FR2849870A1 - Procede et dispositif de fabrication de preforme seche pour materiau composite - Google Patents

Abstract

Dans un procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau composite, à partir d'un ensemble constitué d'une couche (a) formée en ficelant un premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité d'un plan, pour lui donner une forme quelconque voulue suivant l'axe droit (2), et d'une couche (b) formée en ficelant un second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan, sous un angle θ par rapport à l'axe droit (2), de façon que 0°< θ < 180°, la partie constituée uniquement des fibres de renforcement (b) peut être déformée comme on le désire. Selon ce processus, des torons (c) de fibres de renforcement sont ficelés en utilisant un gabarit (7) (figure 8A). Les couches de torons ficelés sont réunies ensemble par un moyen simple tel qu'une couture. La couche intégrée est ensuite mise en forme dans les ensembles de filaments de renforcement (3, 4) combinés pour former une préforme sèche (1) d'un matériau composite présentant n'importe quel alignement voulu des fibres de renforcement.

Description

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et un dispositif de fabrication de préformes sèches pour matériaux composites destinés à être utilisés comme matériaux de structure.

Ces matériaux composites présentent une capacité améliorée à être mis en forme pour donner des formes courbes telles que celles qui sont nécessaires dans diverses structures comprenant notamment les structures utilisées dans les applications aéronautiques et 10 spatiales, les structures architecturales, les automobiles, les bateaux et autres applications dans lesquelles la résistance mécanique est d'une importance capitale.

Ci après, le terme de "préforme sèche" est utilisé pour désigner une structure à base de fibres n'ayant pas été imprégnées d'une 15 résine de façon qu'on puisse lui donner une forme voulue quelconque par divers processus de formage comprenant le moulage à transfert de résine (RTM = Resin Transfer Molding), l'infusion de film de résine (RFI = Resin Film Infusion), et le moulage à transfert de résine assisté sous vide (VaRTM = Vacuum Assist Resin Transfer Molding). 20 Description de la technologie concernée La légèreté et une résistance élevée sont les exigences générales imposées aux structures utilisées dans les avions et les véhicules spatiaux, les structures d'architecture, les automobiles, les bateaux et autres applications dans lesquelles une résistance mécanique im25 portante est impérative.

Traditionnellement, les matériaux de structure des avions et en particulier les matériaux utilisés pour former des structures courbes et des structures dont les épaisseurs et les largeurs varient de façon continue, ont été constitués de matériaux métalliques pour obtenir la 30 résistance mécanique nécessaire à chaque structure particulière. Un grand nombre de pièces de poids important doivent être utilisées dans, ces structures pour donner la solidité nécessaire aux matériaux métalliques, ce qui augmente le poids de l'avion. Non seulement cela impose une limite importante à la conception des avions, mais encore conduit à 35 une augmentation considérable de la consommation de carburant pen- dant les vols actuels des avions. Pour ces raisons, le développement de matériaux légers a été un facteur clé dans la conception et la fabrication des avions, de même que pour minimiser les cots opérationnels des avions.

Beaucoup d'études récentes effectuées sur des matériaux de structure des avions, concernent le développement de matériaux composites renforcés par les fibres, qui présentent une résistance spécifique élevée. Ces matériaux sont généralement fabriqués en imprégnant une fibre de renforcement convenable telle qu'une fibre de verre, 10 une fibre d'aramide et une fibre de carbone, par une résine époxyde ou autres matrices polymères. Beaucoup de ces matériaux ont en fait été mis en oeuvre pour être utilisés. Les matériaux composites sont considérés comme supérieurs aux matériaux métalliques du fait de leur résistance spécifique élevée et de leur rigidité spécifique élevée. Leur 15 propriété d'anisotropie qui représente une caractéristique exceptionnelle d'un matériau renforcé de fibres, permet également d'obtenir un degré de liberté élevé dans la conception des différentes structures. De plus, les matériaux composites conviennent très bien pour fabriquer un grand élément de structure sous la forme d'une pièce unique, ce qui 20 peut ainsi permettre d'obtenir une réduction importante du nombre de pièces et des cots.

Pour fabriquer ces matériaux composites, on connaît une technique dans laquelle un matériau renforcé de fibres est obtenu en plaçant un certain nombre de tubes suivant la direction de l'épaisseur 25 du matériau, dans une configuration correspondant à une forme voulue, en ficelant les torons de fibres de renforcement d'un tube à un autre dans une disposition en zigzag, et en remplaçant les tuyaux par des fibres qui s'étendent suivant la direction de l'épaisseur, de manière à maintenir les torons de fibres de renforcement ensemble (voir par 30 exemple la Publication de Brevet Japonais Publiée No. Sho 59-47464).

Cette technique n'est cependant pas efficace car les torons de fibres de renforcement dans une disposition en zigzag ont besoin d'être ficelés un par un, ce qui prend une quantité de temps considérable. Le remplacement des tubes par des torons de fibres de renforcement s'étendant en travers de l'épaisseur, augmente encore le temps et les cots nécessités par le processus.

