Brevet FR3094260A1 — publié le 20201002

Description Titre de l'invention : Fabrication d'un réservoir à gaz sous haute pression [0001] La présente invention concerne un dispositif de moulage et un procédé de fabrication d'un réservoir à gaz sous haute pression. [0002] Un réservoir à gaz sous haute pression est généralement réalisé en un matériau composite. Plus particulièrement, le matériau composite est formé par une structure résistante de fibres, imprégnée d'une résine. La structure résistante est par exemple une structure fibreuse, réalisée par enroulement de fibres telles que des fibres (le verre ou de carbone, ou par enroulement de fils de matière, par exemple de métal. [0003] Lc réservoir se termine généralement par une embase à chacune de ses extrémités. [0004] La structure composite est généralement munit d'un revêtement intérieur im- perméable au gaz. Un tel revêtement intérieur est également appelé « liner ». [0005] Lors du procédé de fabrication, la structure résistante est réalisée en enroulant une fibre imprégnée de résine autour du revêtement intérieur, cet enroulement étant suivi d'une polymérisation complète de la résine dans une étuve. [0006] Un tel procédé est particulièrement long à mettre en oeuvre. Il nécessite notamment un temps long pour réaliser l'enroulement, et un temps long pour la polymérisation (plusieurs heures, généralement environ 8 heures). [0007] En particulier, il n'est pas possible d'effectuer un enroulement d'une fibre imprégnée trop vite, car cela entraincrait une émulsion de la résine, ce qui générerait des bulles, qui entraineraient une dégradation des performances mécaniques. [0008] En outre, le procédé d'imprégnation traditionnel génère de la porosité car seule la tension va permettre de tendre le fil imprégné sur le réservoir (à pression atmosphérique), ce qui n'est pas suffisant pour empêcher la porosité dans la structure résistante. [0009] L'invention a notamment pour but d'améliorer la situation, en proposant un dispositif de moulage permettant un procédé de fabrication plus rapide (moins de deux heures) que dans l'état de la technique. [0010] A cet effet, l'invention a notamment pour objet un dispositif de moulage par injection d'un réservoir de gaz haute pression, pour la fabrication du réservoir en matériau composite, le dispositif de moulage comportant une première partie de moule comprenant une première empreinte et une seconde partie de moule comprenant une seconde empreinte, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et seconde empreintes comporte au moins une rainure formant un canal d'injection. [0011] L'invention permet de réaliser un procédé de fabrication, dans lequel la structure ré- 2 sistante fibreuse est disposée dans le dispositif de moulage, puis la résine est injectée dans le dispositif de moulage, dans la structure résistante. La résine polymérise dans le dispositif de moulage en quelques minutes, de préférence en moins de 15 minutes, encore de préférence en moins de 10 minutes et encore plus de préférence en moins de 5 minutes, si bien que le procédé de l'invention est bien plus rapide que celui de l'état de la technique, qui présente un temps de polymérisation de la résine de quelques heures, généralement de plus de 5 heures. En outre, la structure résistante est réalisée par enroulagc d'une fibre sèche, ce qui est plus simple et plus rapide que l'enroulage d'une fibre imprégnée de résine. Plus particulièrement, la vitesse d'enroulement d'une fibre sèche est environ deux fois supérieure à celle d'une fibre imprégnée. [0012] Grâce à la ou les rainures, la résine peut imprégner la structure résistante rapidement et sur une grande surface, depuis l'extérieur vers l'intérieur, avec une plus faible pression que celle qui serait nécessaire s'il n'y avait pas de rainure. [0013] En outre, on notera qu'en injectant la résine (8-9 bars), il est possible de chasser toutes les porosités de la structure résistante. Celle-ci présente donc moins de porosité que dans l'état de la technique. [0014] Un dispositif de moulage selon l'invention peut en outre comporter l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. [0015] - La première ou seconde empreinte comportant au moins une rainure présente une forme géométrique démoulante définie autour d'un premier axe longitudinal, cette première ou seconde empreinte comportant au moins une première rainure s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal, de préférence une pluralité de premières rainures parallèles au premier axe longitudinal. [0016] - La première ou seconde empreinte comportant au moins une rainure présente une forme géométrique démoulante définie autour d'un