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EP0162097A1 - Procede de fabrication de structures rigides creuses en fibres impregnees de resine, dispositif pour sa mise en o euvre et structure obtenue - Google Patents

Procede de fabrication de structures rigides creuses en fibres impregnees de resine, dispositif pour sa mise en o euvre et structure obtenue

Info

Publication number
EP0162097A1
EP0162097A1 EP19850900127 EP85900127A EP0162097A1 EP 0162097 A1 EP0162097 A1 EP 0162097A1 EP 19850900127 EP19850900127 EP 19850900127 EP 85900127 A EP85900127 A EP 85900127A EP 0162097 A1 EP0162097 A1 EP 0162097A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibers
mandrels
resin
envelope
mandrel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19850900127
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Georges Boitelle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEPTEM SA
Original Assignee
SEPTEM SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEPTEM SA filed Critical SEPTEM SA
Publication of EP0162097A1 publication Critical patent/EP0162097A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/0025—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings
    • B29D99/0028—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings hollow blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C37/00—Component parts, details, accessories or auxiliary operations, not covered by group B29C33/00 or B29C35/00
    • B29C37/006—Degassing moulding material or draining off gas during moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/36—Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/3642—Bags, bleeder sheets or cauls for isostatic pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D24/00—Producing articles with hollow walls
    • B29D24/002—Producing articles with hollow walls formed with structures, e.g. cores placed between two plates or sheets, e.g. partially filled
    • B29D24/008—Producing articles with hollow walls formed with structures, e.g. cores placed between two plates or sheets, e.g. partially filled the structure having hollow ridges, ribs or cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/10—Isostatic pressing, i.e. using non-rigid pressure-exerting members against rigid parts or dies
    • B29C43/12—Isostatic pressing, i.e. using non-rigid pressure-exerting members against rigid parts or dies using bags surrounding the moulding material or using membranes contacting the moulding material

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing hollow rigid structures produced from sheet material of fibers impregnated with resin, as well as to a device for carrying out the method. It also relates, as an industrial product, to the structures obtained according to the process.
  • the invention can be the subject of various applications in various fields of industry, it has very particular advantages in aeronautics in particular for the constitution of structures of complex shapes which must combine perfect mechanical resistance with lightness as well. great as possible. This is the reason why the invention will be exposed by reasoning from structures used in aeronautics without this being a desire to limit the invention.
  • rigid hollow structures such as aircraft wings for example, currently consist of an outer skin defining two walls spaced from one another and stiffened by a series of ribs and internal beams.
  • This organization is characteristic of metal construction where the skins, ribs and beams are linked most of the time by riveting.
  • the coverings, the ribs and the side members are made of fibers impregnated with resin, the structure remains the same and the riveting is replaced by bonding of the elements.
  • This known process for producing rigid hollow structures made of resin-impregnated fibers is long to implement, requires numerous and delicate operations to be carried out as much as to control, sophisticated equipment (autoclave) and requires a very long manufacturing cycle qyi is not compatible with mass production.
  • the present invention provides a new method for manufacturing rigid hollow structures which makes it possible to obtain a one-piece structure, produced in a single polymerization operation and entirely made of fiber materials impregnated with resin.
  • the invention in its most general aspect, relates to a new process for the manufacture of hollow rigid structures produced from materials in sheets of fibers impregnated with polymerizable resins, characterized in that
  • the plies of fibers are placed on the flexible envelope in such a way that the said plies can slide over one another.
  • the flexible envelope is caused to expand until the layers of fibers come into contact with the walls of the mold and the resin is polymerized.
  • the method according to invention is characterized in that:
  • the mold is closed and, after heating, the flexible envelopes are caused to expand in order to press the sheets of fibers previously impregnated with resin against each other others and against the walls of the mold then which ensures the polymerization of the resin.
  • the cooling of the part can be improved by ensuring the forced circulation of a cooling fluid either between the deformable envelope and the mandrel or preferably inside the mandrel itself.
  • the device that is the subject of the invention therefore makes it possible, among other things, to significantly reduce the times necessary for temperature stabilization of the mold and cooling of the assembly to shorten the manufacturing cycles.