De plus, on connaît une technique de fabrication d'un matériau courbe renforcé de fibres, qui présente une forme de section 5 transversale complexe (voir par exemple la description de Brevet U.S. N05 914 002 et des dessins annexés). Dans cette technique, des torons de fibres de renforcement sont disposés le long de lignes droites, et il n'y a pas de torons alignés avec la courbe voulue. Le matériau renforcé de fibres, fabriqué de cette manière, ne présente pas une résis10 tance mécanique suffisante.

Lorsqu'on désire former un corps renforcé de fibres qui présente une forme de section transversale complexe, comme par exemple une forme d'anneau ou toute autre forme courbe dont une partie ou la totalité est formée par une courbe, on utilise par exemple le proces15 sus d'accumulation à la main. Dans ce processus, un matériau appelé préimprégnation, qui consiste en un renforcement de fibres préimprégné par une résine, est coupé en petits morceaux de feuilles qui sont déposés les uns sur les autres pour former un corps de forme voulue (voir par exemple la Publication de Brevet Japonais Publiée No. Hei 0720 081566). Un inconvénient de cette technique est que la majeure partie du processus doit être effectuée manuellement car le processus est trop compliqué pour être automatisé. Cette technique met en oeuvre un trop grand nombre d'étapes et nécessite des quantités de temps importantes.

De plus, on gaspille de grandes quantités de matériaux dans ce proces25 sus. Ainsi, la productivité globale du processus reste faible. Dans ce processus, les fibres de renforcement sont prévues sous la forme de fragments courts en forme d'anneaux ou courbes. Il en résulte non seulement une résistance mécanique insuffisante du matériau de structure obtenu par ce processus, comparativement à des matériaux 30 de structure renforcés par des torons continus de fibres de renforcement, mais encore que cela conduit à des augmentations de cot importantes.

Dans une autre technique de fabrication d'un matériau renforcé de fibres, des torons de fibres de renforcement sont ficelés pour 35 former une disposition de fibres voulue présentant une largeur et une épaisseur prédéterminées, puis la disposition de fibres résultante est réunie, par exemple par couture, pour former un matériau renforcé de fibres voulu (voir par exemple la description du brevet U.S. No. 5 809 805 et les dessins annexés). Cette technique est essentielle5 ment conçue pour produire des substrats de préformes intermédiaires auxquels on donne essentiellement la forme finale. Ainsi, il est difficile d'obtenir directement des produits de formes voulues en utilisant cette technique seule, car les substrats intermédiaires nécessitent un traitement supplémentaire tel qu'une coupe et un revêtement, avant que la 10 forme finale voulue soit obtenue. Cela rend le processus relativement compliqué et coteux. Une technique connue sous le nom de stratification de bande automatisée (ATL = Automated Tape Lamination) ou processus de mise en place de fibres, qui utilise également un matériau de préimprégnation, est utilisée en pratique pour la fabrication de compo15 sants de grande taille ayant des surfaces courbes, tels que ceux utilisés comme matériaux de revêtement des avions et des fusées (voir par exemple la description du brevet U.S. No. 6 096 164 et des dessins annexés). Un inconvénient de cette technique est qu'elle ne peut être utilisée pour réaliser des corps mis en forme de 1, de L, de T ou de chapeau, 20 ou encore présentant d'autres sections transversales complexes.

On connaît également des processus qui utilisent des tissus à fibres renforcées. Dans ces techniques, on donne au tissu une forme de disque, d'hélice, ou toutes autres formes voulues (voir par exemple les Publications de Brevets Japonais Publiées Nos. Sho 5725 133242, Hei 10217263, Hei 09-207236, 2001-073241, Hei 07-133548, et 2002-3280). Cependant, chacune de ces techniques nécessite une étape supplémentaire pour donner aux fibres la forme d'un tissu, de sorte qu'elle n'est pas économique. De plus, ces techniques mettent en oeuvre de nombreux processus tels qu'une coupe et des tissus de revê30 tement, en nécessitant des efforts importants pour contrôler avec précision le nombre de fibres dans différentes zones d'un tissu. Par suite, chacune de ces techniques tend à être coteuse.

On connaît également des tissus renforcés de fibres qui profitent de torons de fibres de renforcement et qui présentent une 35 forme de section transversale complexe telle qu'une forme de I, de H ou de T (voir par exemple la Publication de Brevet Japonais Publiée No. Sho 57-133241). Comme il s'agit d'un tissu tissé sur une machine à tisser, ce matériau ne permet qu'un nombre limité de dispositions de torons de fibres de renforcement car il est difficile de disposer les fibres s dans une zone voulue et dans une orientation voulue. De plus, les torons de fibres de renforcement alignés dans le matériau de tissu sont plissés, ce qui conduit à une résistance insuffisante du matériau.

