Brevet FR3103136A1 — publié le 20210521

Titre : Matériau composite présentant un renfort en nid d’abeilles L’invention concerne un matériau composite (1) obtenu par moulage, comprenant un renfort (3) et une matrice (2), le renfort (3) présentant, selon un axe A, une épaisseur, et comprenant une pluralités d’alvéoles (4) s’étendant en hauteur selon l’axe A, les alvéoles (4) étant réparties en : - des premières rangées (5) parallèles entre elles ; - des deuxièmes rangées (6) parallèles entre elles et intercalées entre les premières rangées (5), caractérisé en ce que les alvéoles (4) des deuxièmes rangées (6) présentent, sur une partie au moins, une hauteur inférieure à l’épaisseur du renfort (3). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Matériau composite présentant un renfort en nid d’abeilles Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication de matériaux composites. Plus précisément, l’invention concerne un matériau composite obtenu par moulage et présentant un renfort en nid d’abeilles noyé dans une matrice. Pour rigidifier les matériaux composites, et notamment des matériaux plans (également appelés feuilles de matériaux), il est connu d’utiliser des renforts en nid d’abeilles noyés dans une matrice. Un procédé classique d’obtention d’un tel matériau consiste à réaliser une première couche de matrice puis déposer le renfort en nid d’abeilles et enfin recouvrir le renfort d’une deuxième couche de matrice. Après séchage ou refroidissement par exemple, la matrice se solidifie, emprisonnant le renfort en nid d’abeilles qui confère alors au matériau obtenu une bonne rigidité. Toutefois, un tel procédé peut limiter la rapidité d’obtention du matériau composite. En effet, l’étape d’insertion du renfort en nid d’abeilles demande une interruption temporaire du formage de la matrice. Ainsi, le procédé de fabrication se trouve rallongé. Par ailleurs, pour l’obtention d’un matériau moulé par exemple, dans lequel le renfort en nid d’abeilles est introduit puis la matrice est injectée dans le moule, il existe un risque de délaminage de la couche ou d’une couche externe du matériau composite. En effet, le renfort en nid d’abeilles vient généralement se positionner contre une paroi du moule, si bien qu’il fait partie intégrante de la peau externe du matériau ainsi obtenu. Dès lors, la peau externe peut former par les alvéoles du nid d’abeilles des enclaves dans lesquelles la matrice peut se décrocher ou se détériorer rapidement. En outre, le renfort en nid d’abeilles peut ne pas être intégralement noyé dans la matrice, ce qui peut nuire à la tenue mécanique du matériau composite obtenu. En effet, si toute une face du matériau de renfort forme la peau externe du matériau composite, ou est intégralement visible depuis celle-ci, alors il existe un risque de dégradation dudit renfort. En outre, lorsque l’intégralité d’une face du renfort en nid d’abeilles se trouve contre une paroi du moule, il existe un risque important de mauvaise répartition de la matrice autour du renfort, mais également dans les alvéoles du renfort. Cela nuit alors à la tenue mécanique du matériau composite obtenu. Pour assurer une bonne répartition de la matrice dans le moule, la technique du moulage sous vide peut alors être utilisée. Cependant, cette technique s’avère être très onéreuse mais également très longue en terme de temps de mise en œuvre. L’invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer un matériau composite qui soit simple et facile d’obtention par moulage. L’invention a également pour objectif de fournir un tel matériau composite qui offre une meilleure tenue mécanique, comparativement à un matériau réalisé avec la même matrice en utilisant un renfort en nid d’abeilles selon l’art antérieur. L’invention a en outre pour objectif de fournir un tel matériau composite dans lequel la matrice est convenablement répartie, à la fois autour du renfort en nid-d’abeilles et dans ses alvéoles. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l’invention qui a pour objet un matériau composite obtenu par moulage, comprenant un renfort et une matrice, le renfort présentant, selon un axe A, une épaisseur, et comprenant une pluralités d’alvéoles s’étendant en hauteur selon l’axe A, les alvéoles étant réparties en : - des premières rangées parallèles entre elles ; - des deuxièmes rangées parallèles entre elles et intercalées entre les premières rangées, caractérisé en ce que les alvéoles des deuxièmes rangées présentent, sur une partie au moins, une hauteur inférieure à l’épaisseur du renfort. La différence entre la hauteur des alvéoles des deuxièmes rangées et l’épaisseur du renfort permet d’obtenir : - une meilleure propagation de la matrice lors du moulage ; - un meilleur « emprisonnement » du renfort dans la