Brevet FR3053910A1 — publié le 20180119

DOMAINE DE L'INVENTION [0001] L'invention concerne un procédé d'imprégnation de préforme fibreuse par injection ou infusion ainsi qu'un procédé de fabrication d'une matrice renforcée par une préforme fibreuse. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] L'imprégnation d'une préforme fibreuse par infusion ou injection, par exemple par injection de résine, connue sous le terme « injection RTM » où l'acronyme RTM vient de l'anglais « Rem» Transfer Molding», consiste généralement à disposer une préforme fibreuse au sein d'un moule, puis de refermer le moule et d'introduire un matériau d'imprégnation au sein du moule contenant la préforme fibreuse. [0003] Toutefois, il arrive que des fibres de la préforme se coincent entre deux partes de moule, ce qui empêche une fermeture étanche du moule de sorte que le moule fuit pendant de l'imprégnation. [0004] Pour éviter de tels pincements de fibres, il existe par exemple des moules dont les parties présentent des chanfreins anti pincement formant, lorsque le moule est fermé, des cavités configurées pour recevoir les fibres susceptibles de gêner la bonne fermeture du moule. Une autre solution consiste à utiliser un moule significativement plus grand que la préforme, de sorte que les bords de la préforme, dans le moule, soit suffisamment éloignés des bords du moule pour s'assurer qu'aucune fibre ne puisse se coincer entre deux parties du moule. Toutefois, ces chanfreins ou cet éloignement de la préforme par rapport aux bords du moule forment des canaux de contournement de la préforme pendant l'imprégnation, pouvant conduire à une imprégnation de mauvaise qualité impactant négativement les performances mécaniques de la pièce finalement fabriquée. En effet, pour que l'imprégnation soit de bonne qualité, il faut qu'elle soit homogène au sein de la préforme fibreuse et notamment, pendant l'injection ou l'infusion, que la progression du matériau d'imprégnation forme un front plan qui évolue régulièrement depuis le côté du moule présentant l'orifice d'introduction du matériau d'imprégnation vers le côté du moule présentant l'orifice d'évent. Dans ce cas idéal on dit alors que le front d'imprégnation est plan tandis qu'en présence de canaux de contournement on dit que le front d'imprégnation est plutôt en forme de « U ». Il existe donc un besoin en ce sens. 305 3 9 10 2 PRESENTATION DE L'INVENTION [0005] Un mode de réalisation concerne un procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse par injection ou infusion, comprenant les étapes de : 5 - fournir un moule comprenant au moins deux parties, ledit moule présentant au moins un orifice d'entrée et au moins un orifice d'évent disposés sur des côtés opposés du moule, - disposer une préforme fibreuse dans une partie du moule, - disposer au moins un joint thermo-expansible dans au moins un passage 10 ménagé entre une paroi interne du moule et la préforme fibreuse, ledit passage s'étendant sensiblement selon la direction s'étendant entre les côtés opposés du moule présentant respectivement l'orifice d'entrée et l'orifice d'évent, - fermer le moule, 15 - chauffer le moule de sorte que le joint thermo-expansible se dilate et obture ledit passage, et - imprégner la préforme avec un matériau d'imprégnation [0006] Par la suite, et sauf indication contraire, par « joint », on entend « joint thermo-expansible ». De même, par la suite, 20 et sauf indication contraire, par « préforme », on entend « préforme fibreuse ». [0007] On comprend que le moule présente deux côtés opposés, un côté présentant au moins un orifice d'entrée pour introduire le matériau d'infusion tandis que le côté opposé présente au moins un 25 orifice d'évent pour évacuer l'air et/ou le surplus de matériau d'infusion. On comprend donc que ces deux côtés sont opposés selon une direction axiale, cette direction axiale s'étendant depuis un côté parmi ces deux côtés opposés vers l'autre côté parmi ces deux côtés opposés. On comprend également que la direction axiale correspond à la direction de 30 progression du front d'imprégnation au sein du moule. [0008] Au moins un joint est disposé uniquement dans des passages sensiblement parallèles à la direction axiale. Par « sensiblement parallèle » on entend formant un angle compris entre 0° et 45° avec la direction axiale. Bien entendu, la direction d'un passage est considérée 35 globalement. Ainsi, un