Brevet FR3053911A1 — 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 « Resin 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 parties 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 1 1 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 dans au moins un passage ménagé entre une 10 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 de sorte que les deux parties du moule coopèrent avec le joint de manière à obturer ledit passage, et 15 - imprégner la préforme fibreuse avec un matériau d'imprégnation. [0006] Par la suite, 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 20 le matériau d'infusion tandis que le côté opposé présente au moins un 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 25 comprend également que la direction axiale correspond à la direction de 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 30 direction axiale. Bien entendu, la direction d'un passage est considérée globalement. Ainsi, un passage peut être considéré comme sensiblement parallèle à la direction axiale tout en présentant des portions locales qui 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 35 joints. 305 3 9 1 1 3 [0009] Bien entendu, au sein du moule, il peut y avoir des 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 5 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 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 10 d'imprégnation en amont ou en aval de la préforme fibreuse permettant d'homogénéiser l'imprégnation et favoriser la formation d'un front d'imprégnation plan (i.e. sensiblement perpendiculaire à la direction axiale). [0010] Le joint est par exemple en matériau élastomère. Par 15 exemple, le joint est en silicone ou en caoutchouc fluorocarboné (ou FKM, connu également sous la marque commerciale VITON®). De manière générale, on comprend que le joint est déformable, par exemple élastiquement déformable, pour pouvoir s'adapter à la forme du passage et combler ledit passage lorsque le joint coopère avec les parois 20 adjacentes du moule lors de la fermeture du moule. [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. [0012] Grâce au joint, on comble le ou les passages (i.e. les 25 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 d'imprégnation à circuler au sein de la préforme fibreuse, grâce à quoi, on 30 assure une imprégnation homogène et un front d'imprégnation sensiblement plan. [0013] Dans certains modes de réalisation, on dispose au moins un joint dans tous les passages s'étendant entre les côtés opposés du moule présentant respectivement l'orifice d'entrée et l'orifice d'évent. 35 [0014] Ainsi, on s'assure que le matériau d'imprégnation n'a strictement aucune possibilité de contournement de la préforme fibreuse 305 3 9 1 1 4 pendant l'imprégnation via un passage qui s'entend sensiblement parallèlement à la direction axiale. [0015] Dans certains modes de réalisation, on dispose le joint de sorte qu'il s'étende dans le moule sur sensiblement toute la 5 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. Par « sensiblement toute la longueur » on entend sur une distance comprise entre 60% et 105% de la longueur de la préforme fibreuse. 10 [0017] Ceci permet d'éviter que du matériau d'imprégnation 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. 15 [0018] Dans certains modes de réalisation, le joint présente une section transverse de forme circulaire ou équivalente (lorsque le joint n'est pas déformé). [0019] Par « circulaire ou équivalent » on entend toute forme de section circulaire, ovale, elliptique, oblongue, etc. Un tel joint est 20 particulièrement facile à mettre en oeuvre, présente une déformée sous écrasement connue et parfaitement maitrisée, et présente un faible coût de production. [0020] Dans certains modes de réalisation, le joint présente une section transverse en forme de « L ». 25 [0021] On comprend donc qu'une « branche » de la forme en « L » du joint est disposée dans le passage. La préforme fibreuse est logée dans le coin interne de la forme en « L ». Par exemple, le joint coopère avec une partie sacrificielle de la préforme fibreuse. Ainsi, la partie de la matrice brute obtenue à l'issue du procédé d'imprégnation qui 30 correspond à la partie de la préforme coopérant avec le joint est retirée par usinage avec la partie sacrificielle, et ce sans impact fonctionnel sur pièce qui sera obtenue à partir de la matrice finale (i.e. la matrice brute usinée). Une telle forme de joint permet d'améliorer l'étanchéité tout en préservant la préforme fibreuse d'éventuels risques de flambages des 35 fibres. 3 0 5 3 9 1 1 5 [0022] Dans certains modes de réalisation, le joint présente une section transverse en forme de « U ». [0023] Dans certains modes de réalisation, on emmanche un bord de la préforme fibreuse dans la cavité de la forme en « U » du 5 joint. [0024] Par exemple, on emmanche un bord de la préforme fibreuse dans la cavité de la forme en « U » avant de disposer la préforme, et donc le joint, dans le moule (ou dans une partie du moule). Un tel ordre facilite particulièrement la mise ne oeuvre du procédé. 