FR2919519A1 - Noyau pour realiser un raidisseur dans un panneau composite - Google Patents

Abstract

Ce noyau (1) destiné à former une cavité dans une pièce en matériau composite stratifié obtenue par un procédé de moulage sous vide comprenant notamment une phase de mise sous vide puis une phase d'élévation de température et de mise sous pression sous autoclave, présente une âme (12) définissant la géométrie de la cavité formée de la pièce, ladite âme (12) étant réalisée dans un matériau garantissant la géométrie du noyau (1) lors de la phase de mise sous vide de la pièce et permettant la contraction du noyau (1) lors de l'élévation de température de la pièce.

Description

La présente invention concerne un noyau pour réaliser une cavité dans une

pièce composite obtenue par moulage sous vide. Les pièces en matière composite sont utilisées dans de nombreux domaines et, compte tenu de leurs propriétés mécaniques, peuvent se substituer à des pièces métalliques. Au sens du présent document, on entend par matériau composite tout matériau comprenant des renforts imprégnés de résine. Les renforts peuvent prendre la forme de nappe tissée, non tissée, de fils unidirectionnels par exemple de verre, de carbone, d'aramide etc. imprégnés d'une résine thermodurcissable.

Un procédé connu pour la réalisation de pièces en matériau composite est le moulage sous vide. Schématiquement ce procédé consiste à déposer sur un outillage de moulage une ou plusieurs nappes (tissu, mat, nappe unidirectionnelle) pré imprégnées. Un film étanche est déposé sur le textile en débordant en périphérie ; un cordon d'étanchéité est disposé entre le film et l'outillage de moulage. Une dépression est ensuite appliquée entre le film et l'outillage de moulage. Ceci crée un drainage de tout le gaz emprisonné dans les nappes superposées et dans la matrice de résine. Les pièces ainsi obtenues sont dépourvues d'inclusions gazeuses et sont donc d'excellente qualité ; ceci leur permet notamment d'être utilisées dans le domaine aéronautique. Dans ce domaine, il existe un besoin de pièces en matériau composite de grandes dimensions. II s'avère nécessaire de raidir ces pièces par des raidisseurs. Ces raidisseurs selon l'état actuel de la technique peuvent être rapportés par rivetage ou collage.

On peut également réaliser des pièces composites de grande dimension intégrant: un ou plusieurs raidisseurs. Pour cela, un ou plusieurs noyaux peuvent être interposés entre les nappes de renfort. Avec un ou plusieurs noyaux de forme allongée, il est ainsi crée une ou plusieurs cavités allongées de section transversale en forme n ou de 0 ; ces cavités allongées agissent comme des poutres dans les pièces composites et en augmentent l'inertie. Cependant la présence de ce ou ces noyaux présente certaines difficultés. Le noyau doit être positionné avec précision sur l'outillage et doit 35 conserver son positionnement durant l'opération de drapage des nappes. Cette opération peut d'ailleurs être réalisée par des robots qui agissent de manière rapide et peuvent modifier le positionnement correct du noyau. Il convient de plus que le noyau puisse être extrait de la pièce finie. A ce sujet, la section de la nervure doit restée constante. En d'autres termes, il 5 n'est pas concevable de prévoir un noyau qui présenterait une dépouille dans sa direction longitudinale. II importe enfin que le noyau ne réagisse pas avec l'un des constituants de la pièce et qu'il conserve sa géométrie durant les opérations de mise sous pression. 10 Il est connu d'utiliser une vessie gonflable en silicone pour réaliser le noyau. Ces vessies ont cependant de nombreux inconvénients. Elles sont d'un coût élevé. Elles sont certes réutilisables mais il est difficile de vérifier leur étanchéité. Or, au cours de l'extraction de la vessie, il se produit d'importants frottements dont la répétition finit par endommager la vessie. En outre, le 15 stockage de ces vessies pose de nombreux problèmes de logistique. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Un but de l'invention est de proposer un noyau pour réaliser une cavité, tel que par exemple un raidisseur, dans une pièce en matière composite 20 obtenue par moulage sous vide qui garantisse une géométrie précise de la cavité, qui soit aisément extractible et qui soit d'un faible coût. La présente invention concerne un noyau destiné à former une cavité dans une pièce en matériau composite stratifié obtenue par un procédé de moulage sous viide comprenant notamment une phase de mise sous vide 25 puis une phase d'élévation de température et de mise sous pression sous autoclave ; de plus, le noyau présente une âme définissant la géométrie de la cavité formée de la pièce, ladite âme étant réalisée dans un matériau ayant une tenue mécanique garantissant la géométrie du noyau lors de la phase de mise sous vide de la pièce et permettant la contraction du noyau lors de 30 l'élévation de température de la pièce. Ainsi, l'invention fournit un noyau qui possède une tenue mécanique qui lui permet de maintenir sa géométrie lors des phases de drapage et de mise sous vide et qui se contracte lors de la montée en température qui se produit pour assurer la polymérisation de la pièce 35 composite.

