Brevet FR3051135A1 — publié le 20171117

L'invention concerne un dispositif et un procédé pour le moulage et la consolidation d'une préforme textile. L'invention appartient au domaine de la consolidation/cuisson d'une préforme constituée d'une stratification de plis fibreux préimprégnés d'un polymère thermodurcissable ou thermoplastique. Selon l'art antérieur, les plis constituant la préforme sont drapés manuellement ou au moyen d'une machine de drapage sur une matrice reproduisant la forme de la pièce à obtenir. Les techniques de drapage de plis préimprégnés d'un polymère thermodurcissable ou thermoplastique sont connues de l'art antérieur et ne sont pas exposées plus avant. À l'issue du drapage, la stratification obtenue et la matrice sont ensachées de manière étanche par une bâche. L'intérieur de ladite bâche, comprenant la préforme textile, est tiré au vide et placée soit en étuve soit en autoclave, afin de porter l'ensemble préforme, matrice et ensachage à une température de consolidation ou de cuisson sous pression. Tant l'autoclave que l'étuve sont fréquemment des moyens uniques de production dans un atelier de fabrication et qui constituent des étranglement dans le flux de production, plus particulièrement en matière de composite à matrice thermodurcissable dont la résine présente un temps ouvert fini pour la réalisation de la cuisson. De plus, la montée en température de l'ensemble constitué de l'outillage et de la préforme jusqu'à la température de cuisson/consolidation est long dans de tels moyens. Aussi, de nombreux outillages autonomes, comprenant leurs propres moyens de chauffage ont été développés. Lesdits dispositifs comprennent des moyens de chauffage intégrés, sous la forme de résistances électriques, de conduits de circulation d'huile, ou d'inducteurs. Cependant, l'intégration de ces moyens de chauffage dans l'outillage est coûteuse en termes d'usinage. Le document W02015/155369 décrit un dispositif de cuisson/consolidation d'une préforme textile, à chauffage autonome et à matrice interchangeable. Ce dispositif de l'art antérieur est plus particulièrement adapté à la réalisation d'une pièce de grande dimension mais reste complexe dans sa conception pour y intégrer les moyens de chauffage et de refroidissement en ce qui concerne des pièces de plus petites dimensions, dont la surface est inférieure ou égale à environ 1m2. L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et concerne à 3051135 2 cette fin un dispositif pour la cuisson/consolidation d'une préforme textile préimprégnée d'un polymère comprenant : a. une matrice, dépourvue de moyens de chauffage et de refroidissement, comprenant une face moulante reproduisant la forme de la préforme 5 textile et une interface de montage ; b. un ensachage étanche de la préforme sur la matrice ; c. des moyens de tirage au vide de l'intérieur de l'ensachage comprenant la préforme textile ; d. un bloc thermique, comprenant des moyens de chauffage par induction 10 et une interface de réception coopérant avec l'interface de montage de la matrice pour son positionnement et le transfert de chaleur entre ladite matrice et ledit bloc thermique. Ainsi les moyens de chauffage ne sont pas portés par la matrice qui reste simple de réalisation. L'interface de montage permet d'utiliser le même bloc 15 thermique pour une pluralité de d'outillage. L'invention est avantageusement mise en oeuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement, le bloc thermique comprend des moyens de refroidissement 20 Selon un mode de réalisation plus particulièrement adapté à la cuisson d'une préforme textile préimprégnée d'une résine thermodurcissable, le dispositif objet de l'invention comprend : e. une enceinte étanche et des moyens de verrouillage de ladite enceinte sur la matrice ; 25 f. des moyens pour monter la pression à l'intérieur de l'enceinte étanche Avantageusement, le bloc thermique du dispositif objet de l'inventipn comprend : di. un support comprenant l'interface de réception et une interface de chauffage ; 30 dii. un accumulateur thermique, chauffé par les moyens de chauffage par induction ; diii. des moyens pour communiquer la chaleur de l'accumulateur thermique 3051135 3 au support par l'interface de chauffage. Ce mode de réalisation permet de limiter le besoin en puissance électrique pour l'alimentation des moyens de chauffage du bloc thermique tout en bénéficiant des avantages du chauffage par induction. 5 Avantageusement, les moyens de refroidissement comprennent un circuit pour la circulation d'un fluide caloporteur dans le support. Avantageusement, les moyens de refroidissement comprennent un circuit pour la circulation d'un fluide caloporteur autour de l'accumulateur thermique. Avantageusement, l'interface de chauffage comporte une feuille de 10 conformation. Ainsi, ladite feuille de conformation assure une contact mécanique parfait au niveau de l'interface de chauffage et réduit la résistance thermique de contact entre l'accumulateur thermique et le support. De manière similaire, l'interface de montage de la matrice comprend une feuille de conformation. 