  • the device for implementing the method is characterized in that it comprises at least one hollow rigid mandrel on which is threaded an elastically deformable envelope, a means for at least locally expanding the deformable envelope to separate it from the hollow mandrels , means for mounting and immobilizing the envelope mandrel assembly in a mold so that the periphery of the envelope is spaced from the walls of the mold before the expansion phase
  • the invention relates, as a new industrial product, to a hollow rigid structure comprising a continuous peripheral surface forming the upper and lower faces of the cells extending over the entire length of the structure and of the partitions connecting the upper and lower faces over the entire length of the structure and separating the cells from each other, the said structure being produced in a single block from materials in layers of fibers impregnated with resin.
  • - 1 simultaneous polymerization (or baking) of the outer skins of the structure and the internal stiffeners, which results in the elimination of any sticking and a reduction in the overall mass of the structure with equal mechanical characteristics.
  • - 2 cortrôlable evacuation of air and resin contained in the sheets of fibers during the polymerization by acting on the inflation pressure of the deformable envelope which allows to obtain a product of the required quality.
  • - 3 manufacture of rigid structures of great lengths with local resistances perfectly mastered and adapted to needs thanks to an internal distribution of stiffenings according to the profile cut and thanks to the possibility of modulating the thickness of the layers of fibers according to the locations.
  • FIG. 1a shows schematically, with partial cutaway, an airplane wing structure produced according to known techniques
  • FIG. 1b schematically shows a wing obtained by the method according to the invention
  • FIG. 2 is a longitudinal section of a mandrel used to implement the method of the invention
  • Figure 3 is a cross section of the mandrel of Figure 2;
  • FIG. 4 shows a half mold being fitted with mandrels
  • - Figure 5 is an elevational view of the closed mold
  • FIGS. 8 to 8d show different configurations of structures which can be obtained according to the method of the invention.
  • FIG. 1a the current conventional process for manufacturing a hollow structure such as an airplane wing consists in placing a series of perforated ribs N in the transverse direction of the wing, these ribs having the profile of the section of the wing and being spaced from each other and rigidly held together by the longitudinal P-beams. The whole is covered with a skin E which completely envelops ribs and beams.
  • FIG. 1b shows in comparison the structure of a similar wing obtained according to the method of the invention and in which all the elements are made of fibers impregnated with resin forming a single block consisting of a surface skin S stiffened by internal walls I constituting a series of non-deformable related hollow boxes.
  • a hollow mandrel 1 is used, the section of which may be any, but preferably has a polygonal shape which approaches the final shape of the Turkish structure as shown in FIG. 3 comprising two lateral faces 2, two sides 3 upper and lower and four inclined faces 4.
  • the mandrel must be very rigid to withstand radial crushing forces during the pressurization and therefore, preferably, must be made of metal with internal reinforcing ribs 5 stiffening each face.
  • the inner chamber 6 of the mandrel is obstructed at its end by cheeks 7. Inside the chamber 6 are provided ducts 8 of pressurized air inlet which are connected to orifices 9 formed in the wall of the mandrel.
  • the pipes 8 pass through the cheeks 7 at the end of the mandrel and are connected on the one hand to a source of pressurized air not shown and on the other hand to a suction system not shown.
  • the mandrel 1 is covered on its periphery with an envelope 10 or sheath made of elastically deformable flexible material, the ends of which are forcefully clamped (in a leaktight manner) between flanges 11 of the mandrel and sealing flanges 12 fixed on the mandrel.
  • a sealed chamber 13 is thus provided between the mandrel and the sheath, a chamber into which the pipes 8 for the arrival of air flow under pressure, thereby ensuring the expansion of the envelope or its retraction at will.
  • the pipe 14 provides the introduction of a heat fluid or a cooling fluid inside the chamber of the mandrel while the tube 15 ensures the evacuation of these fluids.
  • the pipes 14 and 15 are selectively connected to sources of hot or cold fluids (water or gas for example) not shown
  • the mold intended to receive a series of mandrels like that of FIG. 3 is shown in FIGS. 4 to 6.
  • the lower part 16 of the mold has an imprint 17 on the lower face of the final structure to be obtained and the upper plate 18 has a imprint 19 of the upper face of the structure.
  • the junction plane of the mold comprises a number of seats 20 in which are intended to rest the supports 13 of the mandrels which will therefore protrude from the mold.
  • the mold also has passages for the pipe 8 for supplying pressurized fluid.
  • An orifice 21 is also provided to create a slight depression inside the mold, this orifice being connected by a pipe 22 to a suction device not shown.
