CA2971336A1 - Procede de realisation d'une piece de forme tronconique ou cylindrique en materiau composite et outillage d'impregnation d'une preforme fibreuse de forme tronconique ou cylindrique - Google Patents
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Abstract
Un procédé de fabrication d'une pièce de forme tronconique en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- placement d'une préforme fibreuse de forme tronconique (200) ou cylindrique dans un élément de moule femelle (110), - placement d'une membrane imperméable (120) en regard de la face exposée (200a) de la préforme fibreuse (200), l'espace délimité
entre la surface interne (111a) de l'élément de moule femelle (110) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation (140), - assemblage d'un élément de moule mâle (130) avec l'élément de moule femelle (110), la membrane (120) étant interposée entre l'élément de moule mâle (130) et l'élément de moule femelle (110), l'espace délimité entre l'élément de moule mâle (130) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - injection d'une résine (10) dans la chambre d'imprégnation (140), - injection d'un fluide de compaction (20) dans la chambre de compaction (150), le fluide de compaction (20) exerçant une pression sur la membrane (120) pour forcer la résine (10) à imprégner la préforme fibreuse (200), - polymérisation de la résine de manière à obtenir une pièce en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice.
- placement d'une préforme fibreuse de forme tronconique (200) ou cylindrique dans un élément de moule femelle (110), - placement d'une membrane imperméable (120) en regard de la face exposée (200a) de la préforme fibreuse (200), l'espace délimité
entre la surface interne (111a) de l'élément de moule femelle (110) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation (140), - assemblage d'un élément de moule mâle (130) avec l'élément de moule femelle (110), la membrane (120) étant interposée entre l'élément de moule mâle (130) et l'élément de moule femelle (110), l'espace délimité entre l'élément de moule mâle (130) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - injection d'une résine (10) dans la chambre d'imprégnation (140), - injection d'un fluide de compaction (20) dans la chambre de compaction (150), le fluide de compaction (20) exerçant une pression sur la membrane (120) pour forcer la résine (10) à imprégner la préforme fibreuse (200), - polymérisation de la résine de manière à obtenir une pièce en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice.
Description
Titre de l'invention Procédé de réalisation d'une pièce de forme tronconique ou cylindrique en matériau composite et outillage d'imprégnation d'une préforme fibreuse de forme tronconique ou cylindrique Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne la réalisation de pièces de forme tronconique ou cylindrique en matériau composite.
Un domaine d'application de l'invention est plus particulièrement la réalisation de pièces en matériau composite structural, c'est-à-dire des pièces de structure à renfort fibreux et densifié par une matrice. Les matériaux composites permettent de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique.
Un procédé usuel d'obtention de pièces tronconiques en matériau composite, telles qu'un carter d'échappement de moteur aéronautique est décrit sur la figure 1. Sur la figure 1, une préforme fibreuse 30 est formée par mise en forme d'une texture fibreuse sur un moule 51 d'un outillage de moulage par injection 50, le moule présentant une forme la plus proche possible de la paroi interne de la pièce en matériau composite à réaliser. Le moule 51 est fermé par une membrane déformable étanche 52 compatible avec la résine destinée à être injectée dans la préforme. La membrane 52 est cerclée en haut et en bas du moule 51 pour assurer l'étanchéité de l'outillage 50. La face latérale extérieure 30a de la préforme fibreuse 30 est en regard de la membrane 52 tandis que les faces inférieure et supérieure 30b, 30c de la préforme 30 sont en regard respectivement de grilles de diffusion 53 et 54.
L'outillage 50 comprend également un port d'injection 55 relié à
une machine d'injection 60 qui est destinée à injecter sous pression une résine 61 dans l'outillage 50. L'outillage 50 comprend en outre un port de sortie 56 destiné à évacuer les effluents et la résine en excès, le port de sortie 56 étant relié à un dispositif de traitement des effluents 70.
L'outillage 50 est placé dans un autoclave 80 qui permet d'appliquer une pression à l'extérieur de l'outillage et d'injecter la résine 61 sous pression, ce qui augmente ainsi la force motrice de la résine et diminue le temps d'imprégnation de la préforme. L'application d'une
Un domaine d'application de l'invention est plus particulièrement la réalisation de pièces en matériau composite structural, c'est-à-dire des pièces de structure à renfort fibreux et densifié par une matrice. Les matériaux composites permettent de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique.
Un procédé usuel d'obtention de pièces tronconiques en matériau composite, telles qu'un carter d'échappement de moteur aéronautique est décrit sur la figure 1. Sur la figure 1, une préforme fibreuse 30 est formée par mise en forme d'une texture fibreuse sur un moule 51 d'un outillage de moulage par injection 50, le moule présentant une forme la plus proche possible de la paroi interne de la pièce en matériau composite à réaliser. Le moule 51 est fermé par une membrane déformable étanche 52 compatible avec la résine destinée à être injectée dans la préforme. La membrane 52 est cerclée en haut et en bas du moule 51 pour assurer l'étanchéité de l'outillage 50. La face latérale extérieure 30a de la préforme fibreuse 30 est en regard de la membrane 52 tandis que les faces inférieure et supérieure 30b, 30c de la préforme 30 sont en regard respectivement de grilles de diffusion 53 et 54.
L'outillage 50 comprend également un port d'injection 55 relié à
une machine d'injection 60 qui est destinée à injecter sous pression une résine 61 dans l'outillage 50. L'outillage 50 comprend en outre un port de sortie 56 destiné à évacuer les effluents et la résine en excès, le port de sortie 56 étant relié à un dispositif de traitement des effluents 70.
L'outillage 50 est placé dans un autoclave 80 qui permet d'appliquer une pression à l'extérieur de l'outillage et d'injecter la résine 61 sous pression, ce qui augmente ainsi la force motrice de la résine et diminue le temps d'imprégnation de la préforme. L'application d'une
2 pression sur la surface externe 52a de la membrane 52 est également nécessaire pour assurer le compactage de la préforme fibreuse 30 lors de la polymérisation de la résine afin de réduire la porosité finale.
Cependant, cette technique d'imprégnation pose des problèmes notamment au niveau du temps nécessaire pour imprégner complètement la préforme fibreuse, temps qui doit être inférieur à la durée de vie en pot de la résine. En outre, la gestion de la température reste délicate en particulier pour l'imprégnation de préformes épaisses (épaisseur supérieure à 80 mm) avec une résine qui est potentiellement exothermique.