On connaît également des techniques dans lesquelles la structure de fibres d'un tissu est modifiée pour qu'on obtienne une 10 structure courbe (voir par exemple la Publication de Brevet Japonais Publiée Nos. Sho 63-120153 et Hei 02-191742). Les fibres sont également plissées dans le matériau de tissu utilisé dans ces techniques, de sorte que la résistance du matériau est réduite. Les techniques cidessus mettent également en oeuvre de nombreuses étapes de sorte que 15 ces techniques ne conviennent pas pour une production en grande série et ne peuvent donner que des formes de produits limitées.

On connaît également un processus qui utilise un matériau tressé constitué de torons de fibres de renforcement entrelacés pour donner un matériau composite (voir par exemple la Publication de 20 Brevet Japonais Publiée No. Hei 10-290851). Bien qu'un matériau tressé typique soit déformable car il est constitué de fibres dirigées dans deux directions qui se coupent et qui sont entrelacées les unes avec les autres, la capacité de déformation du matériau se perd lorsque des fibres alignées dans d'autres directions sont incluses pour limiter le 25 mouvement des fibres de renforcement entrelacées. De plus, les fibres supplémentaires peuvent augmenter les torons de fibres de renforcement mal orientés. Par suite, non seulement le procédé ne permet qu'un degré de liberté limité dans la conception des produits mis en forme, mais encore le poids et la taille de ces produits sont augmentés dans le 30 processus. Les fibres sont plissées dans tous les tissus, tresses et tricots, ce qui réduit la solidité des produits et rend le processus tout aussi coteux que le processus utilisant un tissu. De plus, la solidité nécessaire pour une forme de réalisation particulière du matériau de structure, ne peut parfois être atteinte. Chacun de ces problèmes a 35 contribué à retarder l'application des matériaux composites aux avions commerciaux (voir par exemple la Publication de Brevet Japonais Publiée No. 2000-328392).

BREF RESUME DE L'INVENTION Par suite, la présente invention a pour but de créer un 5 nouveau procédé et un nouvel appareil pour la production de préformes destinées à la fabrication d'un matériau composite. Le procédé et le processus de la présente invention peuvent supprimer les problèmes décrits ci-dessus et permettent d'obtenir un degré de liberté élevé dans la conception de préformes sèches pour matériaux composites, ces pré10 formes qui comprennent des formes courbes et des formes de sections transversales complexes, étant typiquement réalisées en ficelant des torons de fibres de renforcement et en les maintenant ensemble. Le processus et l'appareil de la présente invention nécessitent moins de temps et un moins grand nombres d'étapes, donnent lieu à moins de gaspillage de matériau, sont moins coteux et moins sensibles à un plissement de fibres, et permettent d'obtenir des préformes plus denses et plus solides, comparativement aux technologies conventionnelles.

Pour atteindre le but décrit ci-dessus de la présente invention, un premier aspect du procédé selon l'invention, pour la fabri20 cation d'une préforme sèche destinée à un matériau composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en ce qu'avant ou après l'unification d'un ensemble de filaments de renforcement comprenant une première couche de fibres de renforcement et une seconde couche de fibres de renforcement, l'ensemble de filaments de renforce25 ment est déformé dans et/ou hors du plan, de manière à former la préforme sèche présentant une forme de section transversale complexe. La première couche de fibres de renforcement est formée en ficelant un premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan, pour lui donner une forme quelconque 30 le long d'un axe prédéterminé contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant un second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme, sous un certain angle par rapport à l'axe.

Un second aspect du procédé selon la présente invention, 35 pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau com- posite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en ce que, dans le premier aspect décrit ci-dessus, l'étape consistant, avant ou après l'unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde 5 couche de fibres de renforcement, à déformer l'ensemble de filaments de renforcement dans et/ou hors du plan, est effectuée pour donner à la préforme sèche la forme de section transversale complexe et pour faire varier de façon continue l'épaisseur et/ou la largeur, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble 10 de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du temps pour lui donner une forme quelconque, en faisant varier de façon continue l'épaisseur et/ou la largeur le long de l'axe prédéterminé contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons pa15 rallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme, sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe.

Un troisième aspect du procédé selon la présente invention pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en 20 ce que, dans le premier aspect ou le second aspect décrits ci-dessus, après l'unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, l'ensemble de filaments de renforcement est déformé hors du plan pour donner à la préforme sèche la forme de sec25 tion transversale complexe et un profil courbé, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan pour lui donner une forme courbée quelconque le long d'un axe courbé contenu dans le plan, et la seconde couche de fibres de renfor30 cement étant formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme, sous un certain angle par rapport à l'axe courbé.