  • the sheath 10 not being inflated, a series of fiber layers 23-24 is draped first of all on the mandrels 1 so that the layers can follow the expansion of the sheath 10.
  • a series of fiber layers 23-24 is draped first of all on the mandrels 1 so that the layers can follow the expansion of the sheath 10.
  • one or more plies 23 covering a little more than the upper half of the mandrel will be used alternately with one or more plies 24 covering a little more than the lower half of the mandrel so that the edges of the plies overlap, however allowing their relative free movement.
  • the lower part 16 of the mold is prepared by covering the imprint 17 with one (or more) ply 25 then the mandrels coated with the fiber plies are placed in the mold.
  • drains which can for example have the shape of a half cylinders as in the drawings comprise a hollow hollow core 28 and porous (for example pierced with a multitude of holes) coated with a sleeve 29 of fibrous material impregnated or not with resin.
  • the purpose of this drain is to capture air bubbles and excess resin discharged from the mold holes where the fiber sheets are subjected to significant pressure during the polymerization.
  • These drains are intended to remain embedded in the final structure by making an accessory reinforcement.
  • the drains are placed in the mold before closing by inserting them into the housings 30 provided in the mold (see FIG. 4). It will be noted that these drains can possibly protrude horidu from the mold in order to connect them, to a suction device for create a slight aspiration and strengthen their drainage role. Note that it is possible to improve (for very precise parts) the relative prior positioning of the draped mandrels and the drains by exerting traction on the ends protruding from the mold of the mandrels and drains, whether the assembly is in a horizontal position or in a vertical position.
  • the assembly begins to heat by circulating a hot fluid in the interior chamber of the mandrel through the pipes 14-15.
  • the heating could advantageously be obtained by a series of electrical resistors (heating cords) 32 fixed to the wall of the mandrel in the space reserved between the latter and the deformable sheath 10 as shown in the figures. 6 and 3.
  • the sheaths 10 are inflated by admitting the fluid under pressure through the pipes 8.
  • the sheets of impregnated fibers are then pressed against each other, an inflation control being able to be provided to ensure spontaneous and correct placement of the tablecloths.
  • the assembly is cooled from the inside of the beams by circulating a cooling fluid either through the pipes 8 or through the pipes 14-15.
  • the sheaths 10 are deflated, the mold is opened and the mandrels are extracted from the final structure. It will be noted that the progressive inflation of the sheaths 10 ensures progressive contacting of the layers of excess fibers in the direction of the spaces occupied by the drains.
  • the triangular cavities that remain between the plies of the boxes and the outer buckets are therefore filled with resin and the drain so that the external skin is supported even in this place which is not directly in contact with the fiber sheets of the boxes.
  • the latter may be used to improve the mechanical characteristics of the structure in tension and / or in compression.
  • sheaths 10 not having a constant thickness, it will be possible to modulate the shape or the section of the final product or to obtain a differentiated evolution of the pressures from one zone to another.

Landscapes

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Abstract

Procédé de fabrication de structures creuses caissonées (figure 1B) réalisées en une seule opération de polymérisation et renforcée de mèches de fibres (27). Le procédé utilise des mandrins rigides recouverts de gaines gonflables que l'on drape de nappes de fibres et que l'on dispose en même temps que les mêches de fibre dans un moule (figure 4) au profil externe de la pièce finie à l'intérieur duquel s'effectue la polymérisation après gonflage des gaines élastiques. La réalisation en série de telles structures par le procédé décrit ne nécessite pas d'étuve ou d'autoclave.

Description

Procédé de fabrication de structures rigides creuses en fibres imprégnées de résine, dispositif pour sa mise en oeuvre et structure obtenue.
La présente invention concerne un procédé de fabrication de structures rigides creuses réalisées à partir de matériaux en nappe de fibres imprégnées de résine, ainsi qu'un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé. Elle concerne également, à titre de produit industriel les structures obtenues selon le procédé. Bien que l'invention puisse faire l'objet d'applications diverses dans des domaines variés de l'industrie, elle présente des avantages tout particuliers en aéronautique notamment pour la constitution de structures de formes complexes devant allier une parfaite résistance mécanique à une légèreté aussi grande que possible. C'est la raison pour laquelle on exposera l'invention en raisonnant à partir de structures utilisées en aéronautique sans qu'il s'agisse là d'une volonté de limitation de l'invention.