15 L'invention concerne également un procédé pour la cuisson ou la consolidation d'une préforme textile préimprégnée d'un polymère, mettant en oeuvre le dispositif objet de l'invention selon l'un quelconque de ses modes de réalisation, lequel procédé comprend les étapes consistant à : i. ensacher la préforme préalablement drapée sur la matrice ; 20 ii. tirer au vide l'intérieur de l'ensachage : iii. transférer la matrice et la préforme ensachée sur le bloc thermique ; iv. faire subir à la préforme un cycle thermique de cuisson consolidation en régulant la température de la préforme par le chauffage et le refroidissement du bloc thermique 25 Selon un mode de mise en oeuvre adapté à la cuisson d'une préforme textile imprégnée d'un polymère thermodurcissable, le procédé objet de l'invention comprend entre les étapes ii) et iv) une étape consistant à accroître la pression dans l'enceinte étanche L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, 30 nullement limitatifs, et en référence à la figure 1, représentant selon des vues en coupe le dispositif objet de l'invention dans un mode de réalisation regroupant l'ensemble des caractéristiques optionnelles de celui-ci. Figure 1A en phase de 3051135 4 refroidissement et figure 1B en phase de chauffage. Selon cet exemple de réalisation, le dispositif objet del"invention comprend une matrice (110) sur laquelle est drapée une préforme textile (100) consistant en une stratification de plis fibreux pré-imprégnés d'un polymère thermodurcissable ou 5 thermopastique. Ladite préforme (100) est ensachée sur la matrice (110) par l'intermédiaire d'une bâche à vide (120), mettant en oeuvre des moyens d'étanchéité (121) de sorte que l'espace compris entre la matrice (110) et la bâche à vide, comprenant la préforme (100) est étanche. Selon cet exemple de réalisation, la matrice (110) comprend des conduits (111) débouchant dans ledit espace, lesquels 10 conduits sont connectés à une pompe aspirante (non représentée) de sorte à tirer cet espace au vide. Une enceinte étanche (130) ensérant la préforme est verrouillée à la matrice par des moyens d'assemblage (132) appropriés. Ladite enceinte comprend un conduit (132) connecté à une pompe afin d'augmenter la pression dans ladite enceinte. Ainsi, cet ensemble supérieur comprenant la matrice (110) les 15 moyens d'ensachage et l'enceinte étanche constitue un ensemble autonome, permettant la mise en oeuvre du cycle de pression correspondant à la consolidation/cuisson de la préforme textile. La réalisation du cycle thermique de consolidation/cuisson de la préforme textile est obtenue en posant l'ensemble supérieur sur un bloc thermique, lequel bloc 20 thermique comprend, selon cet exemple de réalisation : - un support (140) constitué d'un matériau présentant une bonne conductivité thermique, par exemple, un alliage d'aluminium ; - un base (150) préférentiellement constituée d'un matériau réfractaire transparent au champ magnétique, par exemple, un béton ou une 25 céramiquee ; - un accumulateur (160) thermique constitué d'un matériau apte à être chauffé par induction. La base comprend un circuit d'induction comprenant un ou plusieurs inducteurs (151) circulant dans des cavités pratiquées dans ladite base, et connectés à un 30 générateur de courant à haute fréquence, typiquement comprise entre 10 kHz et 100 kHz. Le support (140) comprend des canaux (141) pour la circulation d'un fluide 3051135 5 caloporteur permettant de refroidir ledit support. La matrice est connectée au support (140) par l'intermédiaire d'une interface de profil standard, de sorte qu'une pluralité d'ensembles supérieurs, correspondant à une même forme ou à des formes différentes est susceptible de prendre position sur le boc thermique. La surface de 5 montage de la matrice, surface qui assure le positionnement de ladite matrice sur la surface de réception du support (140) comporte avantageusement une feuille de conformation (112). Ladite feuille de conformation est par exemple brasée sur la surface d'assemblage de la matrice et est constituée d'un matériau présentant une bonne conductivité thermique mais malléable, tel que du cuivre ou du nickel, de sorte 10 que ladite feuille de conformation compense les légère différences de forme entre la surface d'assemblage de la matrice et la surface de réception du support (140). Sur la face opposée à la face de réception, le support comprend une surface de chauffage susceptible d'entrer en contact avec l'accumulateur thermique. Avantageusement la surface de chauffage comprend une feuille de conformation 15 (142) brasée à ladite surface de chauffage et apte à compenser les légers écarts de forme entre ledit accumulateur (160) et la surface de chauffage du support (140). Figure 1A, en l'absence de chauffage, l'accumulateur (160) n'est pas en contact avec la surface de chauffage. Toutefois ledit accumulateur (160) est néanmoins maintenu à une température dite de maintien par l'intermédiaire des inducteurs. La résistance 20 de contact entre l'accumulateur (160) et la surface de chauffage est élevée et le transfert thermique entre l'accumulateur thermique (160) et le support (140) est réduit. Figure 1B, au