Brevet FR3059591A1 — publié le 20180608

PROCEDE DE FABRICATION D'UN PROFILE EN MATIERE COMPOSITE, COMPRENANT UNE COUCHE DE RESINE PIGMENTEE DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un procédé de fabrication d'un profilé en matière composite comprenant une couche de résine pigmentée. Le contrôle de certains profilés en matière composite est pratiqué notamment en aéronautique pour les profilés composant des fuselages ou d'autres parties de structure d'aéronefs. Il existe différents procédés de contrôle non destructif, et l'utilisation de lasers est aujourd'hui très appréciée dans l'application principalement envisagée ici, à cause de leur rapidité d'exécution. On observe toutefois que les mesures sont plus difficiles à accomplir sur un profilé dont la surface est brute, puisque la surface, brillante, réfléchit une partie importante de la lumière du laser. C'est pourquoi on préfère habituellement peindre les profilés avant de procéder au contrôle pour donner une surface absorbante, mais la peinture et surtout le séchage prennent du temps, ce qui allonge de façon importante la durée de fabrication, incluant le contrôle du profilé. L'invention a pour but principal de rendre les contrôles non destructifs au laser de profilés en matière composite plus rapides qu'en les peignant, tout en conservant une bonne qualité des résultats du contrôle. Sous une forme générale, elle concerne un procédé de fabrication d'un profilé en matière composite, comprenant des étapes de drapage d'un empilement de plis, puis de formage et de durcissement de l'empilement, l'empilement comprenant principalement des plis structuraux imprégnés de résine, caractérisé en ce qu'il est ajouté aux plis structuraux, avant le durcissement, une couche de résine pigmentée. Cette couche subit ensuite l'étape de durcissement et reste incorporée au profilé. La résine pigmentée durcie a les mêmes avantages que la peinture pour améliorer la qualité des contrôles non destructifs au laser, mais elle ne nécessite pas de recourir à une étape de fabrication supplémentaire. 3059591 2 Selon divers aspects optionnels de l'invention, qu'on peut adopter séparément ou en combinaison : - le procédé comprend des étapes de pressage de l'empilement après le formage et avant le durcissement, et de découpage en segments du profilé après le 5 durcissement ; - un pli de protection galvanique est déposé entre les plis structuraux et la couche de résine pigmentée ; - avantageusement, le pli de protection galvanique est soit un pli de verre soit un pli non imprégné ; 10 - avantageusement encore, le pli de protection galvanique a une épaisseur supérieure à 0,05 mm ; - la couche de résine pigmentée a une épaisseur supérieure à 0,05 mm ; de préférence, une épaisseur supérieure à 0,1 mm ; - la résine de la couche de résine pigmentée et la résine des plis 15 structuraux sont thermodurcissables, et le formage est accompli par un chauffage simultané à un pressage ; - le profilé a une section comportant au moins un angle droit ; - avantageusement alors, un tel profilé a une section en U, comprenant une peau centrale et deux raidisseurs extrêmes, et la couche de résine pigmentée est 20 située sur des faces intérieures de la peau centrale et des deux raidisseurs extrêmes ; - ou bien, le profilé a une section en C triplement coudée, avec une peau centrale composée de deux portions reliées par un coude central et deux raidisseurs extrêmes, et la couche de résine pigmentée est située sur des faces intérieures de la peau centrale et des deux raidisseurs extrêmes ; 25 - la couche de résine pigmentée est disposée sur les plis structuraux ; - le formage comprend un poinçonnage. Un autre aspect de l'invention est l'utilisation d'un profilé fabriqué par un procédé selon ce qui précède dans un procédé de contrôle non destructif au laser. 