En général, les structures rigides creuses, telles que les voilures d'avions par exemple sont constituées actuellement par une peau extérieure définissant deux parois écartées l'une de l'autre et raidies par une série de nervures et de poutres intérieures. Cette organisation est caractéristique de la construction métallique où les peaux, nervures et poutres sont liées la plus part du temps par rivetage. Lorsque les revêtements, les nervures et les longerons sont réalisés en fibres imprégnées de résine, la structure reste la même et le rivetage est remplacé par le collage des éléments. Ce processus connu de réalisation de structures rigides creuses en fibres imprégnées de résine est long à mettre en oeuvre, nécessite des opérations nombreuses et délicates à réaliser autant qu'à contrôler, un équipement sophistiqué (autoclave) et nécessite un cycle de fabrication très long qyi n'est pas compatible avec une production en grande série. Sutout cette méthode présente des inconvénients en ce qui concerne le produit final obtenu. En effet, les efforts appliqués lors de l'utilisation des pièces provoquent souvent des décollements aux points de liaison des éléments. Le collage ne peut être effectué en toute sécurité quelle que soit fa forme de la pièce si bien qu-'il est souvent nécessaire d'adjoindre des pièces métalliques en renfort des liaisons. La présente invention propose un nouveau procédé de fabrication des structures rigides creuses qui permet d'obtenir une structure monobloc, réalisée en une seule opération de polymérisation et entièrement constituée de matériaux en fibres imprégnées de résine.
A cet effet, l'invention, sous son aspect le plus général concerne un nouveau procédé de fabrication de structures rigides creuses réalisées à partir de matériaux en nappes de fibres imprégnées de résines polymérisables caractérisé en ce que
- on prépare un mandrin rigide équipé sur sa périphérie d'une enveloppe souple élastiquement déformable
- on dispose les nappes de fibres sur l'enveloppe souple de telle manière que les dites nappes puissent glisser les unes sur les autres.
- on enferme l'ensemble ainsi constitué dans un moule dont les parois rigides sont écartées des nappes de fibre préala blement imprégnées de résine.
- après chauffage, on provoque la dilatation de l'enveloppe souple jusqu'à ce que les nappes de fibres viennent au contact des parois du moule et on assure la polymérisation de la résine.
- ensuite de quoi on provoque la rétraction de l'enveloppe souple et on extrait du moule l'ensemble mandrin-structure polymérisée que l'on sépare l'une de l'autre, le mandrin pouvant être récupéré pour d'autres opérations. Pour la réalisation de grandes structures rigides creu ses de forme complexe devant présenter une paroi externe continue et des cavités internes multiples séparées par des cloisons raidissant la paroi externe comme c'est le cas notamment pour les voilures d'avions, le procédé selon l'invention se caractérise en ce que :
- on prépare plusieurs mandrins de section adaptée respectivement à chaque partie de la forme finale voulue, mandrins équipés d'une enveloppe souple et revêtus chacun de nappes de fibres susceptibles de se déplacer les unes par rapport aux autres.
- on dispose ces mandrins revêtus côte à côte dans un moule en prenant soin que les nappes de fibres imprégnées de résines revêtant chaque mandrin soient écartées des autres nappes et de la paroi du moule. - on recouvre l'ensemble des mandrins revêtus d'une seconde série de nappes de fibres.
- on ferme le moule et, après chauffage, on provoque la dilatation des enveloppes souples pour presser les nappes de fibres préalablement imprégnéees de résine les unes contre les autres et contre les parois du moule ensuite de quoi on assure la polymérisation de la résine.
- puis on provoque la rétractation des enveloppes souples pour extraire du moule la structure finale que l'on sépare des mandrins.
Selon un aspect particulier de l'invention, on peut éviter l'utilisation des enceintes chauffantes de grandes dimensions nécessaires dans les procédés classiques en assurant la polymérisation par apport de chaleur dans la zône située du coté interne de l'enveloppe déformable. C'est-à-dire soit dans la chambre ménagée entre le mandrin et l'enveloppe déformable ou par mise en circulation à l'intérieur du mandrin d'un fluide calorifique Cette technique présente les avantages suivants : la quantité d'énergie nécessaire à la polymérisation est inférieure à celle utilisée dans les enceintes chauffantes, la répartition des températures est plus homogène puisque l'inertie thermique du moule externe est neutralisée, enfin, les délais nécessaires à la montée en température et au refroidissement sont considérablement diminués. De plus les déformations du moule externe lors de la montée en température sont diminuées, permettant ainsi une meilleure précision.