Un quatrième aspect du procédé selon la présente invention, pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau 35 composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en ce que, dans le premier aspect ou le second aspect décrits ci-dessus, le procédé comprend les étapes consistant à: - unifier l'ensemble de filaments de renforcement comprenant au moins une première couche de fibres de renforcement et une pluras lité de secondes couches de fibres de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant un premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur la partie du plan, pour lui donner une forme quelconque le long d'un axe droit contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de 10 renforcement est formée en ficelant un second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement, sur le plan de la forme et sous un certain angle par rapport à l'axe droit; - courber l'ensemble de filaments de renforcement constitué de la première couche de fibres de renforcement et des secondes couches 15 de fibres de renforcement, suivant la même courbure sur le même plan; et - déformer hors du plan une partie constituée uniquement des secondes couches de fibres de renforcement pour former la préforme sèche présentant une forme de section transversale complexe et un profil 20 courbe.

Un cinquième aspect du procédé selon la présente invention, pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en ce que, dans le premier aspect ou le second aspect décrits ci-dessus: - on déforme l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, dans un plan, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité 30 du plan, de manière à lui donner une forme droite quelconque suivant un axe droit contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe droit; - on unifie l'ensemble de filaments de renforcement déformé, pour lui donner la forme courbe; et - on déforme l'ensemble de filaments de renforcement unifié hors du plan, de manière à former la préforme sèche présentant la forme de s section transversale complexe et un profil courbe.

Un sixième aspect du procédé selon la présente invention, pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en ce que, dans le quatrième aspect décrit ci-dessus, une pluralité des 10 préformes sèches ayant une forme de section transversale complexe et un profil courbe, sont utilisées en combinaison de façon que la première couche de fibres de renforcement s'étende dans toute une partie de la surface de la préforme sèche, cette préforme sèche étant obtenue par le procédé comprenant les étapes consistant à: - unifier l'ensemble de filaments de renforcement comprenant au moins une première couche de fibres de renforcement et une pluralité de secondes couches de fibres de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur la partie 20 du plan à l'intérieur de la forme suivant un axe droit contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous un certain angle par rapport à l'axe droit; - courber l'ensemble de filaments de renforcement constitué de la première couche de fibres de renforcement et des secondes couches de fibres de renforcement, suivant la même courbure sur le même plan; et déformer hors du plan une partie constituée uniquement des secon30 des couches de fibres de renforcement.

Un septième aspect du procédé selon la présente invention, pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en ce que, dans le sixième aspect décrit ci-dessus, une tension agissant 35 sur les torons de fibres de renforcement est maintenue à une valeur constante avant ou après que l'ensemble de filaments de renforcement soit déformé dans un plan pour donner à la préforme sèche un profil courbe, sans unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde 5 couche de fibres de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan, pour lui donner la forme droite suivant l'axe droit contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en 10 ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe droit.

Un huitième aspect du procédé selon la présente invention, pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau 15 composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en ce que, dans les premier ou second aspects décrits ci-dessus, ou dans les sixième ou septième aspects ci-dessus, des moyens convenables sélectionnés parmi la couture, le tricot, le capitonnage, le poinçonnage à aiguille, et une résine thermoplastique, sont utilisés soit indépendam20 ment soit en combinaison dans l'étape d'unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une 25 partie ou la totalité du plan à l'intérieur de la forme, suivant l'axe prédéterminé contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe.

Un neuvième aspect du procédé selon la présente invention, pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en ce que, dans le troisième aspect décrit ci-dessus, des moyens convenables sélectionnés parmi la couture, le tricot, le capitonnage, le poinçon35 nage à aiguille, et une résine thermoplastique, sont utilisés soit il indépendamment soit en combinaison dans l'étape d'unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le 5 premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan à l'intérieur de la forme, suivant l'axe prédéterminé contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous 10 l'angle ci-dessus par rapport à l'axe.

Un dixième aspect du procédé selon la présente invention, pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en ce que, dans le quatrième aspect décrit ci-dessus, des moyens convena15 bles sélectionnés parmi la couture, le tricot, le capitonnage, le poinçonnage à aiguille, et une résine thermoplastique, sont utilisés soit indépendamment soit en combinaison dans l'étape d'unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, 20 la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan à l'intérieur de la forme, suivant l'axe prédéterminé contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de to25 rons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe.

Un onzième aspect du procédé selon la présente invention, pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en 30 ce que, dans le cinquième aspect décrit ci-dessus, des moyens convenables sélectionnés parmi la couture, le tricot, le capitonnage, le poinçonnage à aiguille, et une résine thermoplastique, sont utilisés soit indépendamment soit en combinaison dans l'étape d'unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de 35 fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan à l'intérieur de la forme, suivant l'axe prédéterminé contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de 5 fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement, sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe.