Par ailleurs, l'application d'une pression sur la membrane lors de la polymérisation de la résine entraîne des défauts dans la préforme fibreuse tels que des ondulations et des plis qui peuvent être rédhibitoires pour une utilisation ultérieure de la pièce résultante. Ces défauts sont accentués si la préforme fibreuse n'épouse pas parfaitement le moule, ce qui est souvent le cas car la tolérance de fabrication des préformes est de l'ordre du millimètre tandis que la forme du moule est difficilement adaptable.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer une solution qui permet d'imprégner des préformes fibreuses de forme tronconique ou cylindrique sans risque de formation de défauts tout en minimisant le temps d'imprégnation afin d'obtenir des pièces en matériau composite de bonne qualité.
A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce de forme tronconique ou cylindrique en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- placement d'une préforme fibreuse de forme tronconique ou cylindrique dans un élément de moule femelle d'un outillage d'imprégnation, l'élément de moule femelle comportant une cavité
délimitée par une paroi latérale présentant une surface interne de forme tronconique ou cylindrique, la préforme fibreuse étant placée en regard de la surface interne de ladite paroi latérale, - placement d'une membrane imperméable et deformable en regard de la face exposée de la préforme fibreuse, la membrane
Cependant, cette technique d'imprégnation pose des problèmes notamment au niveau du temps nécessaire pour imprégner complètement la préforme fibreuse, temps qui doit être inférieur à la durée de vie en pot de la résine. En outre, la gestion de la température reste délicate en particulier pour l'imprégnation de préformes épaisses (épaisseur supérieure à 80 mm) avec une résine qui est potentiellement exothermique.
Par ailleurs, l'application d'une pression sur la membrane lors de la polymérisation de la résine entraîne des défauts dans la préforme fibreuse tels que des ondulations et des plis qui peuvent être rédhibitoires pour une utilisation ultérieure de la pièce résultante. Ces défauts sont accentués si la préforme fibreuse n'épouse pas parfaitement le moule, ce qui est souvent le cas car la tolérance de fabrication des préformes est de l'ordre du millimètre tandis que la forme du moule est difficilement adaptable.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer une solution qui permet d'imprégner des préformes fibreuses de forme tronconique ou cylindrique sans risque de formation de défauts tout en minimisant le temps d'imprégnation afin d'obtenir des pièces en matériau composite de bonne qualité.
A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce de forme tronconique ou cylindrique en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- placement d'une préforme fibreuse de forme tronconique ou cylindrique dans un élément de moule femelle d'un outillage d'imprégnation, l'élément de moule femelle comportant une cavité
délimitée par une paroi latérale présentant une surface interne de forme tronconique ou cylindrique, la préforme fibreuse étant placée en regard de la surface interne de ladite paroi latérale, - placement d'une membrane imperméable et deformable en regard de la face exposée de la préforme fibreuse, la membrane
3 présentant une forme tronconique ou cylindrique, l'espace délimité entre la surface interne de forme tronconique ou cylindrique de la paroi latérale de l'élément de moule femelle et la membrane correspondant à une chambre d'imprégnation dans laquelle la préforme fibreuse est présente, - assemblage d'un élément de moule mâle avec l'élément de moule femelle, l'élément de moule mâle comprenant un corps axisymétrique logé dans la cavité de l'élément de moule femelle, la surface externe du corps axisymétrique étant placée en regard et à une distance déterminée de la surface interne de forme tronconique ou cylindrique de la paroi latérale de l'élément de moule femelle, la membrane étant interposée entre la paroi externe du corps axisymétrique de l'élément de moule mâle et la surface interne de forme tronconique ou cylindrique de la paroi latérale de l'élément de moule femelle, l'espace délimité entre la surface externe du corps axisymétrique et la membrane correspondant à une chambre de compaction, - injection d'une résine dans la chambre d'imprégnation, - injection d'un fluide de compaction dans la chambre de compaction, le fluide de compaction exerçant une pression sur la membrane pour forcer la résine à imprégner la préforme fibreuse, - polymérisation de la résine de manière à obtenir une pièce en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice.
En injectant d'abord la résine dans une chambre d'imprégnation contenant la préforme fibreuse avant d'être poussée dans la préforme fibreuse lors de l'injection du fluide compaction, la préforme est imprégnée dans son épaisseur et non plus dans sa section axiale comme dans l'art antérieur décrit ci-avant, on réduit ainsi considérablement le temps d'imprégnation, ce qui permet plus de souplesse dans la fabrication de la pièce en matériau composite.
En outre, la membrane appliquant sur la préforme une pression dirigée depuis la face interne de la préforme vers la face externe de la préforme, il est possible d'utiliser des préformes n'épousant pas parfaitement la forme de la paroi de l'élément de moule femelle ou ne se plaquant pas parfaitement contre celle-ci sans risque d'apparition de défauts de type ondulation et/ou plis.
En injectant d'abord la résine dans une chambre d'imprégnation contenant la préforme fibreuse avant d'être poussée dans la préforme fibreuse lors de l'injection du fluide compaction, la préforme est imprégnée dans son épaisseur et non plus dans sa section axiale comme dans l'art antérieur décrit ci-avant, on réduit ainsi considérablement le temps d'imprégnation, ce qui permet plus de souplesse dans la fabrication de la pièce en matériau composite.
En outre, la membrane appliquant sur la préforme une pression dirigée depuis la face interne de la préforme vers la face externe de la préforme, il est possible d'utiliser des préformes n'épousant pas parfaitement la forme de la paroi de l'élément de moule femelle ou ne se plaquant pas parfaitement contre celle-ci sans risque d'apparition de défauts de type ondulation et/ou plis.
4 Selon un premier aspect particulier du procédé de l'invention, la résine est injectée au niveau du bord inférieur de la préforme fibreuse, le fluide compaction étant injecté à partir de la partie inférieure de la chambre de compaction située au voisinage du bord inférieur de la préforme fibreuse. Cela permet à la membrane de repousser progressivement la résine dans la préforme et d'optimiser l'imprégnation de la préforme dans tout son volume.
Selon un deuxième aspect particulier du procédé de l'invention, la résine est injectée dans une rigole circulaire présente sur le fond de l'élément de moule femelle, ce qui permet à la résine de se répandre uniformément autour du bord inférieur de la préforme lors de son injection.
Selon un troisième aspect particulier du procédé de l'invention, avant l'injection de la résine dans la chambre d'imprégnation, une dépression est appliquée dans la chambre de compaction. Cette dépression permet de s'assurer qu'un espace est bien présent entre la membrane et la préforme avant l'injection de la résine. Ainsi, lors de l'injection de la résine, celle-ci se répand préférentiellement dans l'espace libre et non dans la préforme qui présente une perméabilité plus faible vis-à-vis de l'espace libre.
Selon un quatrième aspect particulier du procédé de l'invention, la préforme fibreuse est obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche.