De même, après polymérisation, on pourra améliorer le refroidissement de la pièce en assurant la circulation forcée d'un fluide de refroidissement soit entre l'enveloppe déformable et le mandrin soit de préférence à l'intérieur du mandrin lui-même.
Le dispositif objet de l'invention permet donc entre autre de diminuer de manière très significative les temps nécessaires à la stabilisation en température du moule et au refroidissement de l'ensemble pour raccourcir les cycles de fabrication.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé se caractérise en ce qu'il comporte au moins un mandrin rigide creux sur lequel est enfilée une enveloppe élastiquement déformable, aes moyens pour dilater au moins localement l'enveloppe déformable pour l'écarter des mandrins creux, des moyens pour monter et immobiliser l'ensemble mandrin enveloppe dans un moule de telle manière que la périphérie de l'enveloppe soit écartée des parois du moule avant la phase dilatation
Enfin l'invention concerne à titre de produit industriel nouveau une structure rigide creuse comportant une surface périphérique continue formant les faces supérieure et inférieure des alvéoles stétendant sur toute la longueur de la structure et des cloisons reliant les faces supérieure et inférieure sur toute la longueur de la structure et séparant les alvéoles les unes des autres , la dite structure étant réalisée en un seul bloc à partir de matériaux en nappes de fibres imprégnées de résine.
Les avantages de la présente invention sont multiples mains on citera surtout les suivants : - 1 - polymérisation (ou cuisson) simultanée des peaux externes de la structure et des raidisseurs internes ce qui entraine la suppression de tout collage et une diminution de la masse globale de la structure à caractéristiques mécaniques égales. - 2 - évacuation cortrôlable de l'air et de la résine contenus dans les nappes de fibres lors de la polymérisation en agissant sur la pression de gonflage de l'enveloppe déformable qui permet d'obtenir un produit de la qualité requise. - 3 - fabrication de structures rigides de grandes longueurs avec des résistances locales parfaitement maitrisées et adaptées aux besoins grâce à une répartition interne des raidissages selon la coupe du profil et grâce à la possibilité de moduler l'épaisseur des nappes de fibres selon les emplacements.
- 4 - suppression des autoclaves de grandes dimensions nécessaires dans les procédés connus.
- 5 - possibilité d'introduire des mèches de fibres sous la peau extérieure afin d'améliorer les caractéristiques mécaniques de la structure en traction ou en compression.
On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation de l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1a représente schématiquement, avec arrachement partiel, une structure de voilure d'avion réalisée selon les techniques connues ;
- la figure 1b représente schématiquement une voilure obtenue par le procédé selon l'invention ;
- la figure 2 est une coupe longitudinale d'un mandrin utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention ;
- la figure 3 est une coupe transversale du mandrin de la figure 2;
- la figure 4 représente un demi moule en cours d'équipement avec des mandrins ; - la figure 5 est une vue en élévation du moule fermé ;
- la f igure 6 est une coupe du moule selon la ligne 6-6 de la figure 5 renfermant la structure obtenue selon l'invention ; - la figure 7 représente un drain ; et les figures 8 à 8d montrent différentes configurations de structures pouvant être obtenues selon le procédé de l'invention.
Comme on peut le voir à la figure 1a le processus classique actuel de fabrication d'une structure creuse telle qu'une aile d'avion consiste à disposer une série de nervures ajourées N dans le sens transversal de l'aile, ces nervures ayant le profil de la section de l'aile et étant écartées les unes des autres et maintenues rigidement ensemble par les poutres P longitudinales. L'ensemble est recouvert d'une peau E qui enveloppe totalement nervures et poutres. La figure 1b montre en comparaison la structure d'une aile similaire obtenue selon le procédé de l'invention et dans laquelle tous les éléments sont réalisés en fibres imprégnées de résine formant un bloc unique constitué d'une peau superficielle S raidie par des parois internes I constituant une série de caissons creux connexes indéformables.
