la structure de l'élément 1, au niveau de la ou desdites faces de cet élément 10 destinées à être thermosoudées à la pièce 2 à renforcer. Les figures 5 et 6 montrent l'élément de renforcement 1 sous forme d'une résille, constitué par des superpositions de couches rubans 20 espacés, ces rubans 20 étant thermosoudés les uns aux autres au niveau de leurs zones de contact. 15 La figure 7 montre l'élément de renforcement 1 sous forme d'un profilé à section en oméga, dont les ailes latérales, destinées à être thermosoudées à la pièce 2 à renforcer, sont chacune revêtues de la couche 7. Deux lasers 3 émettent de la lumière 3a au travers de ces ailes. Comme cela apparaît de ce qui précède, l'invention fournit un élément de 20 renforcement destiné à être thermosoudé sur une pièce à renforcer, et un procédé d'obtention de cet élément, ayant des avantages déterminants, précités, par rapport aux procédés et dispositifs homologues de la technique antérieure. L'invention a été décrite ci-dessus en référence à différentes formes de 25 réalisation données à titre de purs exemples. Il va de soi qu'elle n'est pas limitée à ces formes de réalisation mais qu'elle s'étend à toutes les formes de réalisation couvertes par les revendications ci-annexées. REVENDICATIONS1 - Elément de renforcement (1) destiné à être thermosoudé sur une pièce (2) à renforcer, comprenant des fibres allongées (5) disposées selon sa longueur et une résine liant ces fibres (5) entre elles, caractérisé en ce que ladite résine est une résine thermoplastique (6) ayant un indice de réfraction identique à l'indice de réfraction des fibres (5) utilisées pour fabriquer l'élément de renforcement (1). 2 - Elément de renforcement (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résine (6) est un sirop polymérisable à base de monomère et/ou 10 d'oligomère et/ou de polymère solubilisé, polymérisable sous l'action d'un catalyseur et/ou d'un amorceur et/ou activateur 3 - Elément de renforcement (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, au niveau de chacune de ses faces destinée à être soudée à la pièce (2) à renforcer, une couche (7) de 15 couleur sombre, comprenant de la résine thermoplastique, apte à absorber la lumière (3a) émise par un laser (3) de thermosoudage. 4 - Elément de renforcement (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque couche (7) de couleur sombre est constituée par une couche en résine thermoplastique appliquée sur la ou lesdites faces destinées à être 20 thermosoudées. 5 - Elément de renforcement (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque couche (7) de couleur sombre est constituée par des fibres (7a) de couleur sombre ou teintées en une couleur sombre, incluses dans la structure de l'élément de renforcement (1), au niveau de la ou desdites faces de 25 cet élément destinées à être thermosoudées à la pièce (2) à renforcer. 6 - Elément de renforcement (1) selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la couche (7) de couleur sombre est de couleur noire. 7 - Procédé d'obtention de l'élément selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à fabriquer l'élément de 30 renforcement (1) par pultrusion, c'est-à-dire avec une étape d'imprégnation des fibres (5) allongées par ladite résine thermoplastique fondue (6) ou le sirop polymérisable (6), réalisée par tirage d'un ensemble de ces fibres (5) au travers d'une unité d'imprégnation (13), et une étape de polymérisation du sirop ou de consolidation de la résine fondue, réalisée par tirage de cet ensemble de fibres 3037853 8 (5) au travers d'une unité chauffante de polymérisation (15) dudit sirop ou d'une unité de calibrage refroidissante de ladite résine. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : 5 - aménager, au niveau de chaque face de l'élément de renforcement (1) destinée à être thermosoudée à la pièce (2) à renforcer, une couche (7) de couleur sombre, comprenant de la résine thermoplastique, apte à absorber la lumière (3a) émise par un laser (3) de thermosoudage ; et - réaliser le thermosoudage de l'élément de renforcement (1) à la pièce (2) à renforcer au moyen de ce laser (3). 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'aménagement de ladite couche (7) de couleur sombre est réalisé par coextrusion d'une couche (7) en résine thermoplastique sur la ou lesdites faces de l'élément de renforcement (1) destinées à être thermosoudées. 10 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'aménagement de ladite couche (7) de couleur sombre est réalisé par utilisation, au sein dudit ensemble de fibres (5), de fibres (7a) de couleur sombre ou teintées en une couleur sombre, incluses dans la structure de l'élément de renforcement (1), au niveau de la ou desdites faces de cet élément destinées à être thermosoudées à la pièce (2) à renforcer.