Selon un cinquième aspect du procédé de l'invention, la préforme fibreuse est obtenue par empilement de strates fibreuses unidirectionnelles liées entre elles par aiguilletage ou obtenues par tissage bidimensionnel.
Les fils de la préforme peuvent être formés de fibres constituées d'un ou plusieurs des matériaux suivants : carbone, carbure de silicium, verre, alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou un mélange de plusieurs de ces matériaux.
La résine peut être choisie parmi au moins une des résines suivantes : résine époxyde, résine phénolique, résine précurseur de carbone et résine précurseur de carbure de silicium.
Selon un deuxième aspect particulier du procédé de l'invention, la résine est injectée dans une rigole circulaire présente sur le fond de l'élément de moule femelle, ce qui permet à la résine de se répandre uniformément autour du bord inférieur de la préforme lors de son injection.
Selon un troisième aspect particulier du procédé de l'invention, avant l'injection de la résine dans la chambre d'imprégnation, une dépression est appliquée dans la chambre de compaction. Cette dépression permet de s'assurer qu'un espace est bien présent entre la membrane et la préforme avant l'injection de la résine. Ainsi, lors de l'injection de la résine, celle-ci se répand préférentiellement dans l'espace libre et non dans la préforme qui présente une perméabilité plus faible vis-à-vis de l'espace libre.
Selon un quatrième aspect particulier du procédé de l'invention, la préforme fibreuse est obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche.
Selon un cinquième aspect du procédé de l'invention, la préforme fibreuse est obtenue par empilement de strates fibreuses unidirectionnelles liées entre elles par aiguilletage ou obtenues par tissage bidimensionnel.
Les fils de la préforme peuvent être formés de fibres constituées d'un ou plusieurs des matériaux suivants : carbone, carbure de silicium, verre, alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou un mélange de plusieurs de ces matériaux.
La résine peut être choisie parmi au moins une des résines suivantes : résine époxyde, résine phénolique, résine précurseur de carbone et résine précurseur de carbure de silicium.
5 L'invention a également pour objet un outillage d'imprégnation pour une préforme fibreuse de forme tronconique ou cylindrique, l'outillage comprenant :
- un élément de moule femelle comportant une cavité
délimitée par une paroi latérale présentant une surface interne de forme tronconique ou cylindrique, - un élément de moule mâle comprenant un corps axisymétrique logé dans la cavité de l'élément de moule femelle, la surface externe du corps axisymétrique étant placée en regard et à une distance déterminée de la surface interne de forme tronconique ou cylindrique de la paroi latérale de l'élément de moule femelle, - une membrane imperméable et déformable présentant une forme tronconique ou cylindrique, la membrane étant placée en vis-à-vis de la paroi externe du corps axisymétrique de l'élément de moule mâle, l'espace délimité entre la surface interne de forme tronconique ou cylindrique de la paroi latérale de l'élément de moule femelle et la membrane correspondant à une chambre d'imprégnation, l'espace délimité
entre la surface externe du corps axisymétrique et la membrane correspondant à une chambre de compaction, - l'élément de moule femelle comprenant au moins un port d'injection de résine débouchant dans la chambre d'imprégnation, - l'élément de moule mâle comprenant au moins un port d'injection d'un fluide de compaction débouchant dans la chambre de compaction.
Selon un aspect particulier de l'outillage de l'invention, chaque port d'injection de résine débouche dans la chambre d'imprégnation au niveau d'un fond de l'élément de moule femelle, ledit fond comportant une rigole circulaire dans laquelle débouchent le ou les ports d'injection de résine.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- un élément de moule femelle comportant une cavité
délimitée par une paroi latérale présentant une surface interne de forme tronconique ou cylindrique, - un élément de moule mâle comprenant un corps axisymétrique logé dans la cavité de l'élément de moule femelle, la surface externe du corps axisymétrique étant placée en regard et à une distance déterminée de la surface interne de forme tronconique ou cylindrique de la paroi latérale de l'élément de moule femelle, - une membrane imperméable et déformable présentant une forme tronconique ou cylindrique, la membrane étant placée en vis-à-vis de la paroi externe du corps axisymétrique de l'élément de moule mâle, l'espace délimité entre la surface interne de forme tronconique ou cylindrique de la paroi latérale de l'élément de moule femelle et la membrane correspondant à une chambre d'imprégnation, l'espace délimité
entre la surface externe du corps axisymétrique et la membrane correspondant à une chambre de compaction, - l'élément de moule femelle comprenant au moins un port d'injection de résine débouchant dans la chambre d'imprégnation, - l'élément de moule mâle comprenant au moins un port d'injection d'un fluide de compaction débouchant dans la chambre de compaction.
Selon un aspect particulier de l'outillage de l'invention, chaque port d'injection de résine débouche dans la chambre d'imprégnation au niveau d'un fond de l'élément de moule femelle, ledit fond comportant une rigole circulaire dans laquelle débouchent le ou les ports d'injection de résine.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
6 - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un outillage d'imprégnation selon l'art antérieur, - la figure 2 est une vue schématique en perspective éclatée d'un outillage d'imprégnation conformément à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3A une vue schématique en coupe de l'outillage de la figure 2 une fois fermé montrant l'injection d'une résine dans l'outillage, - les figures 3B et 3C sont des vues schématiques en coupe de l'outillage de la figure 2 montrant des étapes d'imprégnation d'une préforme fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un pièce obtenue conformément à un procédé de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation La figure 2 représente un outillage d'injection 100 conformément à un mode de réalisation de l'invention. L'outillage d'imprégnation 100 comprend un élément de moule femelle 110 constitué
d'une paroi latérale 111 dont la surface interne 111a présente une forme tronconique et délimite une cavité 112. La surface interne 111a est destinée à être en contact avec une préforme fibreuse 200 à imprégner.
L'élément de moule femelle 110 comprend également un fond 113 fermant la partie inférieure 1110 de la paroi latérale 111. Dans l'exemple décrit ici, la partie supérieure 1111 de la paroi latérale 111 comporte une première et une deuxième gorges annulaires 1112 et 1113 qui sont destinées à recevoir respectivement un premier et un deuxième joints toriques 1114 et 1115. Toujours dans l'exemple décrit ici, un joint annulaire 1140 est en outre disposé entre la partie supérieure 1111 de la paroi latérale 111 et une bride 114 fixée sur la partie supérieure 1111 par des vis 1141.