passage peut être considéré comme sensiblement parallèle à la direction axiale tout en présentant des portions locales qui 305 3 9 10 3 forment un angle supérieur à 45° avec la direction axiale. Bien entendu, pour chaque passage équipé d'un joint, on peut disposer un ou plusieurs joints. [0009] Bien entendu, au sein du moule, il peut y avoir des 5 passages qui ne s'étendent pas sensiblement parallèlement à la direction axiale, mais, par exemple, selon une direction transverse à la direction axiale. De tels passages ne sont pas comblés par le joint. Au contraire, on évite d'obturer de tels passages qui peuvent former, par exemple immédiatement en aval de l'orifice d'entrée et en amont de la préforme 10 fibreuse ou bien immédiatement en aval de la préforme fibreuse et en amont de l'orifice d'évent (l'amont et l'aval étant considérés selon le sens d'écoulement du matériau d'imprégnation) des collecteurs de matériau d'imprégnation en amont ou en aval de la préforme fibreuse permettant d'homogénéiser l'imprégnation et favoriser la formation d'un front 15 d'imprégnation plan (i.e. sensiblement perpendiculaire à la direction axiale). [0010] Le joint thermo-expansible est bien entendu fabriqué en matériau thermo-expansible, c'est-à-dire qui se dilate quand on le chauffe. De tels matériaux sont connus par ailleurs. Ainsi, en chauffant le 20 moule fermé, on dilate le joint qui comble alors le passage dans lequel il est disposé. [0011] Le matériau d'imprégnation peut être par exemple un matériau organique (par exemple de la résine thermodurcissable ou thermoplastique), de la céramique ou bien du métal. 25 [0012] Grâce au joint, on comble le ou les passages (i.e. les canaux de contournement) s'étendant selon la direction axiale. Ainsi, on supprime, à tout le moins on réduit de manière significative, les possibilités de contournement de la préforme fibreuse par le matériau d'imprégnation pendant l'imprégnation. On force donc le matériau 30 d'imprégnation à circuler au sein de la préforme fibreuse, grâce à quoi, on assure une imprégnation homogène et un front d'imprégnation sensiblement plan. Par ailleurs, le joint permet de combler d'éventuelles fuites dues à une mauvaise fermeture du moule, par exemple si une fibre de la préforme fibreuse s'est coincée entre deux parties du moule ou si la 35 préforme présente une surépaisseur accidentelle. 305 3 9 10 4 [0013] Dans certains modes de réalisation, on dispose au moins un joint thermo-expansible dans tous les passages s'étendant entre les côtés opposés du moule présentant respectivement l'orifice d'entrée et l'orifice d'évent. 5 [0014] Ainsi, on s'assure que le matériau d'imprégnation n'a strictement aucune possibilité de contournement de la préforme fibreuse pendant l'imprégnation via un passage qui s'entend sensiblement parallèlement à la direction axiale. [0015] Dans certains modes de réalisation, on dispose le 10 joint thermo-expansible de sorte qu'il s'étende dans le moule sur sensiblement toute la longueur de la préforme fibreuse entre lesdits côtés opposés du moule. [0016] On comprend alors que le joint s'étend dans le passage sur sensiblement toute la longueur axiale de la préforme fibreuse. 15 Par « sensiblement toute la longueur » on entend sur une distance comprise entre 50% et 105% de la longueur de la préforme fibreuse lorsque le joint n'est pas expansé, étant entendu que le joint peut également s'expanser selon la direction axiale. [0017] Ceci permet d'éviter que du matériau d'imprégnation 20 introduit dans la préforme fibreuse s'écoule ensuite dans une portion du passage qui ne serait pas comblée par le joint, et perturbe ainsi la progression du front d'imprégnation et par conséquent l'homogénéité de l'imprégnation. [0018] Dans certains modes de réalisation, avant l'étape de 25 chauffage, la surface de la section transverse du joint thermo-expansible est sensiblement égale à la sensiblement la moitié de la surface de la section transverse du passage lorsque le moule est fermé. [0019] Par « sensiblement la moitié » on entend de 40% à 75% de la surface de la section transverse du passage. On comprend que 30 la section transverse du joint (ou du passage) est la section du joint (ou du passage) perpendiculaire à la direction axiale, lorsque le joint est disposé dans le moule. [0020] Un tel ratio de surfaces permet d'éviter de pincer le joint lui-même lors de la fermeture du moule. Ceci permet