cours d'un chauffage, la température de l'accumulateur est augmentée, de sorte que celui-ci se dilate thermiquement et entre en contact avec 25 la surface de chauffage du support (140). La résistance de contact baisse, et l'accumulateur thermique transmet sa chaleur au support. Ledit accumulateur thermique (160) n'a pas de fonction structurale dans le dispositif objet de l'invention. Sa constitution est ainsi choisie pour optimiser sa réponse au chauffage par induction et sa capacité de transférer sa chaleur au support (140). Selon un mode de 30 réalisation particulier, détail Z, ledit accumulateur est de structure alvéolaire, chaque alvéole (165) étant remplie d'un matériau à changement phase présentant une chaleur latente de transition . Avantageusement, le matériau à changement de phase 305 1 1 3 5 6 est choisi de sorte que sa température de transition soit proche de la température de maintien de l'accumulateur thermique. À titre d'exemple, si la température de maintien est de l'ordre de 200 °C le matériau à changement de phase est par exemple un matériau organique comme un polyol. Si la température de maintien est 5 plus élevée, par exemple de l'ordre de 400 °C, ou plus, le matériau à changement de phase est par exemple un sel. Selon ces exemples, le matériau à changement de phase passe de l'état solide, à basse température, à l'état liquide à température plus élevée en absorbant une chaleur latente de transition. En passant de la phase haute température à la phase basse température le matériau à changement de phase se 10 solidifie et restitue ladite chaleur latente de transition. La combinaison de la structure alvéolaire et de la présence d'un matériau à changement de phase permet d'augmenter l'inertie thermique apparente de l'accumulateur thermique (160) pendant son maintien à la température de maintien, toute en conservant une capacité de chauffage rapide jusqu'à la température de chauffage. 15 Le refroidissement de la matrice et par suite de la préforme est réalisé par la circulation du fluide caloporteur dans les canaux (141) du suport. Avantageusement, la base (150) comprend des conduits (152) pour l'adduction d'un fluide caloporteur autour de l'accumulateur thermique (160) de sorte à accélérer son refroidissement jusqu'à sa température de maintien après la phase de chauffage et de maintien en 20 température de la matrice. REVENDICATIONS1 Dispositif pour la cuisson/consolidation d'une préforme textile préimprégnée d'un polymère, caractérisé en ce qu'il comprend : a. une matrice, dépourvue de moyens de chauffage et de refroidissement, comprenant une face moulante reproduisant la forme de la préforme textile et une interface de montage ; b. Un ensachage étanche de la préforme sur la matrice ; c. Des moyens de tirage au vide de l'intérieur de l'ensachage comprenant la préforme textile ; d. un bloc thermique, comprenant des moyens de chauffage par induction et une interface de réception coopérant avec l'interface de montage de la matrice pour son positionnement et le transfert de chaleur entre ladite matrice et ledit bloc thermique 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le bloc thermique comprend des moyens de refroidissement. 3. Dispositif selon la revendication 1, comprenant : e. une enceinte étanche et des moyens de verrouillage de ladite enceinte sur la matrice ; f des moyens pour monter la pression à l'intérieur de l'enceinte étanche. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le bloc thermique comprend : di. un support comprenant l'interface de réception et une interface de chauffage ; dii. un accumulateur thermique, chauffé par les moyens de chauffage par induction ; diii. des moyens pour communiquer la chaleur de l'accumulateur thermique au support par l'interface de chauffage. 3051135 85. 6. 5 7. 8. 10 9. 15 20 Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les moyens de refroidissement comprennent un circuit pour la circulation d'un fluide caloporteur dans le support. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les moyens de refroidissement comprennent un circuit pour la circulation d'un fluide caloporteur autour de l'accumulateur thermique. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel l'interface de chauffage comporte une feuille de conformation. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'interface de montage de la matrice comprend une feuille de conformation. Procédé pour la cuisson ou la consolidation d'une préforme textile préimprégnée d'un polymère, mettant en oeuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : i. ensacher la préforme préalablement drapée sur la matrice ; ii. tirer au vide l'intérieur de l'ensachage : iii. transférer la matrice et la préforme ensachée sur le bloc thermique ; iv. faire subir à la préforme un cycle thermique de cuisson consolidation en régulant la température de la préforme par le chauffage et le refroidissement du bloc thermique. 10. Procédé selon la revendication 9, mettant en oeuvre un dispositif selon la revendication 3, comprenant, entre les étapes ii) et iv) une étape 25 consistant à accroître la pression dans l'enceinte étanche. 30