matrice - une meilleure tenue mécanique du matériau composite. En effet, grâce à cette différence de hauteur, la matrice peut se répandre plus facilement dans les alvéoles et autour du renfort, ce qui engendre un meilleur recouvrement du renfort par la matrice et, par voie de conséquence, une meilleure tenue mécanique du matériau composite ainsi obtenu. Avantageusement, les alvéoles des deuxièmes rangées ménagent un passage pour la matrice entre les alvéoles des deuxièmes rangées et les alvéoles des premières rangées. Cela permet ainsi à la matrice de pouvoir circuler facilement entre les différentes alvéoles pour éviter un phénomène de création de bulles d’air dans le matériau. Le remplissage des alvéoles de chaque rangée est alors garanti. De préférence, les alvéoles des deuxièmes rangées ménagent entre elles un passage pour la matrice. Cela garantit alors que les alvéoles des deuxièmes rangées soient convenablement noyées dans la matrice. Selon un premier mode de réalisation, les alvéoles des premières rangées et les alvéoles des deuxièmes rangées présentent une hauteur inférieure à l’épaisseur du renfort, les alvéoles des premières rangées étant décalées par rapport aux alvéoles des deuxièmes rangées selon l’axe A. Une forme de crénelage est ainsi réalisée entre les alvéoles des premières rangées et les alvéoles des deuxièmes rangées, permettant que la matrice soit correctement répartie lors du moulage. Selon un deuxième mode de réalisation, les alvéoles des deuxièmes rangées sont centrées sur l’épaisseur du renfort. La matrice peut alors être située de part et d’autre des alvéoles des deuxièmes rangées, augmentant la rigidité du matériau composite obtenu. Selon un autre mode de réalisation, les alvéoles des premières rangées présentent une hauteur inférieure à l’épaisseur du renfort. Dans ce cas, la matrice peut alors également être située de part et d’autre des alvéoles des premières rangées, augmentant, dès lors, la rigidité du matériau composite obtenu. Selon un autre mode de réalisation, les alvéoles des premières rangées présentent une hauteur égale à l’épaisseur du renfort. Dans ce cas particulier, la rigidité apportée par le renfort en nid d’abeilles est augmentée et maximale au niveau des premières rangées d’alvéoles. Selon un premier aspect, les premières rangées et les deuxièmes rangées forment une alternance de creux et de pics. La matrice peut alors être logée dans chaque creux pour noyer au mieux le renfort. Par ailleurs, les pics permettent de limiter les points de contact entre le renfort et le moule lors de la fabrication, afin qu’une faible proportion du renfort soit visible à la surface du matériau composite obtenu. Selon un deuxième aspect, en vue de profil, les premières rangées et les deuxièmes rangées forment un crénelage. La forme de crénelage permet de limiter les « points durs » du renfort sur la matrice. Ainsi, en utilisation du matériau composite, les risque de rupture interne de ce dernier sont limitées. Avantageusement, la matrice est en mousse expansée. Cette matière est facile de mise en œuvre et permet l’obtention d’un matériau composite présentant une bonne légèreté. L’invention concerne également un procédé de moulage d’un matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - obtention d’un renfort alvéolaire dont les alvéoles sont réparties en des premières rangées et des deuxièmes rangées alternées avec les premières rangées, et dont les alvéoles de la deuxième rangée présentent, sur une partie au moins, une hauteur inférieure à une épaisseur du renfort ; - mise en position du renfort dans un moule ; - injection dans le moule d’une matrice. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite de modes de réalisations préférentielles de l’invention, données à titre d’exemple illustratif et non limitatif et des dessins annexés parmi lesquels : est une vue de dessus d’un matériau composite selon l’invention, obtenu par moulage et comprenant un renfort en nid-d’abeilles ; est une vue en perspective d’un renfort en nid-d’abeilles selon l’invention, selon une première forme de réalisation ; est une vue latérale selon un plan longitudinal du renfort selon l’invention, selon la première forme de réalisation ; est une vue en perspective d’un renfort en nid-d’abeilles selon l’invention, selon une deuxième forme de réalisation ; est une vue latérale du renfort en nid-d’abeilles selon l’invention, selon un plan longitudinal et selon la deuxième forme de réalisation ; est une vue de face du renfort en nid-d’abeilles selon l’invention, selon un plan transversal et selon la deuxième forme de réalisation ; est une vue en perspective d’un renfort en nid-d’abeilles selon l’invention, selon une troisième forme de réalisation ; est une vue latérale du renfort en nid-d’abeilles