premier axe longitudinal, cette première ou seconde empreinte comportant au moins une seconde rainure s'étendant circonférentiellement ou hélicoïdalement autour du premier axe longitudinal, de préférence une pluralité de secondes rainures parallèles entre elles. [0017] L'invention concerne également un procédé de moulage par injection d'un réservoir de gaz haute pression en matériau composite, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moyen d'un dispositif de moulage tel que défini précédemment, et en ce qu'il comporte les étapes suivantes : [0018] - fourniture d'une structure résistante de filaments, délimitée radialement par une surface intérieure et une surface extérieure, et munie d'un revêtement intérieur inséré dans la structure résistante en contact avec la surface intérieure, [0019] - disposition de la structure résistante dans la première ou seconde empreinte, puis fermeture du dispositif de moulage de manière à enfermer la structure résistante entre 3 les première et seconde empreintes, [0020] - injection d'une résine dans le dispositif de moulage, en passant par l'au moins une rainure. [0021] Un procédé de fabrication selon l'invention peut en outre comporter l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toute combinaisons techniquement envisageable. [0022] - On fournit un revêtement intérieur présentant une face extérieure en contact avec la surface intérieure de la structure résistante, la face extérieure du revêtement comportant au moins une troisième rainure formant un canal d'injection. [0023] - La structure résistante présentant une forme de révolution définie autour d'un second axe longitudinal, la face extérieure du revêtement comporte au moins une troisième rainure s'étendant parallèlement au second axe longitudinal, de préférence une pluralité de troisièmes rainures parallèles au second axe longitudinal. [0024] - La structure résistante présentant une forme de révolution définie autour d'un second axe longitudinal, la face extérieure du revêtement comporte au moins une troisième rainure s'étendant selon une hélicoïdale définie autour du second axe longitudinal. [0025] - Le procédé comporte une étape préalable d'assemblage de la structure résistante avec au moins une embase (22), l'embase (22) comprenant au moins un canal (32) débouchant au moins en partie sur la structure résistante (18). [0026] - Au moins l'un parmi l'au moins un canal de l'embase communique avec au moins une troisième rainure parmi l'au moins une troisième rainure. [0027] - Le procédé de moulage comporte une étape, préalable à l'injection, d'aspiration d'air à travers le canal de l'embase. [0028] L'invention concerne enfin un réservoir pour gaz à haute pression, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moyen d'un procédé tel que défini précédemment. [0029] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles : [0030] [0031] [fig. 1] la figure 1 est une vue en perspective d'une première partie de moule d'un dispositif de moulage selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, [fig.2] la figure 2 est un détail, en coupe dans le plan de la première partie de moule de la figure 1, dans laquelle est agencé un réservoir avant moulage, [0032] [0033] [fig.3] [0034] la figure 3 est une vue en coupe transversale du dispositif de moulage de la figure 1, refermé avec une seconde partie de moule, [0035] [fig.4] [0036] la figure 4 est un détail de la figure 3, [0037] [fig.5] la figure 5 est une vue de profil d'un revêtement intérieur du réservoir, selon une première variante de réalisation, [fig.6] la figure 6 est une vue similaire à la figure 5 d'un revêtement intérieur selon une seconde variante de réalisation, [fig.7] la figure 7 est une vue partielle en coupe transversale d'un réservoir comprenant le revêtement intérieur de la figure 5, [fig.8] la figure 8 est une vue en perspective d'une embase du réservoir, [0038] - [fig.91 la figure 9 est une vue partielle en coupe longitudinale du réservoir muni de l'embase de la figure 8. [0039] On a représenté, sur les figures 1 à 4, un dispositif de moulage 10 (représenté en coupe transversale sur la figure 3), pour la fabrication d'un réservoir à gaz sous pression en matériau composite. [0040] Le dispositif de moulage 10 comporte une première partie de moule 12, représentée sur la figure 1, et une seconde partie de moule 14 mobile par rapport à la première partie de moule 12. Le fonctionnement général d'un tel dispositif de moulage est classique et ne sera donc pas décrit en détail. [0041] La première partie de moule 12 comporte une première empreinte 16 destinée à recevoir des éléments destinés à former le réservoir, à savoir une structure