également de 35 générer des contraintes trop importantes sur la préforme fibreuse après que le joint ait été expansé après chauffage, de telles contraintes risquant 305 3 9 10 5 de déformer la préforme fibreuse par exemple par flambage de la structure fibreuse si elles étaient trop importante. [0021] Dans certains modes de réalisation, le joint thermo- expansible présente un coefficient de dilatation compris entre 50% et 5 60% et une température d'expansion supérieure à 60°C. [0022] Les efforts générés par un tel joint lors de son expansion n'affectent pas les propriétés physiques d'une préforme fibreuse, notamment les préformes fibreuses présentant un taux volumique de fibre compris entre 55% et 65%. Par ailleurs, un tel 10 coefficient d'expansion permet un positionnement aisé du joint entre le moule et la préforme fibreuse, et ce sans exercer une quelconque contrainte sur la préforme fibreuse. Par exemple, la température d'expansion est d'environ 100°C. [0023] Dans certains modes de réalisation, le joint thermo- 15 expansible présente une température de dégradation supérieure à la température de mise en oeuvre du matériau d'imprégnation. [0024] Par exemple, la température de mise en oeuvre est la température d'injection du matériau d'imprégnation ou bien sa température de réticulation ou de polymérisation. La température de 20 dégradation est bien évidement la température à partir de laquelle le joint n'est plus apte à réaliser correctement sa fonction de joint. [0025] Dans certains modes de réalisation, le matériau d'imprégnation est une résine. [0026] Un tel procédé d'imprégnation utilisant un joint 25 thermo-expansible est particulièrement bien adapté pour l'imprégnation d'une préforme fibreuse avec une résine. On notera que si la résine se durcit (i.e. réticule ou polymérise) à température ambiante, on peut envisager un cycle de chauffe préliminaire pour expanser le joint avant l'injection de la résine. 30 [0027] Un mode de réalisation concerne également un procédé de fabrication d'une matrice renforcée par une préforme fibreuse comprenant les étapes de : - imprégner une préforme fibreuse selon le procédé d'imprégnation de préforme fibreuse selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits 35 dans le présent exposé, grâce à quoi on obtient une matrice brute renforcée, et 305 3 9 10 6 - usiner au moins une partie de la matrice brute renforcée en contact avec le joint pendant l'imprégnation. [0028] Par « usiner » on entend toute opération consistant à retirer de la matière à l'aide d'une machine-outil, par exemple par 5 découpage, perçage, rabotage, ponçage, défonçage, fraisage, etc. [0029] On comprend donc que la partie de la matrice brute qui correspond à la partie du matériau d'imprégnation solidifié en contact avec le joint est usinée, notamment pour supprimer les imperfections résultant de la présence du joint. 10 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [0030] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : 15 - les figures 1A et 1B représentent une première étape d'un procédé d'imprégnation où une préforme fibreuse est disposée dans une partie d'un moule, - les figures 2A et 2B représentent une deuxième étape du procédé d'imprégnation où un joint thermo-expansible est disposé entre la 20 préforme et une paroi du moule, - la figure 3 représente une troisième étape du procédé d'imprégnation où le moule est chauffé de sorte que joint soit expansé, - la figure 4 représente une quatrième étape du procédé d'imprégnation où la préforme est imprégnée, et 25 - la figure 5 représente une étape d'usinage de la matrice brute renforcée avec une préforme fibreuse obtenue après l'étape représentée sur la figure 4 à l'issu du procédé d'imprégnation. DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION [0031] Les figures représentent un moule, un joint thermo- 30 expansible, et une préforme fibreuse de manière très schématique pour la clarté du présent exposé. L'homme du métier transposera bien évidement sans difficulté l'enseignement du présent exposé à des formes adaptées pour la fabrication de pièces réelles à géométries plus complexes. [0032] Le procédé d'imprégnation va être décrit en 35 référence aux figures lA à 4. On note que les figures 1B et 2B sont respectivement des vues des figures 1A et 2A selon le plan de coupe B 305 3 9 10 7 représenté sur la figure 1A. Toutefois, sur la figure 2B la deuxième partie de moule 12B est représentée tandis qu'il n'est pas représenté sur la figure 2A. [0033] Les figures 1A et 1B représentent une première 5 étape au cours de laquelle on dispose une préforme fibreuse 10 au sein d'une partie 12A d'un moule 12. Le moule 12 présente un orifice d'entrée 14, pour introduire un matériau d'imprégnation dans le moule. Le moule 12 présente également un orifice d'évent 16 pour évacuer l'air et/ou le surplus de matériau d'imprégnation pendant l'imprégnation. 