De préférence, l'âme est constituée d'une mousse phénolique à cellule fermée. La mousse phénolique à cellule fermée possède en effet une tenue mécanique irnportante à température ambiante qui permet au noyau de résister aux opérations de drapage et de mise sous vide. Cela est essentiel pour la précision de la géométrie de la cavité qui est formée dans la pièce. De plus la mousse phénolique se contracte sans pour autant fondre au cours de l'élévation de température nécessaire à la polymérisation de la pièce. La contraction du noyau permet ainsi de le retirer en fin de polymérisation. Selon une disposition avantageuse le noyau présente une gaine extérieure réalisée dans un matériau étanche et à faible coefficient de frottement de façon à assurer une bonne transmission de la pression notamment durant la phase d'autoclavage et à faciliter l'extraction du noyau en fin de polymérisation. La gaine extérieure a également pour fonction de former une barrière entre le noyau et la pièce composite pour conserver l'intégrité chimique de celle-ci. La gaine extérieure peut par exemple être un film de FEP. Il peut être, par ailleurs, prévu que l'âme soit entourée d'un film thermorétractable ce qui permet d'accentuer la contraction du noyau lors de l'élévation de température de la pièce.

Le film thermorétractable peut être constitué d'un enroulement hélicoïdal d'une bande d'un film polyester précontraint. Selon une autre disposition avantageuse, une gaine de tissu poreux est superposée sur le film thermorétractable. Cette gaine de tissu poreux a pour fonction principale d'assurer une bonne répartition et un bon cheminement de la pression dans l'autoclave. La gaine de tissu poreux peut être par exemple constituée par un tube tissé en fils de polyester. En pratique, l'âme peut présenter une densité comprise entre 40 et 100 kg/m3 de façon à présenter une tenue mécanique qui lui permet de 30 résister aux opérations de drapage et de mise sous vide. Il peut être envisagé que l'âme présente au moins un canal. De une forme de réalisation, le noyau présente une forme allongée de section transversale en trapèze. Pour sa bonne compréhension, l'invention sera décrite en 35 référence au dessin schématique annexé représentant le noyau selon l'invention.

Figure 1 montre schématiquement en coupe transversale un noyau selon l'invention, Figure 2 et Figure 3 montrent deux variantes de moulage sous vide intégrant le noyau selon l'invention.

En se reportant tout d'abord à la figure 2, on peut voir un outillage de moulage 2 dans lequel est ménagée une rainure 3 qui, dans l'exemple illustré, présente une section en trapèze. Le principe de fabrication d'une pièce en matériau composite intégrant un raidisseur est le suivant : - une ou plusieurs nappes 4 préimprégnées de résine sont disposées éventuellement avec des orientations différentes dans la rainure 3, - un noyau 1 est ensuite placé sur les nappes qui drapent la rainure 3, -enfin, une ou plusieurs nappes 5 préimprégnées de résine 15 viennent former la pièce composite proprement dite, - un film de mise sous vide 7 est ensuite placé sur la pièce avec un joint 8 d'étanchéité en périphérie. Il est précisé que les nappes 4 et 5 peuvent être crues ou cuites et que des feutres de drainage peuvent être interposés entre le film de mise sous 20 vide et la pièce. Ensuite, un dispositif de drainage (non représenté sur les figures) permet, par dépression, d'extraire les gaz présents entre l'outillage du moulage et le film étanche, c'est-à-dire les gaz et autres bulles d'air qui sont inclus dans la pièce. Le dispositif de drainage peut venir s'engager sur une ou plusieurs 25 prise de vide 10 pratiquée dans le film de mise sous vide 7. La figure 2 fait apparaître la problématique de réalisation d'une cavité dans une pièce composite qui est obtenue par moulage sous vide. C'est, en effet, le noyau 1 qui conditionne le bon dimensionnement du raidisseur. Selon l'invention, le noyau présente une structure originale comme 30 cela apparaît à la figure 1. En effet, le noyau 1 comprend une âme 12 de résine phénolique à l'état de mousse à cellules fermées. La densité de la résine phénolique est de l'ordre de 40 à 100 kg/m3. Un film thermorétractable 13 est enroulé de manière hélicoïdale sur 35 l'âme 12 de mousse phénolique.