Un premier aspect du dispositif selon la présente invention, pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau 10 composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en ce que le dispositif comprend: un certain nombre d'éléments de broches, chaque élément comprenant un nombre prédéterminé de broches pour ficeler des torons de fibres de renforcement, les éléments de broches étant disposés les uns en face des autres en étant espacés par une 15 distance correspondant à la largeur de la préforme sèche; un élément de maintien d'espacement pour relier les éléments de broches les uns aux autres suivant la longueur de la préforme sèche de façon que les éléments de broches puissent se rapprocher ou s'écarter les uns des autres, et pour maintenir la distance entre les éléments de broches op20 posés; ainsi qu'un élément de broches d'extrémités muni, sur l'une au moins de ses extrémités longitudinales et suivant la largeur du dispositif d'un nombre prédéterminé de broches, l'élément de broches d'extrémités pouvant pivoter autour d'un centre vu suivant sa largeur, de façon qu'une tension provoquée lorsque l'ensemble de filaments de 25 renforcement est déformé, reste constante. L'appareil est capable de se déformer pour décrire une arche autour de son axe longitudinal.

Un second aspect de l'appareil selon la présente invention, pour la fabrication d'une préforme sèche destinée à un matériau composite devant être utilisé comme matériau de structure, consiste en 30 ce que l'appareil comprend: un ensemble de tubes de guidage de fibres de renforcement pour ficeler une première couche de fibres de renforcement et une seconde couche de fibres de renforcement, le nombre de tubes de guidage correspondant au nombre de torons de fibres de renforcement ou au nombre de rangées de torons de fibres de renforcement 35 qu'on peut ficeler à la fois; un ensemble de barres pour fixer l'ensemble de tubes de guidage de fibres de renforcement et pour maintenir la distance entre les tubes deguidage; un actionneur pour entraîner l'ensemble de tubes de guidage de fibres de renforcement et l'ensemble de barres, soit pour déplacer les tubes de guidage et les barres le long d'un 5 axe droit, soit pour déplacer les barres sous un certain angle par rapport à l'axe droit; et un bloc de panier pour fournir les torons de fibres de renforcement à l'ensemble de tubes de guidage de fibres de renforcement.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective schématique représentant une préforme sèche pour un matériau composite fabriqué par un procédé 15 selon la présente invention; - la figure 2(A) est une vue en perspective schématique représentant un ensemble de filaments de renforcement plan avant qu'il soit mis en forme pour donner la préforme sèche représentée dans la figure 1; - la figure 2(B) est une vue en perspective schématique représentant l'ensemble de filaments de renforcement de la figure 2(A) déformé pour avoir la même courbure sur le même plan; - la figure 2(C) est une vue en perspective schématique représentant l'ensemble de filaments de renforcement de la figure 2(B) dont une 25 partie a été déformée hors du plan; - la figure 2(D) est une vue en perspective représentant une autre pièce de l'ensemble de filaments de renforcement, qui présente une construction différente des fibres de renforcement par rapport à l'ensemble de filaments de renforcement de la figure 2(A), et qui est né30 cessaire pour réaliser la préforme sèche destinée à un matériau composite tel que celui représenté dans la figure l; - la figure 2(E) est une vue en perspective schématique représentant une autre pièce de l'ensemble de filaments de renforcement qui présente une construction différente des fibres de renforcement, par 35 rapport à l'ensemble de filaments de renforcement de la figure 2(C) et qui est nécessaire pour réaliser la préforme sèche destinée à un matériau composite tel que celui représenté dans la figure l; - la figure 3 est une vue en perspective schématique représentant un gabarit muni de broches permettant de ficeler des torons de fibres de 5 renforcement, selon un mode de réalisation de la présente invention; - la figure 4 est une vue en perspective partielle représentant les éléments principaux d'un appareil de fabrication de préformes sèches pour matériau composite, selon un mode de réalisation de la présente invention; - la figure 5 est une vue en perspective schématique représentant l'appareil de la figure 4 pour la fabrication de préformes sèches pour matériau composite, sous une forme courbée en forme d'arche; - la figure 6 consiste en une série de vues de face partielles illustratives représentant la manière selon laquelle le changement de tension 15 qui agit sur des torons de fibres de renforcement au moment de la déformation d'un autre appareil de fabrication de préformes sèches pour matériau composite, dans un état courbé en forme d'arche, est