selon l’invention, selon un plan transversal et selon la troisième forme de réalisation ; est une vue de face du renfort en nid-d’abeilles selon l’invention, selon un plan longitudinal et selon la troisième forme de réalisation. La figure 1 illustre, en vue de dessus, un matériau composite 1 selon l’invention, comprenant une matrice 2 et un renfort 3 alvéolaire. Le renfort 3 est notamment un renfort en nid-d’abeilles. Plus particulièrement, la figure 1 illustre de manière schématique un tel matériau composite 1 dans lequel une portion seulement du renfort 3 est noyée dans la matrice 2. Tel qu’illustré sur la figure 1, le renfort 3 est mis en évidence sous la matrice 2 par l’intermédiaire de lignes en pointillés. La matrice 2 est avantageusement une mousse expansée. En l’espèce, la matrice est, de préférence, du polypropylène expansé. Le matériau composite 1 est obtenu par moulage. De manière générale, et tel qu’illustré sur la figure 2, le renfort 3 en nid d’abeilles présente, selon un axe A, une épaisseur E et comprend une pluralité d’alvéoles 4 s’étendant en hauteur selon ledit axe A. Avantageusement, chaque alvéole 4 présente une section en forme d’hexagone régulier. En variante, la section des alvéoles 4 pourrait être de toute autre forme, par exemple triangulaire, carrée ou encore pentagonale. En référence à la figure 1, lorsque le renfort est vu de dessus, les alvéoles 4 sont réparties en des premières rangées 5 parallèles entre elles et des deuxièmes rangées 6 intercalées entre les premières rangées 5 et parallèles à ces dernières. Tel qu’illustré sur la figure 2, un trièdre orthonormé est défini en référence au renfort 3 en nid d’abeilles, ce trièdre comprenant : - un axe Z parallèle à l’axe A ; - un axe X formant un axe longitudinal d’extension du renfort 3 en nid d’abeilles, et un plan longitudinal avec l’axe Z ; - un axe Y formant un axe transversal du renfort 3 en nid d’abeilles, et un plan transversal avec l’axe Z. Tel que cela est visible sur les figures 3, 5, 6 et 9 notamment, les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 présentent, sur une partie au moins, une hauteur H inférieure à l’épaisseur E du renfort. Plus précisément, les alvéoles 4 des premières rangées 5 présentent une hauteur dénommée H5 et les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 présentent une hauteur dénommée H6. La hauteur H6 des alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 est illustrée selon les trois formes de réalisation ci-après décrites. Selon une première forme de réalisation illustrée sur la figure 2, et la figure 3, les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 présentent une hauteur sensiblement égale à la moitié de l’épaisseur E du renfort 3 en nid d’abeilles. Les alvéoles 4 des premières rangées 5 présentent alors une hauteur H égale à l’épaisseur E du renfort 3 en nid d’abeilles. Tel que cela est illustré sur les figures 2 et 3, les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 sont situées à équidistance d’une face supérieure 7 et d’une face inférieure 8 du renfort 3 en nid d’abeilles, selon son épaisseur E. En d’autres termes, pour les deuxièmes rangées 6, une distance jusqu’à l’alvéole 4 voisine des premières rangées 5 est identique de part et d’autre de chaque alvéole 4, selon l’axe Z. Ainsi, tel qu’illustré sur la figure 3, lorsque le renfort 3 est vu de profil selon un plan longitudinal, chaque face inférieure 8 ou face supérieure 7 du renfort 3 en nid d’abeilles présente une forme crénelée. En référence aux figures 4, 5, 6, une deuxième forme de réalisation du renfort 3 en nid d’abeilles est décrite. Selon cette deuxième forme de réalisation, chacune des premières rangées 5 et des deuxièmes rangées 6 du renfort 3 en nid d’abeilles est usinée. Cet usinage est par exemple réalisé par fraisage. En référence à la figure 5, montrant la deuxième forme de réalisation vue de profil selon un plan longitudinal, chacune des premières rangées 5 et des deuxièmes rangées 6 est usinée par un fraisage et présente des bords tronqués par lesquels elle joint d’une rangée adjacente. Plus précisément, chaque fraisage s’étend ou est réalisé pour réduire la hauteur H des alvéoles 4 selon l’axe Z dans un premier sens pour les premières rangées 5, et dans le sens opposé pour les deuxièmes rangées 6 d’alvéoles 4. Ainsi, le renfort 3 en nid d’abeilles présente, lorsque vu de profil dans un plan longitudinal, une forme ondulée dans laquelle une alternance de hauteur H des alvéoles 4 est observée entre les premières rangées 5 et les deuxièmes rangées 6. Plus précisément, les alvéoles 4 des premières rangées 5 et les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 présentent une hauteur H sensiblement égale à la moitié de l’épaisseur E du renfort 3 en nid