L'outillage d'imprégnation 100 comprend également un élément de moule mâle 130 comportant un corps axisymétrique 131 qui est destiné à être logé dans la cavité 112 de l'élément de moule femelle 110 lors de la fermeture de l'outillage d'imprégnation 100. Le corps axisymétrique 131 présente une forme adaptée permettant d'assurer la remontée du liquide de compaction pour injecter la résine dans la texture du bas vers le haut comme décrit ci-après. Dans l'exemple décrit ici, le
Description détaillée de modes de réalisation La figure 2 représente un outillage d'injection 100 conformément à un mode de réalisation de l'invention. L'outillage d'imprégnation 100 comprend un élément de moule femelle 110 constitué
d'une paroi latérale 111 dont la surface interne 111a présente une forme tronconique et délimite une cavité 112. La surface interne 111a est destinée à être en contact avec une préforme fibreuse 200 à imprégner.
L'élément de moule femelle 110 comprend également un fond 113 fermant la partie inférieure 1110 de la paroi latérale 111. Dans l'exemple décrit ici, la partie supérieure 1111 de la paroi latérale 111 comporte une première et une deuxième gorges annulaires 1112 et 1113 qui sont destinées à recevoir respectivement un premier et un deuxième joints toriques 1114 et 1115. Toujours dans l'exemple décrit ici, un joint annulaire 1140 est en outre disposé entre la partie supérieure 1111 de la paroi latérale 111 et une bride 114 fixée sur la partie supérieure 1111 par des vis 1141.
L'outillage d'imprégnation 100 comprend également un élément de moule mâle 130 comportant un corps axisymétrique 131 qui est destiné à être logé dans la cavité 112 de l'élément de moule femelle 110 lors de la fermeture de l'outillage d'imprégnation 100. Le corps axisymétrique 131 présente une forme adaptée permettant d'assurer la remontée du liquide de compaction pour injecter la résine dans la texture du bas vers le haut comme décrit ci-après. Dans l'exemple décrit ici, le
7 corps axisymétrique 131 s'inscrit à l'intérieur d'un tronc de cône et présente une surface externe 131a de forme concave.
Lorsque l'élément de moule mâle 130 est assemblé avec l'élément de moule femelle 110, la surface externe 131a du corps axisymétrique 131 est placée en regard et à une distance déterminée de la surface interne de forme tronconique 111a de la paroi latérale 111 de l'élément de moule femelle 110 (figure 3A). L'élément de moule mâle comprend un couvercle 132 amovible qui est fixé sur une bride 1310 présente sur la partie supérieure du corps tronconique 131 au moyen de vis 1320.
L'outillage d'imprégnation 100 comprend également une membrane imperméable 120 présentant une forme tronconique, la membrane, par exemple en silicone, étant apte à se déformer (s'allonger) sans se rompre sous l'effet de la pression du liquide de compactage. La membrane 120 est interposée entre la surface externe 131a du corps axisymétrique 131 de l'élément de moule mâle et la surface interne 111a de la paroi latérale 111 de l'élément de moule femelle 110. La membrane 120 est placée à proximité de la paroi externe 131a du corps axisymétrique 131 de l'élément de moule mâle 130. L'espace délimité
entre la surface interne 111a de la paroi latérale 111 de l'élément de moule femelle 110 et la face 120a de la membrane en regard de la surface 111a correspond à une chambre d'imprégnation 140 dans laquelle est présente une préforme fibreuse 200 à imprégner (figure 3A). L'espace délimité entre la surface externe 131a du corps axisymétrique et la face 120b de la membrane 120 en regard de la surface 131a correspond à une chambre de compaction 150.
Dans l'exemple décrit ici, l'élément de moule femelle 110 comprend deux ports d'injection 115 et 116 présent sur le fond 113 de l'élément de moule femelle. Les ports d'injection 115 et 116 débouchent dans la chambre d'imprégnation 140 (figure 3A). Les ports d'injection 115 et 116 sont utilisés pour injecter une résine dans la chambre d'imprégnation lorsqu'elle contient une préforme fibreuse à imprégner.
L'élément de moule mâle peut en outre comprendre des ports d'évacuation 117 disposés du côté opposé par rapport aux ports d'injection 115 et 116, ici placés au niveau de la bride 114 (figures 2 et 3C). Les ports d'évacuation 117 sont en communication avec la chambre
Lorsque l'élément de moule mâle 130 est assemblé avec l'élément de moule femelle 110, la surface externe 131a du corps axisymétrique 131 est placée en regard et à une distance déterminée de la surface interne de forme tronconique 111a de la paroi latérale 111 de l'élément de moule femelle 110 (figure 3A). L'élément de moule mâle comprend un couvercle 132 amovible qui est fixé sur une bride 1310 présente sur la partie supérieure du corps tronconique 131 au moyen de vis 1320.
L'outillage d'imprégnation 100 comprend également une membrane imperméable 120 présentant une forme tronconique, la membrane, par exemple en silicone, étant apte à se déformer (s'allonger) sans se rompre sous l'effet de la pression du liquide de compactage. La membrane 120 est interposée entre la surface externe 131a du corps axisymétrique 131 de l'élément de moule mâle et la surface interne 111a de la paroi latérale 111 de l'élément de moule femelle 110. La membrane 120 est placée à proximité de la paroi externe 131a du corps axisymétrique 131 de l'élément de moule mâle 130. L'espace délimité
entre la surface interne 111a de la paroi latérale 111 de l'élément de moule femelle 110 et la face 120a de la membrane en regard de la surface 111a correspond à une chambre d'imprégnation 140 dans laquelle est présente une préforme fibreuse 200 à imprégner (figure 3A). L'espace délimité entre la surface externe 131a du corps axisymétrique et la face 120b de la membrane 120 en regard de la surface 131a correspond à une chambre de compaction 150.
Dans l'exemple décrit ici, l'élément de moule femelle 110 comprend deux ports d'injection 115 et 116 présent sur le fond 113 de l'élément de moule femelle. Les ports d'injection 115 et 116 débouchent dans la chambre d'imprégnation 140 (figure 3A). Les ports d'injection 115 et 116 sont utilisés pour injecter une résine dans la chambre d'imprégnation lorsqu'elle contient une préforme fibreuse à imprégner.
L'élément de moule mâle peut en outre comprendre des ports d'évacuation 117 disposés du côté opposé par rapport aux ports d'injection 115 et 116, ici placés au niveau de la bride 114 (figures 2 et 3C). Les ports d'évacuation 117 sont en communication avec la chambre
8 d'imprégnation 140 et permettent de faciliter l'injection de la résine dans la chambre d'imprégnation en évacuant l'air présent dans la chambre d'imprégnation, les ports d'évacuation pouvant être éventuellement reliés à une pompe de tirage. Selon une variante de réalisation, l'élément de moule femelle peut ne comprendre qu'un seul port d'injection ou plus de deux ports d'injection.