résistante 18, un revêtement intérieur 20 et deux embases 22, assemblés entre eux. Ces différents éléments seront décrits ultérieurement. [0042] La première empreinte 16 présente une forme géométrique démoulante, c'est-à-dire qu'elle induit automatiquement l'absence de contre dépouille. [0043] Plus précisément, la première empreinte 16 présente une forme générale de semi- révolution, notamment une forme semi-cylindrique, définie autour d'un premier axe longitudinal XI. [0044] La seconde partie de moule 14, visible sur la figure 3, comporte une seconde empreinte 24, destinée à former, avec la première empreinte 16, un espace intérieur de moulage, lorsque les première 12 et seconde 14 parties de moule sont rapportées l'une contre l'autre. Les deux empreintes 16, 24 sont par exemple identiques. [0045] Conformément à l'invention, au moins l'une des première 16 et seconde 24 em- preintes comporte au moins une rainure 26, 28 formant un canal d'injection. [0046] Dans l'exemple décrit, les deux empreintes 16, 24 comportent chacune au moins une rainure. [0047] Conformément au mode de réalisation décrit, la première 16 et/ou seconde 24 empreinte comporte au moins une première rainure 26 s'étendant parallèlement au premier axe longitudinal Xl. [0048] De préférence, la première 16 et/ou seconde 24 empreinte comporte une pluralité de premières rainures 26 parallèles entre elles et parallèles au premier axe longitudinal Xl. Ces premières rainures 26 sont avantageusement réparties équitablement autour de l'axe longitudinal Xl. [0049] En variante, ou de manière complémentaire, la première 16 et/ou seconde 24 empreinte comporte au moins une seconde rainure 28 s'étendant circonférentiellement autour du premier axe longitudinal XI. [0050] De préférence, la première 16 et/ou seconde 24 empreinte comporte une pluralité de secondes rainures 28 parallèles entre elles. Ces secondes rainures sont avantageusement réparties équitablement le long de l'axe longitudinal XI. [0051] Conformément à une autre variante non représentée, la première 16 et/ou seconde 24 empreinte comporte au moins une rainure s'étendant hélicoïdalement autour du premier axe longitudinal Xl. [0052] Le dispositif de moulage 10 permet de réaliser un procédé de fabrication par moulage par injection d'un réservoir de gaz haute pression en matériau composite. [0053] Ce procédé comporte la fourniture de la structure résistante 18. La structure résistante présente de préférence une forme générale de révolution, notamment cylindrique, définie autour d'un second axe longitudinal X2. Cette structure résistante 18 est délimitée radialement par une surface intérieure 18a et une surface extérieure 18b. En variante, la structure résistante 18 peut présenter une forme arrondie, notamment ellipsoïdale, ovale ou ovoïde, ou toute autre forme de révolution. [0054] La structure résistante 18 est par exemple réalisée, de manière classique, en enroulant une fibre, telle une fibre de verre ou une fibre de carbone. Cette structure résistante 18 confère sa rigidité au réservoir et en délimite le volume. 6 [0055] Toutefois, la structure résistante 18 n'est pas étanche au gaz sous pression, si bien que le réservoir comprend un revêtement intérieur 20 étanche destiné à assurer cette fonction d'étanchéité. Ce revêtement intérieur 20 est généralement souple et réalisé en matériau élastomère et/ou thermoplastique. Le revêtement intérieur 20 est destiné à recouvrir toute la surface intérieure 18a de la structure résistante 18. [0056] Ainsi, le procédé de fabrication comporte la fourniture du revêtement intérieur 20, inséré dans la structure résistante 18 en contact avec la surface intérieure 18a. [0057] La structure résistante 18 est également munie, à chacune de ses extrémités dans la direction du second axe longitudinal X2, d'une embase 22 respective, fixée de manière classique à la structure résistante 18 et au revêtement intérieur 20. [0058] Chaque embase 22 présente une forme générale de révolution autour du second axe longitudinal X2. L'embase 22 comporte un bec 22a s'étendant le long du second axe longitudinal X2, et une couronne 22h. [0059] La structure résistante 18, munie du revêtement intérieur 20 et des embases 22, est rapportée dans la première empreinte 16. Le dispositif de moulage 10 est alors refermé de sorte que la structure résistante 18 se retrouve enfermée entre les première 16 et seconde 24 empreintes. Dans cette position, le premier axe longitudinal X1 est sensiblement confondu avec le second axe longitudinal X2. [0060] Le procédé de fabrication comporte ensuite l'injection d'une résine dans le dispositif de moulage 10, en passant par l'au moins une rainure 