Une gaine de tissu poreux 14 drainant tel qu'un tube tissé de polyester entoure l'âme 12 et le film thermorétractable 13 sur toute la longueur du noyau. Enfin, la gaine externe 15 de matériau imperméable et à faible 5 coefficient de frottement vient former la peau du noyau. La gaine externe 15 peut être, par exemple, réalisé en FEP. Le noyau 1 se comporte de la manière suivante. Lors de la mise sous vide, le noyau 1 fournit un contre appui qui permet de former un raidisseur. Il est important que le noyau ne s'écrase pas 10 lors de la dépose des nappes par une machine automatique de drapage ni sous l'effet de la dépression. Cette tenue mécanique est essentiellement due à l'âme 12 de résine phénolique dont la densité permet de contrecarrer la mise sous vide nécessaire au drainage. C'est également l'âme 12 du noyau qui contribue 15 essentiellement à la précision dimensionnelle et à la reproductivité du raidisseur, qui est formé dans la pièce de composite. Au cours de cette phase, la gaine de tissu poreux a pour fonction de répartir uniformément la pression de l'autoclave. Il est à noter que la gaine externe 15 garantit que le noyau ne 20 réagisse pas avec la pièce et donc ne pollue pas la pièce. Dans le process de fabrication d'une pièce moulée sous vide, la phase de dépression est suivie d'une phase de montée en température sous autoclave qui assure la polymérisation de la résine. Au cours de cette phase qui se produit à une température de l'ordre de 80 C à 200 C la mousse 25 phénolique qui constitue l'âme 12 s'affaisse sur elle-même mais ne fond pas. L'affaissement de l'âme 12 est favorisé par l'enroulement de film thermorétractable 13. Au terme de la phase de montée en température, le noyau 1 présente donc une section transversale sensiblement inférieure à celle 30 du raidisseur et peut être extrait en effectuant une traction sur celui-ci. L'extraction du noyau 1 est, par ailleurs, facilitée par la gaine externe 15 qui est réalisée dans un matériau à faible coefficient de frottement, par exemple FEP et par la gaine 14 de tissu polyester sur laquelle il est possible d'exercer une traction. 35 Le noyau est ensuite traité pour être éventuellement recyclé.

Il est précisé que sur la figure 1, les différentes couches qui apparaissent à distance les unes des autres pour faciliter la compréhension sont en réalité directement superposées. La figure 3 montre une variante de réalisation d'un raidisseur obtenu par moulage sous vide dans lequel le noyau se trouve sur la face de la pièce opposée à celle qui est en contact de l'outillage de moulage. Dans cette configuration, le noyau 1 selon l'invention se comporte et présente les mêmes avantages que lorsqu'il est mis en oeuvre comme cela est illustré à la figure 2. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif mais elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. Il est ainsi précisé que le noyau peut présenter une section évolutive. Il est, par ailleurs, envisagé de réaliser le noyau sur le site de moulage à partir de tronçons de mousse phénolique qui sont mis bout à bout et gainés par le film thermorétractable.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Noyau destiné à former une cavité dans une pièce en matériau composite stratifié obtenue par un procédé de moulage sous vide comprenant notamment une phase de mise sous vide puis une phase d'élévation de température et de mise sous pression sous autoclave, caractérisé en ce que le noyau (1) présente une âme (12) définissant la géométrie de la cavité formée de la pièce, ladite âme (12) étant réalisée dans un matériau garantissant la géométrie du noyau (1) lors de la phase de mise sous vide de la pièce et permettant la contraction du noyau (1) lors de l'élévation de température de la pièce.

2. Noyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme (12) est constituée d'une mousse phénolique à cellule fermée.

3. Noyau selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il présente une gaine extérieure (15) réalisée dans un matériau étanche et à faible coefficient de frottement.

4. Noyau selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gaine extérieure (15) est un film de FEP.

5. Noyau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'âme (12) est entourée d'un film thermorétractable (13).

6. Noyau selon la revendication 5, caractérisé en ce que le film thermorétractable (13) est constitué d'un enroulement hélicoïdal d'une bande d'un film polyester précontraint.

7. Noyau selon l'une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce qu'une gaine de tissu poreux (14) est superposée sur le film thermorétractable (13).

8. Noyau selon la revendication 7, caractérisé en ce que la gaine de tissu poreux (14) est constituée par un tube tissé de polyester.

9. Noyau selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'âme (12) présente une densité comprise entre 40 et 100 kg/m3.

10. Noyau selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'âme (12) présente au moins un canal.

11. Noyau selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce 35 qu'il présente une forme allongée de section transversale en trapèze.