On décrira à présent en référence aux figures 2 et 3 le procédé de base de l'invention. Pout obtenir une structure creuse à un seul caisson, on utilise un mandrin creux 1 dont la section peut-être quelconque mais présente de préférence une forme polygonale qui approche la forme finale de la struc turecomme représenté à la figure 3 comportant deux faces latérales 2, deux faces 3 supérieure et inferieure et quatre faces inclinées 4.
Le mandrin doit-être très rigide pour supporter des efforts d'écrasement radiaux lors de la mise en pression et donc, de préférence, doit-être réalisé en métal avec des nervures de renfort internes 5 raidissant chaque face. La chambre intérieure 6 du mandrin est-obstruée à son extrémité par des joues 7. A l'intérieur de la chambre 6 sont prévues des canalisations 8 d'arrivée d'air sous pression qui sont raccordées à des orifices 9 ménagés dans la paroi du mandrin. Les canalisations 8 traversent les joues 7 d'extrémité du mandrin et sont raccordées d'une part à une source d'air sous pression non représentée et d'autre part à un système d'aspiration non représenté. Le mandrin 1 est recouvert sur sa périphérie d'une enveloppe 10 ou gaine en matière souple élastiquement déformable dont les extrémités sont pincées énergiquement (de façon étanche) entre des collerettes 11 du mandrin et des flasques d'étanchéité 12 fixées sur le mandrin. Une chambre étanche 13 est ainsi ménagée entre le mandrin et la gaine, chambre dans laquelle débouchent les canalisations 8 d ' arrivée d ' a i r sous pression assurant ainsi la dilatation de l'enveloppe ou sa rétraction à volonté.
Au centre des joues 7 du mandrin sont fixés deux supports 13 creux destinés à assurer l'assise du mandrin dans un moule comme on le verra en référence de la figure 4. Ces supports sont branchés sur des tubulures 14 - 15. La tubulure 14 assure l'introduction d'un fluide calorifique ou d'un fluide de refroidissement à l'intérieur de la chambre du mandrin tandis que la tubulure 15 assure l'évacuation de ces fluides. A cet effet les tubulures 14 et 15 sont raccordées sélectivement à des sources de fluideschaud ou froid (de l'eau ou un gaz par exemple) non représentées
Le moule destiné à recevoir une série de mandrins comme celui de la figure 3 est représenté aux figures 4 à 6. La partie inférieure 16 du moule présente une empreinte 17 de la face inférieure de la structure finale à obtenir et le plateau supérieur 18 comporte une empreinte 19 de la face supérieure de la structure. Le plan de jonction du moule comporte un certain nombre de sièges 20 dans lesquels sont destinés à reposer les supports 13 des mandrins qui feront donc saillie hors du moule. Le moule présente également des passages pour la canalisation 8 d'alimentation en fluide sous pression. Un orifice 21 est également prévu pour créer une légère dépression à l'intérieur du moule, cet orifice étant raccordé par un tuyau 22 à un appareil d'aspiration non représenté.
La mise en oeuvre du procédé s'effectue de la manière suivante : la gaine 10 n'étant pas gonflée on drape tout a'abord sur chacun des mandrins 1 une série de nappes de fibres 23-24 en faisant en sorte que les nappes puissent suivre la dilatation de la gaine 10. De préférence on utilisera comme représenté à la figure 3 une ou des nappes 23 couvrant un peu plus que la moitié supérieure du mandrin en alternance avec une ou des nappes 24 couvrant un peu plus que la moitié inférieure du mandrin afin que les bords des nappes se recouvrent en permettant cependant leur libre déplacement relatif. On prépare la partie inférieure 16 du moule en recouvrant l'empreinte 17 d'une (ou plusieurs) nappe 25 puis on place dans le moule les mandrins revêtus des nappes de fibres. On revêt l'ensemble des mandrins d'une (ou plusieurs) nappe, supérieure épousant l'empreinte 19 du plateau supérieur du moule et on referme le moule. Naturellement toutes les nappes de fibres sont imprégnées de résine comme cela est bien connu. On notera que dans cette position, les nappes de fibres drapant les mandrins sont écartées des empreintes du moule et elles sont écartées d'un mandrin à l'autre afin de permettre l'expansion des gaines gonflables 10.