Dans l'exemple décrit ici et comme représenté sur les figures 2 et 3A à 3C, le fond 113 de l'élément de moule femelle 110 peut comporter une rigole circulaire 1131 dans laquelle débouche directement les ports d'injection 115 et 116. La rigole 1131 permet de répartir la résine injectée via les ports d'injection 115 et 116 de manière uniforme au niveau du fond 113 et, par conséquent, au niveau du bord inférieur 201 de la préforme fibreuse 200 à imprégner.
Dans l'exemple décrit ici, l'élément de moule mâle 130 comprend un port d'injection 133 présent au niveau du fond 134 du corps axisymétrique 131, le port d'injection 133 débouchant dans la chambre de compaction 150. Le port d'injection 133 est utilisé pour injecter un fluide de compaction dans la chambre de compaction 150 comme décrit ci-après en détails. L'élément de moule mâle 130 peut comprendre en outre des ports d'évacuation 135 permettant de faciliter l'introduction du fluide de compaction dans la chambre de compaction 150 en évacuant l'air présent dans ladite chambre. Selon une variante de réalisation, plusieurs ports d'injection peuvent être présents sur l'élément de moule mâle 130. On peut également utiliser le port d'injection 133 et l'évent 135 pour faire circuler le fluide de compaction à une température permettant de contribuer à la polymérisation de la résine lors de la phase de cuisson de la pièce composite.
On décrit maintenant un procédé d'injection d'une résine dans une préforme fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention. Le procédé requière des moyens de maintien tels qu'une presse (non représentée sur les figures 3A à 3C).
Comme illustré sur la figure 2, les éléments du moule mâle sont assemblés, à savoir les parties 114, 131, 132 ainsi que la membrane 120 et le matériau poreux 1140. La partie mâle ainsi équipée est fixée sous le plateau supérieur de la presse à l'aide des vis 1141. Une préforme fibreuse 200 est introduite ans la cavité 112 de l'élément de moule femelle
Dans l'exemple décrit ici et comme représenté sur les figures 2 et 3A à 3C, le fond 113 de l'élément de moule femelle 110 peut comporter une rigole circulaire 1131 dans laquelle débouche directement les ports d'injection 115 et 116. La rigole 1131 permet de répartir la résine injectée via les ports d'injection 115 et 116 de manière uniforme au niveau du fond 113 et, par conséquent, au niveau du bord inférieur 201 de la préforme fibreuse 200 à imprégner.
Dans l'exemple décrit ici, l'élément de moule mâle 130 comprend un port d'injection 133 présent au niveau du fond 134 du corps axisymétrique 131, le port d'injection 133 débouchant dans la chambre de compaction 150. Le port d'injection 133 est utilisé pour injecter un fluide de compaction dans la chambre de compaction 150 comme décrit ci-après en détails. L'élément de moule mâle 130 peut comprendre en outre des ports d'évacuation 135 permettant de faciliter l'introduction du fluide de compaction dans la chambre de compaction 150 en évacuant l'air présent dans ladite chambre. Selon une variante de réalisation, plusieurs ports d'injection peuvent être présents sur l'élément de moule mâle 130. On peut également utiliser le port d'injection 133 et l'évent 135 pour faire circuler le fluide de compaction à une température permettant de contribuer à la polymérisation de la résine lors de la phase de cuisson de la pièce composite.
On décrit maintenant un procédé d'injection d'une résine dans une préforme fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention. Le procédé requière des moyens de maintien tels qu'une presse (non représentée sur les figures 3A à 3C).
Comme illustré sur la figure 2, les éléments du moule mâle sont assemblés, à savoir les parties 114, 131, 132 ainsi que la membrane 120 et le matériau poreux 1140. La partie mâle ainsi équipée est fixée sous le plateau supérieur de la presse à l'aide des vis 1141. Une préforme fibreuse 200 est introduite ans la cavité 112 de l'élément de moule femelle
9 110 qui est équipée des joints 1114 et 1115. L'outillage est fermé par abaissement du plateau supérieur de la presse.
Une fois l'outillage d'imprégnation fermé, une résine 10 est injectée dans la chambre d'imprégnation 140 entre la face exposée 200a de la préforme fibreuse et la face 120a de la membrane 120 en regard de la face 200a de la préforme 200 (figure 3A). La résine 10 est injectée dans la chambre d'imprégnation 140 via les ports d'injection 115 et 116, c'est-à-dire au niveau du bord inférieur 201 de la préforme fibreuse 200. La résine 10 se répartit uniformément autour du bord inférieur 201 de la préforme 200 grâce à la rigole 1131 dans laquelle débouche les ports d'injection 115 et 116. Dans l'exemple décrit ici, les ports d'injection 115 et 116 sont positionnés de manière à déboucher dans un espace vide de la chambre d'imprégnation 140, c'est-à-dire un espace qui n'est pas occupé par la préforme fibreuse 200. Dans ce cas, la résine 10 est injectée dans cet espace libre pour être ultérieurement poussée à l'intérieur de la préforme comme expliqué ci-après. Selon une variante de réalisation, les ports d'injection 115 et 116 peuvent être positionnés de manière à
déboucher au niveau du bord inférieur 201 de la préforme 200. Dans ce cas, la résine 10 est directement injectée dans la préforme.
De manière optionnelle, avant l'injection de la résine dans la chambre d'imprégnation 140, une dépression peut être préalablement appliquée dans la chambre de compaction 150, par exemple en reliant une pompe à vide au port d'injection 133 et aux ports d'évacuation 135. Cette dépression permet de s'assurer qu'un espace est bien présent entre la membrane et la préforme avant l'injection de la résine. Ainsi, lors de l'injection de la résine, celle-ci se répand préférentiellement dans l'espace libre et non dans la préforme qui présente une perméabilité plus faible vis-à-vis de l'espace libre.
La quantité de résine 10 introduite dans la chambre d'imprégnation 140 est déterminée en fonction du volume de la préforme 200 à imprégner et de son taux de fibres. Lorsque la quantité déterminée de résine 10 a été injectée dans la chambre d'imprégnation 140, les ports d'injection 115, 116 et les ports d'évacuation 117 sont fermés. Un fluide compaction 20 est alors introduit dans la chambre de compaction 150 via le port d'injection 133 présent au niveau du fond 134 du corps axisymétrique 131, un conduit 21 reliant le port d'injection 133 à l'entrée
Une fois l'outillage d'imprégnation fermé, une résine 10 est injectée dans la chambre d'imprégnation 140 entre la face exposée 200a de la préforme fibreuse et la face 120a de la membrane 120 en regard de la face 200a de la préforme 200 (figure 3A). La résine 10 est injectée dans la chambre d'imprégnation 140 via les ports d'injection 115 et 116, c'est-à-dire au niveau du bord inférieur 201 de la préforme fibreuse 200. La résine 10 se répartit uniformément autour du bord inférieur 201 de la préforme 200 grâce à la rigole 1131 dans laquelle débouche les ports d'injection 115 et 116. Dans l'exemple décrit ici, les ports d'injection 115 et 116 sont positionnés de manière à déboucher dans un espace vide de la chambre d'imprégnation 140, c'est-à-dire un espace qui n'est pas occupé par la préforme fibreuse 200. Dans ce cas, la résine 10 est injectée dans cet espace libre pour être ultérieurement poussée à l'intérieur de la préforme comme expliqué ci-après. Selon une variante de réalisation, les ports d'injection 115 et 116 peuvent être positionnés de manière à
déboucher au niveau du bord inférieur 201 de la préforme 200. Dans ce cas, la résine 10 est directement injectée dans la préforme.