3059591 3 Ces aspects de l'invention, ainsi que d'autres, vont être décrits maintenant plus en détail au moyen des figures suivantes, annexées à titre purement illustratif : - la figure 1 illustre de manière schématisée une chaîne de fabrication 5 du profilé ; - la figure 2, composée des figures 2A, 2B, 2C et 2D, illustre une étape de formage par pressage, l'outillage de pressage étant en coupe ; - la figure 3 représente la composition du profilé en coupe ; - les figures 4, 5 et 6 représentent trois sections de raidisseurs ; 10 - la figure 7 illustre un dispositif de contrôle non destructif en perspective ; - la figure 8 est une vue en coupe d'un profilé réellement fabriqué. La figure 1 représente schématiquement une chaîne de fabrication du profilé, qui comprend dans l'ordre indiqué : un poste de drapage 1, où les plis du profilé 15 sont empilés sur une table 2 ; un poste de préformage 3, où l'empilement des plis passe entre des paires de rouleaux se faisant face et qui sont agencés de façon à le déformer en courbant sa section pour la rapprocher d'une section voulue pour le profilé ; un poste de pressage 4 où la section définitive du profilé est imposée ; un poste de durcissement 5 où la matière du profilé est durcie ; un poste de traction 7 responsable de l'avance du 20 profilé ; et un poste de découpage 8 où le profilé obtenu est tronçonné aux longueurs souhaitées. Dans cette réalisation de l'invention, le procédé est continu et le profilé avance sans cesse, tiré par le poste de traction 7 à partir de la table 2 à travers les postes 3, 4 et 5, puis poussé jusqu'au poste de découpage 8. Le poste de durcissement 5 peut consister en un four ouvert à ses extrémités opposées dans le cas usuel où la résine qui 25 imprègne les plis du profilé est thermodurcissable, et le profilé durcit entre l'entrée et la sortie du four. Un tel procédé à défilement continu du profilé est propice à un débit de fabrication élevé. On pourrait toutefois sans difficulté appliquer des procédés discontinus, où le profilé serait fabriqué segment par segment et le défilement arrêté quand un pressage est entrepris. Il est à noter que ni l'étape de préformage, ni l'étape de pressage n'est obligatoire : le poste de préformage 3 peut accomplir le formage du profilé jusqu'à 3059591 4 sa section définitive, et ces deux étapes peuvent être accomplies dans le poste de durcissement 5, si le four évoqué jusqu'à présent est remplacé par la presse chauffée 6 qu'on va maintenant décrire, à employer dans un fonctionnement discontinu. La chaîne de la figure 1 pourrait aussi être remplacée par une machine 5 de pultrusion. Le durcissement pourrait être accompli dans un autoclave simultanément pour plusieurs profilés. Une consolidation partielle de la résine pourrait aussi être pratiquée. Tout procédé de fabrication connu, continu ou non, d'un profilé composite pourrait être envisagé pour y appliquer l'invention. Un exemple de presse chauffée 6 va maintenant être décrit au moyen 10 des figures 2A à 2D. Cette presse chauffée 6 accomplit aussi une opération de formage de l'ébauche du profilé, qui permet éventuellement de se passer du poste de préformage 3 distinct. Elle comprend une matrice inférieure 9 et une matrice supérieure 10 mobile verticalement, et comprenant deux blocs 11 et 12 coulissant horizontalement en direction transversale du profilé. Une ébauche 13 du profilé est avancée entre les 15 matrices 9 et 10. La face de pressage de la matrice inférieure 9 comprend deux empreintes 14 et 15 séparées par une partie surélevée 16 plate. Les flancs de cette dernière, qui sont des flancs intérieurs 17 et 18 des empreintes 14 et 15, sont verticaux, alors que les flancs extérieurs 19 et 20 des empreintes 14 et 15 sont obliques de façon 20 que celles-ci s'élargissent vers le haut. Et les blocs 11 et 12 comprennent des saillies 21 et 22 de formes complémentaires aux empreintes 14 et 15, avec des flancs intérieurs 23 et 24 verticaux et des flancs extérieurs 25 et 26 obliques qui les élargissent vers le haut. Quand la matrice supérieure 10 est abaissée (figure 2B), elle appuie l'ébauche 13 sur la partie surélevée 16 par les saillies 21 et 22, plie les bords 27 et 28 de 25 l'ébauche 13 dans les empreintes 14 et 15, puis (figure 2C) les flancs 25, 26 et 19, 20 obliques glissent les uns sur les autres, ce qui rapproche les blocs 11 et 12 l'un de l'autre, les flancs intérieurs 17, 18 et 23, 24 les uns des autres, et rabat les bords 27 et 28 contre la partie centrale 16, ce qui donne