Par ailleurs, on pourra placer de préférence dans les zones laissées libres entre les faces inclinées 4 de deux mandrins successifs des mèches ou drains 27 tel que représenté aux f igures 7 et 4. Ces drains qui peuvent par exemple avoir la forme d'un demi cylindres comme dans les dessins comportent une âme rigide creuse 28 et poreuse (par exemple percée d'une multitude de trous) revêtue d'un manchon 29 en matériau fibreux imprégné ou non de résine. Ce drain a pour rôle de capter les bulles d'air et la résine en excès évacuées des trous du moule où lesnappes de fibres sont soumises à une pression importante lors de la polymérisation. Ces drains sont destinés à demeurer noyés dans la structure finale en réalisant une armature accessoire. Les drains sont mis en place dans le moule avant fermeture en les insérant dans les logements 30 prévus dans le moule (voir figure 4) on notera que ces drains peuvent éventuellement faire saillie horidu moule afin de les raccorder, à un appareil d'aspiration pour y créer une légère aspiration et renforcer leur rôle de drainage. On notera que l'on peut améliorer (pour les pièces très précises) le positionnement préalable relatif des mandrins drapés et des drains en exercant une traction sur les extrémités dépassant du moule des mandrins et des drains, que l'ensemble se situe dans une position horizontale ou dans une position verticale.
Lorsque le moule est fermé on commence à chauffer l'ensemble en faisant circuler un fluide chaud dans la chambre intérieure du mandrin par les tubulures 14-15. On notera que en variante, le chauffage pourrait être avantageusement obtenu par une série de résistances électriques (cordons chauffants) 32 fixées à la paroi du mandrin dans l'espace réservé entre ce derhier et la gaine déformable 10 comrne on l'a représenté aux figures 6 et 3.
Lorsque la viscosité souhaitée de la résine est atteinte on provoque le gonflement des gaines 10 en admettant le fluide sous pression par les canalisations 8. Les nappes de fibres imprégnées sont alors pressées les unes contre les autres, un asservissement du gonflage pouvant être prévu pour assurer une mise en place spontanée et correcte des nappes.
Lorsque la polymérisation est terminée, on assure le refroidissement de l'ensemble par l'intérieur des poutres en faisant circuler un fluide de refroidissement soit par les canalisations 8 soit par les tubulures 14-15.
Lorsque le refroidissement est suffisant, on dégonfle les gaines 10, on ouvre le moule et on extrait les mandrins de la structure finale. On notera que le gonflage progressif des gaines 10 assure une mise en contact progressif des nappes de fibres excédentaire en direction des espaces occupés par les drains.
Les cavités de forme triangulaire qui subsistent entre les nappes des caissons et les seaux extérieures sont donc remplies de résine et du drain de telle sorte que la peau externe se trouve supportée même en cet endroit qui ne se trouve pas directement en contact avec les nappes de fibres des caissons. Selon la composition de l'âme rigide du drain on pourra utiliser ce dernier pour améliorer les caractéristiques mécaniques de la structure en traction et/ou en compression. On notera enfin que l'examen (non descriptif) du supplément de résine accumulé dans le drain fournit une indication utile sur les efforts subis par la structure lors de son utilisation opérationnelle ; la sécurité est ainsi améliorée.
Par ailleurs, on comprendra qu'en utilisant des gaines 10 n'ayant pas une épaisseur constante on pourra moduler la forme ou la section du produit final ou obtenir une évolution dif férenciée des pressions d'une zone à l'autre.
Les formes pouvant être obtenues par le procédé sont nombreuses et on a représenté aux figures 8a, 8b, 8c, 8d quelques exemples de réalisations possibles.
Pour plus de simplicité les descriptions du procédé qui ont été faites supposaient que l'on traitait des fibres imprégnées de résines qui polymérisent à chaud. Il est bien évident que le même procédé, en excluant les moyens de chauffage (et éventuellement de refroidissement) s'applique au traitement des fibres imprégnées de résine qui polymérisent à froid.

Claims

REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de structures rigides creuses de formes compl exes réalisées à partir de matériaux en nappes de fibres imprégnées de résines polymérisables et qui doivent présenter une paroi extérieure enveloppe continue raidie par des cloisons internes formant avec la paroi extérieure des cavités multiples caractérisé en ce que
- On prépare plusieurs mandrins de section adaptée respectivement à chaque partie de la forme finale voulue, mandrins équipés de l'enveloppe déformable.