minimisé suivant un autre mode de réalisation de la présente invention dans lequel: - la figure 6(A) illustre un état dans lequel les broches sont libres; - la figure 6(B) illustre un état dans lequel un toron de fibres de renforcement est ficelé autour des broches; et - le figure 6(C) illustre un état dans lequel l'appareil a été déformé pour venir dans un état courbé en forme d'arche; - la figure 7 consiste en une série de vues de face partielles illustratives représentant la manière selon laquelle le changement de tension qui agit sur des torons de fibres de renforcement au moment de la déformation d'un autre appareil encore de fabrication de préformes sèches pour matériau composite, dans un état courbé en forme d'ar30 che, est minimisé suivant un autre mode de réalisation encore de la présente invention dans lequel: - la figure 7(A) illustre un état avant de ficeler des torons droits de fibres de renforcement; - la figure 7(B) illustre un état avant la déformation de torons droits de fibres de renforcement pour leur donner une forme d'arche à l'intérieur d'un plan; et - la figure 7(C) illustre un état après la déformation des torons droits 5 de fibres de renforcement pour qu'elles prennent une forme d'arche à l'intérieur du plan; - la figure 8(A) est une vue de côté schématique représentant un appareil pour ficeler des fibres de renforcement, selon un mode de réalisation de la présente invention; la figure 8(B) est une vue de côté schématique représentant un autre appareil pour ficeler des fibres de renforcement, selon un autre mode de réalisation de la présente invention; - la figure 9(A) est une vue en plan schématique illustrant une manière typique selon laquelle des torons de fibres de renforcement 15 sont ficelées, selon un mode de réalisation de la présente invention; - la figure 9(B) est une vue en plan schématique illustrant la manière selon laquelle des torons de fibres de renforcement sont ficelées, selon un mode de réalisation de la présente invention; - la figure 10 consiste en une série de vues en plan schématiques il20 lustrant la manière selon laquelle des torons de fibres de renforcement sont ficelées, selon un mode de réalisation de la présente invention, pour obtenir une préforme sèche destinée à un matériau composite comportant un profil incliné, dans lequel: - la figure 10(A) illustre un état dans lequel un ensemble de torons de 25 fibres de renforcement sont ficelés dans une direction sur un gabarit pour ficeler des fibres de renforcement; - la figure 10(B) illustre un état dans lequel un autre ensemble de torons de fibres de renforcement sont ficelés sur le gabarit pour ficeler les fibres de renforcement, dans une direction différente de celle des 30 torons représentés dans la figure 10(A); - la figure 1O(C) illustre un état dans lequel un autre ensemble encore de torons de fibres de renforcement sont ficelés sur le gabarit pour ficeler les fibres de renforcement, dans une direction longitudinale; - la figure 10(D) illustre un état dans lequel un ensemble de torons de fibres de renforcement sont ficelés sur la moitié de la zone d'un gabarit pour ficeler les fibres de renforcement, dans une direction; - la figure 10(E) illustre un état dans lequel un autre ensemble de to5 rons de fibres de renforcement sont ficelés sur la moitié de la zone du gabarit pour ficeler les fibres de renforcement, dans une direction différente de celle des torons représentés dans la figure 10(D) ; et - la figure 10(F) illustre un état dans lequel un autre ensemble encore de torons de fibres de renforcement sont ficelés sur la moitié de la 10 zone du gabarit pour ficeler les fibres de renforcement, dans une direction longitudinale; - la figure 11(A) est une vue de coté de l'ensemble de filaments de renforcement dans l'état représenté dans la figure 10(C); - la figure 11(B) est une vue de côté de l'ensemble de filaments de 15 renforcement dans l'état représenté dans la figure 10(F); - la figure 11(C) est une vue de côté de l'ensemble de filaments de renforcement représentés dans la figure 1 1 (B), qui ont été retirés du gabarit pour ficeler les fibres de renforcement; - la figure 11(D) est une vue en perspective schématique représentant 20 une préforme sèche destinée à un matériau composite présentant un profil incliné, selon la présente invention; - la figure 12(A) est une vue en plan schématique représentant un exemple de coutures droites prévues selon la présente invention; et - la figure 12(B) est une vue en plan schématique représentant un 25 exemple de coutures en zigzag prévues selon la présente invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Plusieurs modes de réalisation d'un procédé et d'un appareil de fabrication d'une préforme sèche pour la fabrication d'un matériau composite selon la présente invention (qui sera appelée plus 30 simplement "préforme sèche") seront maintenant décrits en se référant aux dessins annexés.