10 Toutefois, on peut bien entendu emmancher un bord de la préforme fibreuse dans la cavité de la forme en « U » après avoir disposé la préforme dans le moule (ou dans une partie du moule). Par exemple, le joint coopère avec une partie sacrificielle de la préforme fibreuse. Ainsi, la partie de la matrice brute obtenue à l'issue du procédé d'imprégnation qui 15 correspond à la partie de la préforme coopérant avec le joint est retirée par usinage avec la partie sacrificielle, et ce sans impact fonctionnel sur pièce qui sera obtenue à partir de la matrice finale (i.e. la matrice brute usinée). [0025] Dans certains modes de réalisation, le matériau 20 d'imprégnation est une résine. [0026] Un tel procédé d'imprégnation utilisant un joint est particulièrement bien adapté pour l'imprégnation d'une préforme fibreuse avec une résine. Notamment, le joint est particulièrement bien compatible avec de la résine, grâce à quoi le démoulage est particulièrement aisée. 25 [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 30 dans le présent exposé, grâce à quoi on obtient une matrice brute renforcée, et - 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 35 à retirer de la matière à l'aide d'une machine-outil, par exemple par découpage, perçage, rabotage, ponçage, défonçage, fraisage, etc. 305 3 9 1 1 6 [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. 5 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 : 10 - 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 est disposé entre la préforme et une 15 paroi du moule, - la figure 3A représente une troisième étape où le moule est refermé, tandis que les figures 3B et 3C représentent des variantes de forme de joint, - la figure 4 représente une quatrième étape du procédé 20 d'imprégnation où la préforme est imprégnée, et - 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 25 [0031] Les figures représentent un moule, un joint, 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. 30 [0032] Le procédé d'imprégnation va être décrit en référence aux figures 1A 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 représenté sur la figure 1A. [0033] Les figures lA et 1B représentent une première 35 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 305 3 9 1 1 7 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. [0034] L'orifice d'entrée 14 et l'orifice d'évent 16 sont 5 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 pourraient être disposés sur les petits côtés de la forme rectangulaire, 10 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. [0035] Des passages 20 et 22, formés entre la préforme 10 15 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 exemple, les passages 20 et 22 sont parallèles à la direction axiale X. 20 [0036] Une deuxième étape du procédé d'imprégnation est représentée sur les figures 2A et 2B. Au cours de cette deuxième étape, des joints 24 et 26 sont respectivement disposés dans les passages 20 et 22. Dans cet exemple, les joints 24 et 26 sont disposés de sorte qu'ils s'étendent sur sensiblement toute la longueur de la préforme 10 25 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 la deuxième étape peuvent être inversées : en effet, on peut disposer la 30 préforme 10 dans une partie du moule 12 avant de disposer le ou les 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] On note que les joints 24 et 26 ont une section de 35 forme circulaire ou équivalent, et plus particulièrement dans cet exemple en forme ovale. Dans cet exemple, la hauteur des joints selon la direction 305 3 9 1 1 8 de hauteur Y, perpendiculaire à la direction axiale X, qui s'étend selon la direction d'ouverture/fermeture du moule 12, est plus grande que la hauteur de la partie de préforme 10 adjacente au joint 24, 26 selon cette même direction Y. Ainsi, lors de la fermeture du moule 12, la deuxième 5 partie 12B du moule coopère avec les joints 24 et 26, grâce à quoi les joints se déforment de manière à combler les passages 20 et 22, respectivement. Cette étape de fermeture et d'obturation des passages grâce à la déformation des joints est représentée sur la figure 3A. La flèche en trait épais représente le sens d'approche de la deuxième partie 10 12B de moule par rapport à la première partie 12A, lors de la fermeture du moule 12. De manière générale, on comprend que la hauteur des joints est plus grande que la hauteur de la cavité du moule, mais pas nécessairement plus grande que la hauteur de la préforme. [0039] La figure 3B représente une première variante où les 15 joints présentent une section transverse en « L ». La préforme 10' présente dans cet exemple des parties sacrificielles 10'A et 10'B qui sont chacune reçues dans le coin interne