10 [0034] L'orifice d'entrée 14 et l'orifice d'évent 16 sont disposés sur des côtés opposés 13A et 13B du moule 12. Ces côtés sont opposés selon une direction axiale X. Dans cet exemple, le moule 12 est de forme rectangulaire tandis que la direction axiale s'étend parallèlement au grand côté de la forme rectangulaire. Bien entendu, les orifices 15 pourraient être disposés sur les petits côtés de la forme rectangulaire, auquel cas la direction axiale s'étendrait parallèlement aux petits côtés de la forme rectangulaire. Plus généralement, la direction axiale est la direction qui s'étend entre n'importe quel côtés opposés, ces cotés présentant respectivement l'orifice d'entrée et l'orifice d'évent. 20 [0035] Des passages 20 et 22, formés entre la préforme 10 et des parois internes du moule 12, s'étendent selon la direction s'étendant entre les parois opposées 13A et 13B. En d'autres termes, les passages 20 et 22 s'étendent selon une direction sensiblement parallèle à la direction axiale X entre la préforme 10 et le moule 12. Dans cet 25 exemple, les passages 20 et 22 sont parallèles à la direction axiale X. [0036] Une deuxième étape du procédé d'imprégnation est représentée sur les figures 2A et 2B. Au cours de cette deuxième étape, des joints thermo-expansibles 24 et 26 sont respectivement disposés dans les passages 20 et 22. Dans cet exemple, les joints 24 et 26 sont disposés 30 de sorte qu'ils s'étendent sur sensiblement toute la longueur de la préforme 10 considérée entre le les côtés opposés 13A et 13B du moule 12 (i.e. la longueur axiale de la préforme). Dans cet exemple, les joints 24, 26 s'étendent sur 100% de la longueur L de la préforme 10. [0037] On comprend bien entendu que la première étape et 35 la deuxième étape peuvent être inversées : en effet, on peut disposer la préforme 10 dans une partie du moule 12 avant de disposer le ou les 3053910 8 joints 24, 26, ou inversement. Ou encore, on peut disposer au moins un joint dans une partie du moule, puis la préforme, puis au moins un autre joint. [0038] Sur la figure 2B, la deuxième partie de moule 12B 5 est également représentée, correspondant à la configuration de l'ensemble après l'étape de fermeture du moule. On constate que la section transverse S1 des joints 24 et 26 est sensiblement égale à la moitié de la section transverse S2 des passages 20 et 22. Dans cet exemple, les joints et les passages présentent des sections transverses identiques, mais bien 10 entendu ces sections transverses peuvent varier d'un joint à l'autre et d'un passage à l'autre. [0039] La figure 3 représente l'ensemble après l'étape de chauffage du moule : les joints thermo-expansibles 24 et 26 se sont expansés et obturent respectivement les passages 20 et 22. On note que 15 dans cet exemple le joint présente un coefficient d'expansion d'environ 60%, grâce à quoi il comble aisément les passages 20 et 22. [0040] La figure 4 représente l'ensemble de la figure 3 pendant l'étape d'imprégnation de la préforme 10. Dans cet exemple, l'imprégnation est réalisée par injection de résine 28, mais bien entendu 20 on peut réaliser l'imprégnation par infusion. De même dans cet exemple le matériau d'imprégnation est de la résine, mais d'autres matériaux comme de la céramique ou du métal sont également envisageables. Le matériau du joint est donc adapté en conséquence. En particulier, dans cet exemple, la température d'expansion du joint est de 100°C tandis que sa 25 température de dégradation supérieure à la température polymérisation de la résine. [0041] Comme cela est représenté sur la figure 4, grâce aux joints 24 et 26 qui sont expansés et obturent les passages 20 et 22, la résine 28 est forcée de passer par la préforme fibreuse 10, grâce à quoi le 30 front d'injection F obtenu est sensiblement plan. On note que dans cet exemple un passage 30 perpendiculaire à la direction axiale X est ménagé en amont de la préforme 10 entre la préforme 10 elle-même et le moule 12. Ce passage 30 forme un collecteur d'entrée permettant de diffuser de manière homogène la résine 28 au sein de la préforme 10. De même un 35 passage 32 perpendiculaire à la direction axiale X est ménagé en aval de la préforme 10, entre la préforme 10 elle-même et le moule 12. Ce 3053910 9 passage 32 forme un collecteur de sortie permettant une sortie homogène de la résine 28 ayant traversée la préforme 10, grâce à quoi une diffusion homogène, et donc une imprégnation homogène, de la résine 28 au sein de la préforme est obtenue. 