En se référant à la figure 1, une configuration typique d'une préforme sèche fabriquée selon la présente invention, est représentée schématiquement en même temps qu'une disposition typique des 35 fibres. La figure 1 représente, dans une vue en perspective, une pré- forme sèche 1 qui consiste en une couche a de fibres de renforcement, dans laquelle des torons de fibres de renforcement sont disposés suivant un axe courbe 2, et en une couche b de fibres de renforcement, dans laquelle les torons de fibres de renforcement sont dirigées sous un 5 certain angle par rapport à l'axe 2. Les couches a et b de fibres de renforcement sont maintenues ensemble pour former la préforme sèche 1 qui présente une section transversale en L et une forme courbée s'étendant le long de l'axe 2. Dans la préforme sèche 1, la couche a de fibres de renforcement, qui comprend des torons de fibres de renforcement 10 dirigés le long de l'axe 2, et la couche b de fibres de renforcement, qui comprend des torons de fibres de renforcement dirigés sous un certain angle par rapport à l'axe 2, s'étendent dans toute la préforme sèche 1.

Un processus de fabrication d'une telle préforme sèche 1, est décrit ciaprès.

Un ensemble de filaments de renforcement plan 3 tel que représenté dans la figure 2(A) est construit en disposant tout d'abord la couche a de fibres de renforcement, qui comprend des torons de fibres de renforcement s'étendant en ligne droite suivant l'axe 2, de façon qu'elle couvre la moitié de la zone de l'ensemble de filaments de renfor20 cement plan 3, en disposant la couche b de fibres de renforcement qui comprend des torons de fibres de renforcement dirigés sous un certain angle par rapport à l'axe 2, de façon qu'elle recouvre toute la zone de l'ensemble de filaments de renforcement plan 3, puis en réunissant ensuite les couches de fibres de renforcement a et b pour former l'ensem25 ble de filaments de renforcement plan 3.

L'ensemble de filaments de renforcement plan 3 qui est représenté dans la figure 2(A), est ensuite déformé hors du plan, suivant l'axe courbe 2, de manière à présenter la même courbure sur le même plan et à prendre la forme courbe qui est représentée dans la fi30 gure 2(B).

Ensuite, la zone de l'ensemble de filaments de renforcement courbes 3 qui est constituée uniquement de la couche de fibres de renforcement b, est déformée hors du plan pour former une partie de collerette, de façon que l'ensemble de filaments de renforcement résul35 tant 3 présente une section transversale en forme de L, avec la couche de fibres de renforcement a disposée suivant l'axe 2 et recouvrant l'autre moitié de la forme courbe, comme représenté dans la figure 2(C).

En se référant à la figure 2(D), un ensemble de filaments de renforcement 4 est formé en disposant tout d'abord la couche de fi5 bres de renforcement a qui a été précédemment déformée suivant l'axe courbe 2, dans la position représentée dans la figure 2(D), et en disposant la couche de fibres de renforcement b orientée sous un certain angle par rapport à l'axe courbe 2, sur toute la zone de l'ensemble de filaments de renforcement 4, de façon que cet ensemble de filaments de 10 renforcement 4 soit unifié. La zone de l'ensemble de filaments de renforcement 4 qui est formée uniquement de la couche de fibres de renforcement b et ne comprend pas la couche de fibres de renforcement a dirigée suivant l'axe 2, peut être déformée hors du plan, à partir de l'état représenté dans la figure 2(D), pour former une partie de colle15 rette, en donnant ainsi l'état de l'ensemble de filaments de renforcement 4 qui est représenté dans la figure 2(E) et qui présente une section transversale en forme de L dont la moitié comprend la couche de fibres de renforcement a dirigée suivant l'axe 2.

Les ensembles de filaments de renforcement résultants 3 20 et 4 sont représentés respectivement dans la figure 2(C) et dans la figure 2(E). Comme représenté, les ensembles de filaments de renforcement 3 et 4 comprennent chacun une section transversale en forme de L et la couche de fibres de renforcement a qui recouvre la moitié de chaque ensemble. Les ensembles de filaments de renforcement 3 et 4 25 sont maintenus ensemble au moyen d'une couture, d'un tricot, d'un capitonnage, d'un poinçonnage à aiguille, d'une résine thermoplastique, ou de toute combinaison de ceuxci. De cette manière, on obtient la préforme sèche 1 représentée dans la figure 1, qui présente une section transversale en L et une forme courbe suivant l'axe 2. La couche de fi30 bres de renforcement a qui comprend des torons de fibres de renforcement dirigés suivant l'axe 2, et la couche de fibres de renforcement b qui comprend des torons de fibres de renforcement dirigés sous un certain angle par rapport à l'axe 2, s'étendent chacun dans toute la préforme sèche 1.

En se référant maintenant à la figure 3, celle-ci représente une vue en perspective d'un gabarit 5 pour ficeler des fibres de renforcement, qui sert à ficeler des torons de fibres de renforcement de manière à former les couches de fibres de renforcement a et b. Les cou5 ches de fibres de renforcement a et b forment solidairement l'ensemble de filaments de renforcement plan 3 qui est représenté dans la figure 2(A). Le gabarit 5 pour ficeler les fibres de renforcement comprend un certain nombre de broches verticales également espacées 6, de façon que les couches de fibres de renforcement résultantes a et b présentent 10 chacune une forme rectangulaire.

Pour fabriquer un ensemble de filaments de renforcement 4 tel que celui représenté dans la figure 2(D), qui soit contenu dans un plan et présente une forme courbe, on peut utiliser un gabarit 7 pour ficeler des fibres de renforcement, comme représenté dans la figure 4. 15 Le gabarit 7 pour ficeler les fibres de renforcement, lorsqu'il est en position droite, permet aux torons de fibres de renforcement d'être ficelés entre les broches 6 pour former les couches de fibres de renforcement a et b. Le gabarit 7 pour ficeler les fibres de renforcement peut ensuite être déformé, à l'intérieur du même plan, pour prendre la forme courbe 20 représentée dans la figure 5, sans réunir les ensembles de filaments de renforcement.