de la forme en « L » des joints 24' et 26', respectivement. On note que la branche de la forme en « L » des joints 24' et 26' qui n'est pas disposée dans le passage 20, 22 présente en 20 section transverse, une forme biseautée dont l'épaisseur diminue en s'éloignant du coin de la forme en « L ». Ceci permet une coopération progressive avec la préforme 10' et évite de générer des efforts et déformations inacceptables dans la préforme 10'. Cedi permet également d'éviter la formation d'éventuels chemins préférentiels entre le joint et la 25 préforme fibreuse. [0040] La figure 3C représente une deuxième variante où les joints présentent une section transverse en « U ». La préforme 10" présente dans cet exemple des parties sacrificielles 10"A et 10"B qui sont chacune reçues dans la cavité de la forme en « U » des joints 24" et 26", 30 respectivement. Dans cet exemple, les parties sacrificielles 10"A et 10"B de la préforme 10" présentent des épaulements configurés pour coopérer avec les barres verticales de la forme en « U » des joints. Ainsi, on assemble les joints 24" et 26" avec la préforme 10" en emmanchant les bords 11"A et 11"B dans la cavité de la forme en « U » des joints. 35 [0041] Toutefois, tout comme pour le joint en « L », ces barres verticales de la forme en « U » peuvent bien évidement présenter, 305 3 9 1 1 9 en section transverse, une forme biseautée dont l'épaisseur diminue en s'éloignant de la barre horizontale de fond du « U ». Inversement, selon encore une autre variante, la barre de la section en « L » du joint représenté sur la figure 3B qui n'est pas disposé dans les passages 20, 22, 5 peut présenter une forme rectangulaire et coopérer avec un épaulement de la préforme. [0042] La figure 4 représente l'ensemble de la figure 3A pendant l'étape d'imprégnation de la préforme 10. Dans cet exemple, l'imprégnation est réalisée par injection de résine 28, mais bien entendu 10 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 choix du matériau du joint est donc adapté en conséquence. [0043] Comme cela est représenté sur la figure 4, grâce aux 15 joints 24 et 26 qui obturent les passages 20 et 22, la résine 28 est forcée de passer par la préforme fibreuse 10, grâce à quoi le 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 20 30 forme un collecteur d'entrée permettant de diffuser de manière homogène la résine 28 au sein de la préforme 10. De même un 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 passage 32 forme un collecteur de sortie permettant une sortie homogène de la 25 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. [0044] 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 30 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 suivante du procédé de 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 35 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 24 305 3 9 1 1 10 dans le moule 12, à l'aide d'une fraise 60. Le bord 50B jouxtant le joint 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 5 indiquées sur les parties correspondantes de la préforme 10 en cours d'imprégnation. [0045] Par ailleurs, en référence aux figures 3B et 3C, l'usinage représenté sur la figure 5 peut également viser à retirer en tout ou partie les parties sacrificielles 10'A, 10'B, 10"A et/ou 10"B. 10 [0046] 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 15 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. [0047] Il est également évident que toutes les 20 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 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 (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) de sorte que les deux parties (12A, 12B) du moule (12) coopèrent avec le joint (24, 26) de manière à obturer ledit passage (20, 22), et - imprégner la préforme fibreuse (10) avec un matériau d'imprégnation (28). 2. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse selon la revendication 1, dans lequel on dispose le joint (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 selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le joint (24, 26) présente une section transverse de forme circulaire ou équivalente. 4. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le joint (24', 26') présente une section transverse en forme de « L ». 5. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le joint (24", 26") présente une section transverse en forme de « U ». 305 3 9 1 1 12 6. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse selon la revendication 5, dans lequel on emmanche un bord (11"A, 11"B) de la préforme fibreuse (10") dans la cavité de la forme en « U » du joint (24", 26"). 5 7. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le matériau d'imprégnation est une résine (28). 8. 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 7, 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 (24, 26) pendant le pendant l'imprégnation. 20