d’abeilles. L’alternance de hauteur H entre les premières rangées 5 et les deuxièmes rangées 6 est réalisée pour que : - une première rangée 5 s’étende depuis la face inférieure 8 sur une première moitié de l’épaisseur E du renfort 3 en nid d’abeilles selon l’axe Z, et - une deuxième rangée 6 adjacente s’étende depuis la face supérieure 7 opposée sur la deuxième moitié de l’épaisseur E du renfort, toujours selon l’axe Z. Ainsi, le renfort 3 en nid d’abeilles présente, lorsque vu de profil dans un plan longitudinal, une forme sensiblement de vague dont la jonction entre les alvéoles 4 des premières rangées 5 et les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 est réalisée par des pans inclinés. Il résulte de ces séries de fraisage des alvéoles 4, un motif en chevrons lorsque le renfort est vu de profil selon un plan transversal. En effet, les alvéoles 4 ainsi fraisées, présentent une variation de leur hauteur telle qu’une première rangée 5 d’alvéoles 4 forme avec une deuxième rangée 6 d’alvéoles 4 un chevron orienté dans un premier sens selon l’axe Z, et ladite deuxième rangée 6 d’alvéoles 4 forme, avec une autre première rangée 5 d’alvéoles 4 adjacente, un chevron dirigé en sens opposé selon l’axe Z. Ainsi, deux à deux, les premières rangées 5 d’alvéoles 4 et les deuxièmes rangées 6 d’alvéoles 4 forment ensemble un motif en chevrons et plus précisément selon l’axe Y une alternance de chevrons positifs et négatifs. Autrement dit, la succession d’alternance des premières rangées 5 et des deuxièmes rangées 6 forme une alternance de creux et de pics. Selon un troisième mode de réalisation illustré sur les figures 7, 8 et 9, les alvéoles 4 des premières rangées 5 sont usinés de manière différente des alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6. Plus précisément, l’usinage est réalisé selon un plan transversal, sur la jonction entre les alvéoles 4 des premières rangées 5 et les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6. Plus précisément, dans le plan transversal, alternativement, la jonction entre une première rangée 5 d’alvéoles 4 et une deuxième rangée 6 d’alvéoles 4 est diminuée de hauteur à la fois depuis la face supérieure 7 et depuis la face inférieure 8. En d’autres termes, considérant trois rangées d’alvéoles 4 successives dont deux premières rangées 5 et une deuxième rangée 6, intercalée entre les deux premières rangées 5 : - sur une jonction entre l’une des premières rangées 5 d’alvéoles 4 et la deuxième rangée 6 d’alvéoles 4, une hauteur H1 des alvéoles 4 est diminuée, et - sur la jonction suivante entre la deuxième première rangée 6 d’alvéoles 4 et l’autre des premières rangées 5 d’alvéoles 4, une hauteur H2 est égale à l’épaisseur E du renfort 3 en nid d’abeilles. Dans le plan longitudinal, le renfort 3 en nid d’abeilles, vu de profil, prend sensiblement une forme de succession de diamants espacés par des entretoises de hauteur constante. Plus précisément, dans le plan longitudinal : - chaque alvéole 4 des premières rangées 5 présente une portion centrale de grande hauteur ; - chaque alvéole 4 des deuxièmes rangées 6 présente une portion centrale de petite hauteur, et - les portions centrales des alvéoles 4 des premières rangées 5 sont reliées aux portions centrales des alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 par des section trapézoïdales allant en s’évasant depuis la portion centrale des alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 vers la portion centrale des alvéoles 4 des premières rangées 5. Autrement dit, lorsque le renfort 3 en nid d’abeilles est vu de profil dans le plan longitudinal, les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 présentent une hauteur H6 inférieure à la hauteur H5 des alvéoles 4 des premières rangées 5. Plus précisément, les alvéoles 4 des premières rangées 5 présentent une hauteur H5 égale à l’épaisseur du renfort 3 en nid d’abeilles, tandis que les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 présentent une hauteur H6 sensiblement égale à la moitié de l’épaisseur E du renfort 3 en nid d’abeilles. Indépendamment des formes de réalisation : - à l’instar des alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 les alvéoles 4 des premières rangées 5 peuvent présenter une hauteur H5 inférieure à l’épaisseur E du renfort 3 en nid d’abeilles ; - les alvéoles 4 des premières rangées 5 peuvent être décalées par rapport aux alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 selon l’axe A, les hauteurs H5 des alvéoles 4 premières rangées 5 et les hauteurs H6 des alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 étant alors inférieures à l’épaisseur E du renfort 3 en nid d’abeilles. La fabrication d’un matériau composite 1 selon l’invention, obtenu par moulage, et comprenant un renfort 3 en nid