De manière optionnelle, avant l'injection de la résine dans la chambre d'imprégnation 140, une dépression peut être préalablement appliquée dans la chambre de compaction 150, par exemple en reliant une pompe à vide au port d'injection 133 et aux ports d'évacuation 135. Cette dépression permet de s'assurer qu'un espace est bien présent entre la membrane et la préforme avant l'injection de la résine. Ainsi, lors de l'injection de la résine, celle-ci se répand préférentiellement dans l'espace libre et non dans la préforme qui présente une perméabilité plus faible vis-à-vis de l'espace libre.
La quantité de résine 10 introduite dans la chambre d'imprégnation 140 est déterminée en fonction du volume de la préforme 200 à imprégner et de son taux de fibres. Lorsque la quantité déterminée de résine 10 a été injectée dans la chambre d'imprégnation 140, les ports d'injection 115, 116 et les ports d'évacuation 117 sont fermés. Un fluide compaction 20 est alors introduit dans la chambre de compaction 150 via le port d'injection 133 présent au niveau du fond 134 du corps axisymétrique 131, un conduit 21 reliant le port d'injection 133 à l'entrée
10 de l'outillage au niveau du couvercle 132 (figure 3B). Les ports d'évacuation 135 sont ouverts dans un premier temps pour permettre de chasser l'air repoussé par le fluide compaction 20, puis sont fermés dans un deuxième temps afin de permettre la mise sous pression du fluide de compaction.
L'injection du fluide de compaction 20 dans la chambre de compaction 20 a pour effet de repousser la membrane 120 vers la préforme fibreuse 200 dans des directions indiquées par les flèches représentées sur les figures 3B et 3C et de forcer la résine 10 à pénétrer dans la préforme200. Au fur et à mesure de l'injection du fluide compaction dans la chambre de compaction 150, la membrane 120 pousse à la fois la résine dans l'espace libre de la chambre d'imprégnation 130 et dans la préforme comme illustré sur les figures 3B et 3C. Par l'action du fluide de compaction 20 sur la membrane 120, la membrane exerce une pression de compaction sur la préforme, pression qui est appliquée depuis l'intérieur, c'est-à-dire sur la face interne 200a de la préforme, vers l'extérieur, c'est-à-dire vers la face externe 200b de la préforme fibreuse 200.
Le fluide compaction 20 est injecté de préférence à partir de la partie inférieure 151 de la chambre de compaction 150 située au voisinage du bord inférieur 201 de la préforme fibreuse 200, ce qui permet à la membrane 120 de repousser progressivement la résine 10 dans la préforme 200 et d'optimiser l'imprégnation de la préforme dans tout son volume.
On obtient alors une préforme fibreuse imprégnée d'un précurseur de matrice. La transformation du précurseur en matrice organique, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage de l'outillage d'imprégnation, par exemple par circulation d'un fluide caloporteur dans des serpentins entourant l'outillage et dans la chambre de compaction, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère. Lors de la polymérisation, une pression, dite pression de polymérisation , est toujours appliquée par la membrane 120 sur la préforme fibreuse 200 car le fluide compaction exerce toujours lui-même une pression sur la membrane.
L'application à la fois d'une pression de compaction lors de l'imprégnation de la préforme et d'une pression de polymérisation lors de
L'injection du fluide de compaction 20 dans la chambre de compaction 20 a pour effet de repousser la membrane 120 vers la préforme fibreuse 200 dans des directions indiquées par les flèches représentées sur les figures 3B et 3C et de forcer la résine 10 à pénétrer dans la préforme200. Au fur et à mesure de l'injection du fluide compaction dans la chambre de compaction 150, la membrane 120 pousse à la fois la résine dans l'espace libre de la chambre d'imprégnation 130 et dans la préforme comme illustré sur les figures 3B et 3C. Par l'action du fluide de compaction 20 sur la membrane 120, la membrane exerce une pression de compaction sur la préforme, pression qui est appliquée depuis l'intérieur, c'est-à-dire sur la face interne 200a de la préforme, vers l'extérieur, c'est-à-dire vers la face externe 200b de la préforme fibreuse 200.
Le fluide compaction 20 est injecté de préférence à partir de la partie inférieure 151 de la chambre de compaction 150 située au voisinage du bord inférieur 201 de la préforme fibreuse 200, ce qui permet à la membrane 120 de repousser progressivement la résine 10 dans la préforme 200 et d'optimiser l'imprégnation de la préforme dans tout son volume.
On obtient alors une préforme fibreuse imprégnée d'un précurseur de matrice. La transformation du précurseur en matrice organique, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage de l'outillage d'imprégnation, par exemple par circulation d'un fluide caloporteur dans des serpentins entourant l'outillage et dans la chambre de compaction, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère. Lors de la polymérisation, une pression, dite pression de polymérisation , est toujours appliquée par la membrane 120 sur la préforme fibreuse 200 car le fluide compaction exerce toujours lui-même une pression sur la membrane.
L'application à la fois d'une pression de compaction lors de l'imprégnation de la préforme et d'une pression de polymérisation lors de
11 la polymérisation de la résine dans la préforme provoque une diminution de l'épaisseur de celle-ci en même temps qu'une augmentation de son diamètre intérieur, ces déplacements étant limités par les déformations possibles de la préforme (compressibilité).
La matrice organique peut être notamment obtenue à partir de résines époxydes, telle que, par exemple, la résine époxyde à hautes performances, ou de précurseurs liquides de matrices carbone ou céramique.
Dans le cas de la formation d'une matrice carbone ou céramique, le traitement thermique consiste à pyrolyser le précurseur organique pour transformer la matrice organique en une matrice carbone ou céramique selon le précurseur utilisé et les conditions de pyrolyse. A
titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques, tandis que des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ).
Après la polymérisation, telle qu'illustrée sur la figure 4, on obtient une pièce 400 en matériau composite comprenant un renfort fibreux constitué de la préforme 200 densifié par une matrice formée par la résine imprégnée et polymérisée dans la préforme. Le démoulage de la pièce 400 est réalisé en retirant l'élément de moule mâle 130, la bride 114 et la membrane 120.