une forme finale en U à l'ébauche 13. Le pressage est accompli en rapprochant encore les matrices 9 et 10 l'une de l'autre (figure 2D). Le 30 durcissement est accompli par le chauffage des matrices 9 et 10. Les blocs 11 et 12 3059591 5 effectuent donc un poinçonnage, mais tout autre mode de formage peut être compatible avec l'invention. La composition de l'ébauche 13 est donnée à la figure 3. Elle consiste en un empilement de couches, comprenant principalement un empilement de plis 5 structuraux 29, comme des plis de fibres de carbone, imprégnés de résine. Sur un côté de l'empilement des plis structuraux 29, on dépose encore une feuille d'arrachage 30 et une feuille de démoulage 31. Comme il s'agit ici du côté supérieur de l'ébauche 13, on ajoute encore une cale 32, destinée, en chevauchant les blocs 11 et 12, à couvrir l'intervalle entre eux et à empêcher l'ébauche 13 d'y fluer. L'autre face de l'empilement des plis 10 structuraux 29 est couverte d'un pli de verre 33 non imprégné, d'une couche de résine pigmentée 34, et, à nouveau, d'une feuille de démoulage 35. La feuille d'arrachage 30 et les feuilles de démoulage 31 et 35 disparaissent ou sont enlevées après le durcissement. La couche de résine pigmentée 34 est la couche caractéristique de l'invention, dont la présence sera exploitée ultérieurement dans un contrôle non destructif, et le pli de verre 15 33 sert à assurer une protection galvanique et éventuellement une protection contre l'écaillage du profilé. Le pli de verre 33 est facultatif pour la bonne exécution de l'invention. Il pourrait aussi être remplacé par un pli d'une autre nature, comme un pli non imprégné, pour assurer la même fonction. Les profilés fabriqués ainsi peuvent être ceux des figures 4, 5 et 6. Les 20 deux premières de ces figures illustrent des profilés 36 et 37 à section en U, comprenant chacun deux coudes 38 et 39 à angle droit, séparant une peau centrale 40 de deux raidisseurs 41 et 42 respectifs. La couche de résine pigmentée 34, maintenant durcie, couvre la face intérieure des profilés 36 et 37. Les dimensions ne sont pas critiques et les profilés 36 et 37 peuvent avoir quelques millimètres d'épaisseur, les raidisseurs 41 et 42 25 quelques centimètres de largeur et les peaux centrales 40 quelques dizaines de centimètres de largeur. La figure 4 illustre que le profilé 36 a une épaisseur uniforme, alors que dans le profilé 37 de la figure 5 les raidisseurs 41 et 42 sont plus épais que la peau centrale 40, provient de ce qu'à l'étape de drapage, les plis structuraux 29 ont été plus 30 nombreux aux extrémités 27 et 28 de l'ébauche 13. Le profilé 43 à section en C de la 3059591 6 figure 6 diffère des précédents en ce qu'il comporte un troisième coude 44, central, qui divise sa peau centrale en deux portions 45 et 46 perpendiculaires entre elles. Ici encore, la couche de résine pigmentée 34 revêt la face intérieure du profilé 43. Il n'est pas formé par la presse chauffée 6, mais par un poste de formage ou de préformage, tel que 3, 5 adapté. La figure 7 illustre un dispositif de contrôle non destructif, après que les profilés 36, 37 et 43, ou des profilés d'autres sections, ont été assemblés entre eux, ou à une enveloppe lisse, pour former un tronçon de fuselage d'aéronef, ou une autre structure. Une machine à bras articulé 48, porteuse d'un dispositif 49 émettant des 10 faisceaux laser à son extrémité, est introduite à l'intérieur du tronçon et déplacée devant toute la face de la structure 47 porteuse de la couche de résine pigmentée 34 pour l'inspecter d'une façon connue, en scrutant aussi bien les raidisseurs 41 et 42 que les peaux centrales 40 ou 45, 46. Le procédé de contrôle non destructif appliqué peut être de tout genre connu. 