26, 28. La résine imprègne ainsi les fibres de la structure résistante 18, depuis l'extérieur vers l'intérieur, de manière uniforme sur toute la longueur de la structure résistante 18. [0061] Avantageusement, on met l'enceinte délimitée par le revêtement intérieur sous pression interne lors de l'injection de la résine, afin de garder ce revêtement sous contrainte et qu'il ne se déforme pas sous l'influence de la pression d'injection de la résine (8-9 bars). [0062] On décrira ci-après des variantes de réalisation permettant d'optimiser l'efficacité du dispositif de moulage selon l'invention. [0063] Conformément à des variantes de réalisation, représentées sur les figures 5 à 7, le re- vêtement intérieur 20, présentant une face extérieure 20b en contact avec la surface intérieure 18a de la structure résistante 18, comporte au moins une troisième rainure 30 formant un canal d'injection. [0064] Dans la variante représentée sur la figure 5, le revêtement intérieur 20 comporte une pluralité de troisièmes rainures 30, s'étendant parallèlement au second axe longitudinal X2. Ces troisièmes rainures 30 sont avantageusement réparties équitablement autour du second axe longitudinal X2. [0065] Dans la variante représentée sur la figure 6, le revêtement intérieur 20 comporte une troisième rainure 30 s'étendant s'étendant selon une hélicoïdale définie autour du 7 second axe longitudinal X2. [0066] Dans les deux cas, comme cela est représenté sur la figure 7, chaque troisième rainure 30 débouche radialemcnt sur la structure résistante 18. De la résine circulant dans la troisième rainure 30 peut ainsi imprégner la structure résistante 18, depuis l'intérieur vers l'extérieur. [0067] La troisième rainure 30, en combinaison avec la première 26 et/ou seconde 28 rainure, permet de réduire le temps d'imprégnation de la structure résistante 18, et d'améliorer cette imprégnation. [0068] Avantageusement, comme cela est représenté sur la figure 8, l'embase 22 comprend au moins un canal d'injection 32, débouchant au moins en partie sur la structure résistante 18. De préférence, l'embase 22 comporte une pluralité de canaux d'injection 32 répartis autour du second axe longitudinal X2. L'étape d'injection est réalisée en injectant de la résine à travers chaque canal d'injection 32. Ainsi, dans le dispositif de moulage 10, chaque canal d'injection 32 communique avec une conduite d'injection de ce dispositif de moulage 10. [0069] Chaque canal d'injection 32 s'étend dans le bec 22a, puis en surface de la couronne 22h, de manière à s'étendre jusqu'à l'interface entre la structure résistante 18 et le revêtement intérieur 20. [0070] Plus particulièrement, dans le cas où le revêtement intérieur 20 comporte au moins une troisième rainure 30, chaque canal d'injection 32 est conformé pour communiquer avec au moins l'une de ces troisièmes rainures 30. [0071] Dans ce cas, l'injection de résine dans le dispositif de moulage 10 est réalisée en passant par l'au moins une troisième rainure 30. La résine imprègne ainsi les fibres de la structure résistante 18, depuis l'intérieur vers l'extérieur, de manière uniforme sur toute la longueur de la structure résistante 18. [0072] En variante, ou de manière complémentaire, comme cela est représenté sur la figure 2, au moins l'un des canaux d'injection 32 s'étend dans le bec 22a jusqu'à l'interface entre la structure résistante 18 et l'empreinte 16, 24 adjacente. Plus particulièrement, ce canal d'injection 32 communique avec au moins l'une des première 26 et/ou seconde 28 rainures de l'empreinte. [0073] Dans un mode de réalisation avantageux, la résine est injectée à la fois en passant par la ou les troisièmes rainures 30 d'une part, et par la ou les première 26 et/ou seconde 28 rainures de l'empreinte. La résine est ainsi à la fois injectée de l'intérieur vers l'extérieur et de l'extérieur vers l'intérieur, ce qui permet d'augmenter la vitesse et l'homogénéité de l'injection. [0074] Conformément à un mode de réalisation préféré, le procédé de moulage comporte, de préférence avant l'injection de résine, une étape d'aspiration d'air à travers le ou les canaux d'injection 32 de l'embase 22. 8 [0075] En variante, les canaux 32 sont uniquement destinés à l'aspiration d'air et ne servent pas à l'injection de résine. [0076] Conformément à une autre variante, l'embase 22 comporte certains canaux exclu- sivement destinés à l'aspiration d'air, et d'autres canaux exclusivement destinés à l'injection de résine, de sorte que l'aspiration d'air et l'injection de résine soient réalisées simultanément. [0077] L'étape d'aspiration d'air permet de retirer l'air présent dans la structure résistante 18, et ainsi réduire la porosité de la structure résistante (et ainsi augmenter la résistance mécanique du réservoir), et également favoriser l'imprégnation des fibres. [0078] On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications. 