La préforme fibreuse 200 est réalisée de façon connue par tissage au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame ou inversement. La texture fibreuse peut être réalisée par empilement de strates ou plis obtenu par tissage bidimensionnel (2D). Par tissage bidimensionnel , on entend ici un mode de tissage classique par lequel chaque fil de trame passe d'un côté à l'autre de fils d'une seule couche de chaîne ou inversement. La texture fibreuse peut être également réalisée directement en une seule pièce par tissage tridimensionnel (3D) ou multicouche. Par tissage tridimensionnel ou tissage multicouche , on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de fils de chaîne ou
La matrice organique peut être notamment obtenue à partir de résines époxydes, telle que, par exemple, la résine époxyde à hautes performances, ou de précurseurs liquides de matrices carbone ou céramique.
Dans le cas de la formation d'une matrice carbone ou céramique, le traitement thermique consiste à pyrolyser le précurseur organique pour transformer la matrice organique en une matrice carbone ou céramique selon le précurseur utilisé et les conditions de pyrolyse. A
titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques, tandis que des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ).
Après la polymérisation, telle qu'illustrée sur la figure 4, on obtient une pièce 400 en matériau composite comprenant un renfort fibreux constitué de la préforme 200 densifié par une matrice formée par la résine imprégnée et polymérisée dans la préforme. Le démoulage de la pièce 400 est réalisé en retirant l'élément de moule mâle 130, la bride 114 et la membrane 120.
La préforme fibreuse 200 est réalisée de façon connue par tissage au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame ou inversement. La texture fibreuse peut être réalisée par empilement de strates ou plis obtenu par tissage bidimensionnel (2D). Par tissage bidimensionnel , on entend ici un mode de tissage classique par lequel chaque fil de trame passe d'un côté à l'autre de fils d'une seule couche de chaîne ou inversement. La texture fibreuse peut être également réalisée directement en une seule pièce par tissage tridimensionnel (3D) ou multicouche. Par tissage tridimensionnel ou tissage multicouche , on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de fils de chaîne ou
12 inversement suivant un tissage correspondant à une armure de tissage qui peut être notamment choisie parmi une des armures suivantes : interlock, multi-toile, multi-satin et multi-sergé. La préforme fibreuse peut encore être réalisée à partir de strates fibreuses unidirectionnelles aiguilletées entre elles.
Le procédé de l'invention est particulièrement adapté pour permettre l'introduction d'une composition liquide dans des textures fibreuses 2D (textures obtenues par empilement de strates ou plis 2D) ou 3D d'épaisseur importante, c'est-à-dire des structures fibreuses ayant une épaisseur d'au moins 90 mm avec un taux de fibres supérieur à 30%, par exemple 40%. Les textures 3D présentent en outre une géométrie complexe dans laquelle il est difficile d'introduire et de répartir de manière homogène des compositions liquides chargées ou non. Le procédé de l'invention est également très bien adapté pour l'introduction d'une composition liquide dans des textures fibreuses tissées 3D.
Les fils utilisés pour former la préforme fibreuse 200 et, par conséquent, le renfort fibreux de la pièce 400 en matériau composite peuvent être notamment formés de fibres constituées d'un des matériaux suivants: carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou un mélange de plusieurs de ces matériaux.
Le procédé de l'invention a été décrit précédemment en application à la fabrication d'une pièce de forme tronconique. Toutefois le procédé de fabrication et l'outillage d'imprégnation de l'invention s'appliquent également à la fabrication de pièces en matériau composite de forme cylindrique. Dans ce cas, la préforme, la paroi latérale délimitant la cavité de l'élément de moule femelle et la membrane imperméable et déformable présentent une forme cylindrique tandis que le corps axisymétrique de l'élément de moule mâle s'inscrit à l'intérieur d'un cylindre et présente une surface externe de forme concave.
Le procédé de l'invention est particulièrement adapté pour permettre l'introduction d'une composition liquide dans des textures fibreuses 2D (textures obtenues par empilement de strates ou plis 2D) ou 3D d'épaisseur importante, c'est-à-dire des structures fibreuses ayant une épaisseur d'au moins 90 mm avec un taux de fibres supérieur à 30%, par exemple 40%. Les textures 3D présentent en outre une géométrie complexe dans laquelle il est difficile d'introduire et de répartir de manière homogène des compositions liquides chargées ou non. Le procédé de l'invention est également très bien adapté pour l'introduction d'une composition liquide dans des textures fibreuses tissées 3D.
Les fils utilisés pour former la préforme fibreuse 200 et, par conséquent, le renfort fibreux de la pièce 400 en matériau composite peuvent être notamment formés de fibres constituées d'un des matériaux suivants: carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou un mélange de plusieurs de ces matériaux.
Le procédé de l'invention a été décrit précédemment en application à la fabrication d'une pièce de forme tronconique. Toutefois le procédé de fabrication et l'outillage d'imprégnation de l'invention s'appliquent également à la fabrication de pièces en matériau composite de forme cylindrique. Dans ce cas, la préforme, la paroi latérale délimitant la cavité de l'élément de moule femelle et la membrane imperméable et déformable présentent une forme cylindrique tandis que le corps axisymétrique de l'élément de moule mâle s'inscrit à l'intérieur d'un cylindre et présente une surface externe de forme concave.
Claims (10)
1. Procédé de fabrication d'une pièce de forme tronconique (400) ou cylindrique en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- placement d'une préforme fibreuse de forme tronconique (200) ou cylindrique dans un élément de moule femelle (110) d'un outillage d'imprégnation (100), l'élément de moule femelle (110) comportant une cavité (112) délimitée par une paroi latérale (111) présentant une surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique, la préforme fibreuse (200) étant placée contre la surface interne (111a) de ladite paroi latérale (111), - placement d'une membrane imperméable et déformable (120) en regard de la face exposée (200a) de la préforme fibreuse (200), la membrane (120) présentant une forme tronconique ou cylindrique, l'espace délimité entre la surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique de la paroi latérale (111) de l'élément de moule femelle (110) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation (140) dans laquelle la préforme fibreuse (200) est présente, - assemblage d'un élément de moule mâle (130) avec l'élément de moule femelle (110), l'élément de moule mâle (130) comprenant un corps axisymétrique (131) logé dans la cavité (112) de l'élément de moule femelle (110), la surface externe (131a) du corps axisymétrique (131) étant placée en regard et à une distance déterminée de la surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique de la paroi latérale (111) de l'élément de moule femelle (110), la membrane (120) étant interposée entre la paroi externe du corps axisymétrique (131a) de l'élément de moule mâle (130) et la surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique de la paroi latérale (111) de l'élément de moule femelle (110), l'espace délimité entre la surface externe (131a) du corps axisymétrique (131) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - injection d'une résine (10) dans la chambre d'imprégnation (140), - injection d'un fluide de compaction (20) dans la chambre de compaction (150), le fluide de compaction (20) exerçant une pression sur la membrane (120) pour forcer la résine (10) à imprégner la préforme fibreuse (200), - polymérisation de la résine de manière à obtenir une pièce en matériau composite (400) comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice.