- On dispose les nappes de fibres sur chacun des mandrins équipés de manière à ce que les dites nappes puissent glisser les unes sur les autres. - On dispose ces mandrins revètus cote à cote dans un moule.
- On recouvre l'ensemble des mandrins revètus d'une seconde série de nappes de fibres.
- On ferme le moule, on provoque la dilatation controlée des enveloppes souples pour presser les nappes de fibres préalablement imprégnées de résine les unes contre les autres et contre les parois du moule ensuite de quoi on assure la pol yméri sati on de la résine.
- puis on provoque la rétractation des enveloppes souples, on extrait la structure finale du moule et on sépare les mandrins qui peuvent etre réutilisés pour d'autres opérations. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on assure la polymérisation de la résine par apport de chaleur dans la zone située du coté interne des enveloppes déformables. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce qu'après polymérisation on assure un refroidissement forcé de la structure finale par refroidissement de la zone située du coté interne des enveloppes défσrmables à l'aide d'un fluide de refroidissement. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'on ménage des espaces libres entre les nappes de fibres portées par deux mandrins successifs et la peau externe de manière à ce que les bulles d'air et la résine contenue en excès dans les nappes de fibres puissent s'y concentrer lors de la dilatation des enveloppes. 5 - Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on favorise la migration de l'air et de la résine en excès vers les espaces libres en créant dans ceux-ci une légère dépression. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 5 caractérisé en ce que l'on garnit les espaces libres d'un drain propre à absorber la résine en excès tel qu'une mèche de fibres. 7 - Procédé sel on l ' une quel conque des revendi cati ons 1 à 3 caractérisé en ce que, dans les espaces libres situés entre les mandrins préalablement revètus de fibres imprégnées de résine et la peau externe, on dispose des drains rigides s'étendant sur toute la longueur des mandrins et constitués d'une ame creuse dont la paroi est perforée et d ' une gaine périphérique constituée avantageusement de fibres destinée à jouer le role de mèche pour capter la résine, l'ame creuse pouvant être mise en dépression pour favoriser l'évacuation de l'air et de la résine excédentaire.
8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le nombre des mandrins équipés est réduit à un. 9 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins un mandrin rigide creux sur lequel est enfilée une enveloppe élastiquement déformable, des moyens pour dilater au moins localement l'enveloppe déformable afin de l'écarter des mandrins creux, des moyens pour monter et immobiliser l'ensemble mandrin-enveloppe dans un moule de telle manière que la périphérie de l'enveloppe soit écartée des parois avant la phase de dilatation de l'enveloppe. 10 - Dispositif selon la revendication 9 dans lequel l'enveloppe déformable est fixée de façon étanche au mandrin en dehors de la sone à déformer.
11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 10 caractérisé en ce que les moyens pour dilater l'enveloppe déformabl e sont consti tués par une séri e de tubulures logées à l'intérieur du mandrin , ces tubulures étant raccordées à des orifices pratiqués dans la périphérie du mandrin et débouchant dans l'espace compris entre le mandrin et l'enveloppe déformable, les dites tubulures étant raccordées à une source de fluide sous pression par leur autre extrémité.
12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 caractérisé en ce que l'ensemble mandrin-enveloppe est équipé de moyens de chauffage et de refroidissement agissant dans la sone située à l'intérieur de l'enveloppe déformable.
13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12 caractérisé en ce que les mandrins ont la forme de tubes de section polygonale.
14 - A titre de produit industriel nouveau structure rigide creuse comportant une surface périphérique continue formant les faces supérieure et inférieure des alvéoles s'étendant sur toute la longueur de la structure et des cloisons reliant les faces supérieure et inférieure sur toute la longueur de la stucture et séparant les alvéoles les unes des autres, la dite structure étant réalisée en un seul bloc à partir de matériaux en nappes de fibre imprégnées de résine. 15 - Structure selon la revendication 14 caractérisée en ce que chaque alvéole est délimitée par une première série interne de nappes de fibres et en ce qu' une seconde série externe de nappes de fibres entoure l'ensemble des alvéoles, les cloisons étant obtenues par des portions de la première série interne de nappes.
16 - Structure selon l'une quelconque des revendications 14 et 15 caractérisée en ce que des mèches de fibres sont insérées sous la seconde série externe de nappes et dans le prolongement de chaque cloison, ces mèches étant noyées dans la résine et s'étendant dans la longueur de la structure.
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