5 [0042] A l'issu du procédé d'imprégnation tel que décrit en référence aux figures 1A à 4, on obtient un matrice brute 50 renforcée par une préforme fibreuse. Ce procédé d'imprégnation forme la première étape d'un procédé de fabrication d'une matrice renforcée par une préforme fibreuse. Une étape (optionnelle) suivante du procédé de 10 fabrication comprend un usinage d'au moins une partie de la préforme brute en contact avec un joint dans le moule 12. La figure 5 représente une telle étape d'usinage. Dans cet exemple, l'usinage est un fraisage d'un bord 50A de la matrice brute renforcée 50, ce bord 50A jouxtant le joint 24 dans le moule 12, à l'aide d'une fraise 60. Le bord 50B jouxtant le joint 15 26 dans le moule 12 peut également être fraisé. Pour la clarté de l'exposé, bien que dans l'étape représentée sur la figure 4 la matrice brute 50 n'est pas totalement formée, les références 50A et 50B sont tout de même indiquées sur les parties correspondantes de la préforme 10 en cours d'imprégnation. 20 [0043] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des 25 différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. [0044] Il est également évident que toutes les 30 caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé. REVENDICATIONS1. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse (10) par injection ou infusion, comprenant les étapes de : - fournir un moule (12) comprenant au moins deux parties (12A, 12B), ledit moule (12) présentant au moins un orifice d'entrée (14) et au moins un orifice d'évent (16) disposés sur des côtés opposés (13A, 13B) du moule (12), - disposer une préforme fibreuse (10) dans une partie (12A) du moule (12), - disposer au moins un joint thermo-expansible (24, 26) dans au moins un passage (20, 22) ménagé entre une paroi interne du moule (12) et la préforme fibreuse (10), ledit passage (20, 22) s'étendant sensiblement selon la direction (X) s'étendant entre les côtés opposés (13A, 13B) du moule (12) présentant respectivement l'orifice d'entrée (14) et l'orifice d'évent (16), - fermer le moule (12), - chauffer le moule (12) de sorte que le joint thermo-expansible (24, 26) se dilate et obture ledit passage (20, 22), et - imprégner la préforme fibreuse (10) avec un matériau d'imprégnation (28). 2. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse (10) selon la revendication 1, dans lequel on dispose le joint thermo-expansible (24, 26) de sorte qu'il s'étende dans le moule (12) sur sensiblement toute la longueur (L) de la préforme fibreuse (10) entre lesdits côtés opposés (13A, 13B) du moule (12). 3. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle avant l'étape de chauffage, la surface de la section transverse du joint thermo-expansible (24, 26) est sensiblement égale à la moitié de la surface de la section transverse du passage (20, 22) lorsque le moule (12) est fermé. 4. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le joint thermoexpansible (24, 26) présente un coefficient de dilatation compris entre 50% et 60% et une température d'expansion supérieure à 60°C. 305 3 9 10 11 5. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le joint thermoexpansible présente une température de dégradation supérieure à la température de mise en oeuvre du matériau d'imprégnation. 5 6. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le matériau d'imprégnation est une résine (28). 7. Procédé de fabrication d'une matrice renforcée par une préforme fibreuse comprenant les étapes de : 10 - imprégner une préforme fibreuse (10) selon le procédé d'imprégnation de préforme fibreuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, grâce à quoi on obtient une matrice brute renforcée (50), et - usiner au moins une partie (50A, 50B) de la matrice brute 15 renforcée (50) en contact avec le joint thermo-expansible (24, 26) pendant l'imprégnation.