9 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] REVENDICATIONSDispositif (10) de moulage par injection d'un réservoir de gaz haute pression, pour la fabrication du réservoir en matériau composite, le dispositif de moulage (10) comportant une première partie de moule (12) comprenant une première empreinte (16) et une seconde partie de moule (14) comprenant une seconde empreinte (24), caractérisé en ce qu'au moins l'une des première (16) et seconde (24) empreintes comporte au moins une rainure (26, 28) formant un canal d'injection. Dispositif de moulage (10) selon la revendication 1, dans lequel la première (16) ou seconde (24) empreinte comportant au moins une rainure présente une forme géométrique démoulante définie autour d'un premier axe longitudinal (X1), cette première (16) ou seconde (24) empreinte comportant au moins une première rainure (26) s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal (X1), de préférence une pluralité de premières rainures (26) parallèles au premier axe longitudinal (X1). Dispositif de moulage (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première (16) ou seconde (24) empreinte comportant au moins une rainure présente une forme géométrique démoulante définie autour d'un premier axe longitudinal (X1), cette première (16) ou seconde (24) empreinte comportant au moins une seconde rainure (28) s'étendant circonférentiellement ou hélicoïdalement autour du premier axe longitudinal (X1), de préférence une pluralité de secondes rainures (28) parallèles entre elles. Procédé de moulage par injection d'un réservoir de gaz haute pression en matériau composite, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moyen d'un dispositif de moulage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, et en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - fourniture d'une structure résistante (18) de filaments, délimitée radialement par une surface intérieure (18a) et une surface extérieure (18b), et munie d'un revêtement intérieur (20) inséré dans la structure résistante (18) en contact avec la surface intérieure (18a), - disposition de la structure résistante (18) dans la première (16) ou seconde (24) empreinte, puis fermeture du dispositif de moulage (10) de manière à enfermer la structure résistante (18) entre les première (16) et seconde (24) empreintes, - injection d'une résine dans le dispositif de moulage (10), en passant par l'au moins une rainure (26, 28). 10 [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] Procédé de moulage selon la rcvendication 4, dans lequel on fournit un revêtement intérieur (20) présentant une face extérieure (20h) en contact avec la surface intérieure (18a) de la structure résistante (18), la face extérieure (20h) du revêtement (20) comportant au moins une troisième rainure (30) formant un canal d'injection. Procédé de moulage selon la rcvendication 5, dans lequel, la structure résistante (18) présentant une forme de révolution définie autour d'un second axe longitudinal (X2), la face extérieure (20h) du revêtement (20) comporte au moins une troisième rainure (30) s'étendant parallèlement au second axe longitudinal (X2), de préférence une pluralité de troisièmes rainures (30) parallèles au second axe longitudinal (X2). Procédé de moulage selon la rcvendication 5, dans lequel, la structure résistante (18) présentant une forme de révolution définie autour d'un second axe longitudinal (X2), la face extérieure (20h) du revêtement (20) comporte au moins une troisième rainure (30) s'étendant selon une hélicoïdale définie autour du second axe longitudinal (X2). Procédé de moulage selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, comportant une étape préalable d'assemblage de la structure résistante (18) avec au moins une embase (22), l'embase (22) comprenant au moins un canal (32) débouchant au moins en partie sur la structure résistante (18). Procédé de moulage selon la revendication 8, prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel au moins l'un parmi l'au moins un canal (32) de l'embase communique avec au moins une troisième rainure (30) parmi l'au moins une troisième rainure. Procédé de moulage selon la revendication 8 ou 9, comportant une étape, préalable à l'injection, d'aspiration d'air à travers le canal (32) de l'embase (22). Réservoir pour gaz à haute pression, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moyen d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 10.