- placement d'une préforme fibreuse de forme tronconique (200) ou cylindrique dans un élément de moule femelle (110) d'un outillage d'imprégnation (100), l'élément de moule femelle (110) comportant une cavité (112) délimitée par une paroi latérale (111) présentant une surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique, la préforme fibreuse (200) étant placée contre la surface interne (111a) de ladite paroi latérale (111), - placement d'une membrane imperméable et déformable (120) en regard de la face exposée (200a) de la préforme fibreuse (200), la membrane (120) présentant une forme tronconique ou cylindrique, l'espace délimité entre la surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique de la paroi latérale (111) de l'élément de moule femelle (110) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation (140) dans laquelle la préforme fibreuse (200) est présente, - assemblage d'un élément de moule mâle (130) avec l'élément de moule femelle (110), l'élément de moule mâle (130) comprenant un corps axisymétrique (131) logé dans la cavité (112) de l'élément de moule femelle (110), la surface externe (131a) du corps axisymétrique (131) étant placée en regard et à une distance déterminée de la surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique de la paroi latérale (111) de l'élément de moule femelle (110), la membrane (120) étant interposée entre la paroi externe du corps axisymétrique (131a) de l'élément de moule mâle (130) et la surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique de la paroi latérale (111) de l'élément de moule femelle (110), l'espace délimité entre la surface externe (131a) du corps axisymétrique (131) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - injection d'une résine (10) dans la chambre d'imprégnation (140), - injection d'un fluide de compaction (20) dans la chambre de compaction (150), le fluide de compaction (20) exerçant une pression sur la membrane (120) pour forcer la résine (10) à imprégner la préforme fibreuse (200), - polymérisation de la résine de manière à obtenir une pièce en matériau composite (400) comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la résine (10) est injectée au niveau du bord inférieur (201) de la préforme fibreuse (200), le fluide compaction (20) étant injecté à partir de la partie inférieure (151) de la chambre de compaction (150) située au voisinage du bord inférieur (201) de la préforme fibreuse (200).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la résine (10) est injectée dans une rigole circulaire (1131) présente sur le fond (113) de l'élément de moule femelle (110).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, avant l'injection de la résine (10) dans la chambre d'imprégnation (140), une dépression est appliquée dans la chambre de compaction (150).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la préforme fibreuse (200) est obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la préforme fibreuse (200) est obtenue par empilement de strates fibreuses obtenues par tissage bidimensionnel.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les fils de la préforme fibreuse (200) sont formés de fibres constituées d'un ou plusieurs des matériaux suivants : carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou d'un mélange de plusieurs de ces matériaux.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la résine (10) est choisie parmi au moins une des résines suivantes : résine époxyde, résine précurseur de carbone et résine précurseur de carbure de silicium.
9. Outillage d'imprégnation (100) pour une préforme fibreuse de forme tronconique (200) ou cylindrique, l'outillage comprenant :
- un élément de moule femelle (110) comportant une cavité
(112) délimitée par une paroi latérale (111) présentant une surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique, - un élément de moule mâle (130) comprenant un corps axisymétrique (131) logé dans la cavité (112) de l'élément de moule femelle (110), la surface externe (131a) du corps axisymétrique (131) étant placée en regard et à une distance déterminée de la surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique de la paroi latérale (111) de l'élément de moule femelle (110), - une membrane imperméable et déformable (120) présentant une forme tronconique ou cylindrique, la membrane étant placée en vis-à-vis de la paroi externe (131a) du corps axisymétrique (131) de l'élément de moule mâle (130), l'espace délimité entre la surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique de la paroi latérale (111) de l'élément de moule femelle (110) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation (140), l'espace délimité entre la surface externe (131a) du corps axisymétrique (131) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - l'élément de moule femelle (110) comprenant au moins un port d'injection (115) de résine débouchant dans la chambre d'imprégnation (140), - l'élément de moule mâle (130) comprenant au moins un port d'injection (133) d'un fluide de compaction débouchant dans la chambre de compaction (150).
- un élément de moule femelle (110) comportant une cavité
(112) délimitée par une paroi latérale (111) présentant une surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique, - un élément de moule mâle (130) comprenant un corps axisymétrique (131) logé dans la cavité (112) de l'élément de moule femelle (110), la surface externe (131a) du corps axisymétrique (131) étant placée en regard et à une distance déterminée de la surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique de la paroi latérale (111) de l'élément de moule femelle (110), - une membrane imperméable et déformable (120) présentant une forme tronconique ou cylindrique, la membrane étant placée en vis-à-vis de la paroi externe (131a) du corps axisymétrique (131) de l'élément de moule mâle (130), l'espace délimité entre la surface interne de forme tronconique (111a) ou cylindrique de la paroi latérale (111) de l'élément de moule femelle (110) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation (140), l'espace délimité entre la surface externe (131a) du corps axisymétrique (131) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - l'élément de moule femelle (110) comprenant au moins un port d'injection (115) de résine débouchant dans la chambre d'imprégnation (140), - l'élément de moule mâle (130) comprenant au moins un port d'injection (133) d'un fluide de compaction débouchant dans la chambre de compaction (150).
10. Outillage selon la revendication 9, dans lequel chaque port d'injection (115) de résine débouche dans la chambre d'imprégnation (140) au niveau d'un fond (113) de l'élément de moule femelle (110), ledit fond comportant une rigole circulaire (1131) dans laquelle débouchent le ou les poits d'injection (115) de résine.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| CA2971336A CA2971336A1 (fr) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Procede de realisation d'une piece de forme tronconique ou cylindrique en materiau composite et outillage d'impregnation d'une preforme fibreuse de forme tronconique ou cylindrique |
| PCT/FR2018/051468 WO2018234686A1 (fr) | 2017-06-19 | 2018-06-19 | Procédé de réalisation d'une pièce de forme tronconique ou cylindrique en matériau composite et outillage d'imprégnation d'une préforme fibreuse de forme tronconique ou cylindrique |
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|---|---|
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- 2018-06-19 WO PCT/FR2018/051468 patent/WO2018234686A1/fr active Application Filing
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