d’abeilles, tel que précédemment décrit et une matrice 2, se fait selon un procédé comprenant les étapes suivantes : - obtention d’un renfort 3 en nid d’abeilles tel que précédemment décrit ; - mise en position du renfort 3 en nid d’abeille dans un moule ; - injection d’une matrice dans le moule. Plus particulièrement, l’obtention du renfort 3 alvéolaire se fait par fabrication d’une trame en nid d’abeilles et usinage des alvéoles 4, de sorte que : - les alvéoles 4 soient réparties en des premières rangées 5 et des deuxièmes rangées 6 alternées avec les premières rangées 5, et - les alvéoles 4 de la deuxième rangée 6 présentent, sur une partie au moins, une hauteur H6 inférieure à l’épaisseur E du renfort 3 en nid d’abeilles. Dans ce matériau composite, la matrice est avantageusement une mousse expansée. Plus particulièrement, la matrice est du polypropylène expansé se présentant notamment sous la forme de billes de matière, injectées dans le moule et chauffées de sorte à fondre et à s’agglomérer les unes aux autres. Grâce aux différentes formes de réalisation du renfort 3 et au procédé de fabrication précédemment décrits, les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 ménagent un passage pour la matrice avec les alvéoles 4 des premières rangées 5. Cela résulte notamment de la découpe des alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 qui permettent qu’au moins partiellement la hauteur H6 des alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6 soit inférieure à l’épaisseur E du renfort 3 en nid d’abeilles. La matrice 2 peut ainsi fluer entre les alvéoles 4 des premières rangées 5 et les alvéoles 4 des deuxièmes rangées 6, pour que la matrice 2 recouvre le renfort 3 et éviter l’absence de matrice 2 dans les alvéoles 4 en sortie de moule. Selon un aspect avantageux, le renfort est notamment réalisé dans un matériau tel que du métal ou un matériau plastique thermorésistant. Matériau composite (1) obtenu par moulage, comprenant un renfort (3) et une matrice (2), le renfort (3) présentant, selon un axe A, une épaisseur (E), et comprenant une pluralités d’alvéoles (4) s’étendant en hauteur selon l’axe A, les alvéoles (4) étant réparties en : - des premières rangées (5) parallèles entre elles ; - des deuxièmes rangées (6) parallèles entre elles et intercalées entre les premières rangées (5), caractérisé en ce que les alvéoles (4) des deuxièmes rangées (6) présentent, sur une partie au moins, une hauteur (H6) inférieure à l’épaisseur (E) du renfort (3). Matériau composite (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les alvéoles (4) des deuxièmes rangées (6) ménagent un passage pour la matrice (2) entre les alvéoles (4) des deuxièmes rangées (6) et les alvéoles (4) des premières rangées (5). Matériau composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les alvéoles (4) des deuxièmes rangées (6) ménagent entre elles un passage pour la matrice (2). Matériau composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les alvéoles (4) des premières rangées (5) et les alvéoles (4) des deuxièmes rangées (6) présentent une hauteur (H5, H6) inférieure à l’épaisseur (E) du renfort (3), les alvéoles (4) des premières rangées (5) étant décalées par rapport aux alvéoles (4) des deuxièmes rangées (6) selon l’axe A. Matériau composite (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les alvéoles (4) des deuxièmes rangées (6) sont centrées sur l’épaisseur (E) du renfort (3). Matériau composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les alvéoles (4) des premières rangées (5) présentent une hauteur (H5) inférieure à l’épaisseur (E) du renfort (3). Matériau composite (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les alvéoles (4) des premières rangées (5) présentent une hauteur (H5) égale à l’épaisseur (E) du renfort (3). Matériau composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en vue de profil, les premières rangées (5) et les deuxièmes rangées (6) forment une alternance de creux et de pics. Matériau composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en vue de profil, les premières rangées (5) et les deuxièmes rangées (6) forment un crénelage. Matériau composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice (2) est en mousse expansée. Procédé de moulage d’un matériau composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - obtention d’un renfort (3) alvéolaire dont les alvéoles (4) sont réparties en des premières rangées (5) et des deuxièmes rangées (6) alternées avec les premières rangées (6), et dont les alvéoles (4) de la deuxième rangée (6) présentent, sur une partie au moins, une hauteur (H6) inférieure à une épaisseur (E) du renfort (3) ; - mise en position du renfort (3) dans un moule ; - injection d’une matrice (2) dans le moule.