15 Dans une réalisation concrète, la couche de résine pigmentée 34 a une épaisseur de 0,073 mm et est composée de résine SM 905, et le pli 33 est un pli de verre ayant une épaisseur de 0,066 mm. La résine SM 905 peut être pigmentée notamment par l'addition de micro-capsules de leuco-fluorochrome, présentes aussi dans les peintures qui révèlent les dommages subis par leurs supports (« bruisable paints » en anglais). Le 20 cycle de chauffage responsable du formage a une température de consigne de 90° C pour une durée de 10 minutes ou 20 minutes. Le durcissement est accompli à 180°C pendant 2 heures. Après l'étape de durcissement final, une surface pigmentée d'aspect assez homogène est obtenue. Les couches superficielles du profilé ayant la composition théorique de la figure 3 sont alors visibles à la figure 8, qui représente une coupe 25 effectivement obtenue du profilé, et montre, sur l'empilement des plis structuraux 29, la couche du pli de verre 33 et de la couche de résine pigmentée 34. L'épaisseur conjointe est en général comprise entre 0,12 mm et 0,13 mm, aux endroits 50 et 51 par exemple, ce qui est cohérent avec l'épaisseur totale des produits de base ayant ensuite subi un durcissement et un pressage. L'épaisseur de couche de résine pigmentée 34 est toutefois 30 réduite à certains endroits 52 ou 53, ce qui peut expliquer qu'on ait constaté de petites 3059591 7 hétérogénéités d'aspects. C'est pourquoi, si une épaisseur de résine pigmentée un peu plus petite que celle qui est proposée dans cet essai, de 0,05 mm par exemple, peut donner des résultats satisfaisants, une épaisseur un peu plus grande, de peut-être 0,1 mm, peut être encore meilleure, pour espérer donner une surface d'aspect 5 parfaitement homogène. Il n'y a pas de contrainte pour le choix des matériaux de la résine pigmentée. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite, comprenant des étapes de drapage d'un empilement de plis, puis de formage et de durcissement de l'empilement, l'empilement comprenant principalement des plis structuraux (29) imprégnés de résine, caractérisé en ce qu'il est ajouté aux plis structuraux, avant le durcissement, une couche de résine pigmentée (34). 2. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de pressage de l'empilement après le formage et avant le durcissement, et de découpage en segments du profilé après le durcissement. 3. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un pli de protection galvanique est disposé entre les plis structuraux (29) et la couche de résine pigmentée (34). 4. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pli de protection galvanique est soit un pli de verre, soit un pli non imprégné. 5. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le pli de protection galvanique a une épaisseur supérieure à 0,05 mm. 6. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche de résine pigmentée a une épaisseur supérieure à 0,05 mm. 7. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de résine pigmentée a une épaisseur supérieure à 0,1 mm. 8. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la résine de la couche de résine pigmentée et la résine des plis structuraux sont thermodurcissables, et le formage est accompli par un chauffage simultané à un pressage. 3059591 9 9. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le profilé a une section comportant au moins un angle droit. 10. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon la 5 revendication 9, caractérisé en ce que le profilé (36, 37) a une section en U, comprenant une peau centrale (40) et deux raidisseurs extrêmes (41, 42), et la couche de résine pigmentée est située sur des faces intérieures de la peau centrale et des deux raidisseurs extrêmes. 11. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon la 10 revendication 9, caractérisé en ce que le profilé (43) a une section en C triplement coudée, avec une peau centrale composée de deux portions (45, 46) reliées par un coude central (44) et deux raidisseurs extrêmes, et la couche de résine pigmentée est située sur des faces intérieures de la peau centrale et des deux raidisseurs extrêmes. 12. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon l'une 15 quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la couche de résine pigmentée (34) est disposée sur les plis structuraux. 13. Procédé de fabrication d'un profilé en matière composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le formage comprend un poinçonnage. 20 14. Utilisation d'un profilé fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans un procédé de contrôle non destructif au laser.