Comme représenté dans la figure 6, on peut utiliser une paire de broches 6, 6' dans le gabarit 7 pour ficeler les fibres de renforcement, comme représenté dans les figures 4 et 5, de manière à ficeler 25 des torons de fibres de renforcement pour former les couches de fibres de renforcement a et b entre les broches 6, 6'. La figure 6 est une vue en coupe transversale du gabarit 7 pour ficeler les fibres de renforcement.

Comme représenté dans la figure 6(A), la distance entre la broche 6 et la broche 6' est égale à LI avant qu'un toron de fibres de renforcement soit 30 ficelé. Les broches 6, 6' sont de préférence réalisées dans un matériau élastique, tel qu'un ressort ou un élastomère, qui puisse supporter une déformation élastique lorsqu'il est soumis à la tension exercée par le toron de fibres de renforcement lorsque le toron est ficelé. Lorsqu'un toron de fibres de renforcement est ficelé entre les broches 6, 6', la dis35 tance entre ces broches 6, 6' passe à la valeur L2. Une fois que la cou- che de fibres de renforcement a et la couche de fibres de renforcement b ont été ficelées dans une disposition prédéterminée pour former l'ensemble de filaments de renforcement cet ensemble de filaments de renforcement est forcé de se déformer dans un plan. De ce fait, la distance 5 entre les broches 6 et 6' change pour passer à la valeur L3. Les broches 6, 6' subissent alors chacune une déformation élastique de façon que les tensions agissant sur les couches de fibres de renforcement a et b, soient maintenues dans une plage convenable.

La figure 7 représente un gabarit de contrôle de tension 8 10 destiné à contrôler la tension qui agit sur la couche de fibres de renforcement a lorsque l'ensemble de filaments de renforcement, après avoir été formé, est obligé de se déformer sur le gabarit 7 pour ficeler les fibres de renforcement, de manière à prendre la configuration courbée à l'intérieur du même plan. Lorsque le gabarit 7 pour ficeler les fibres de 15 renforcement se déforme tout en restant dans le même plan, les torons de fibres de renforcement qui forment la couche de fibres de renforcement a, doivent avoir des longueurs différentes entre la zone extérieure et la zone intérieure de la forme courbée. Pour compenser ce changement de longueurs des torons de fibres de renforcement qui forment la 20 couche de fibres de renforcement a, un élément de broches d'extrémités est préalablement déplacé autour d'un point central 9 pour passer de l'état représenté dans la figure 7(A) à l'état représenté dans la figure 7(B). Comme représenté dans la figure 7(C), l'élément de broches d'extrémités 10 sert à s'assurer de la déformation douce de l'ensemble de 25 filaments de renforcement à l'intérieur du même plan, tout en évitant que les couches de fibres de renforcement a et b se plissent sous l'effet de la déformation de chaque couche à l'intérieur du même plan.

En se référant ensuite à la figure 8(A), celle-ci représente une vue de côté d'un appareil pour ficeler les fibres de renforcement, 30 qui est destiné à former la couche de fibres de renforcement a comprenant des torons de fibres de renforcement dirigés suivant l'axe 2, sur le gabarit 5 pour ficeler des fibres de renforcement ou sur le gabarit 7 pour ficeler les fibres de renforcement. L'appareil pour ficeler les fibres de renforcement comprend une rangée de tubes 11 de guidage de fibres 35 de renforcement, dont le nombre correspond à la largeur de la couche de fibres de renforcement a devant être formée, une barre 12 qui supporte les tubes de guidage 11 également espacés, et une partie mobile 13 qui supporte la barre 12 et se déplace le long de l'axe 2. La partie mobile 13, entraînée par un actionneur 14, se déplace sur un rail de 5 guidage 15 le long de l'axe 2. Sur un côté de la partie mobile 13 est monté un bloc de panier 17 qui comprend un certain nombre de bobines 16 comportant chacune une quantité convenable de torons de fibres de renforcement c enroulé sur cette bobine. Lorsque le toron de fibres de renforcement c fourni par le bloc de panier 17, passe à travers 10 les guides 18, 19 et autour du tube 11 de guidage de fibres de renforcement, la partie mobile 13 se déplace pour ficeler le toron de fibres de renforcement c autour des broches verticales 6 qui sont montées sur le gabarit 5 ou 7 pour ficeler les fibres de renforcement. De cette manière, l'appareil pour ficeler des fibres de renforcement permet de former effi15 cacement la couche de fibres de renforcement a le long de l'axe 2.

La figure 8(B) est une vue de côté d'un appareil pour ficeler un toron de fibres de renforcement c sous un angle 0 par rapport à l'axe 2, de façon que 00< 0 < 1800. L'appareil pour ficeler les fibres de renforcement comprend des tubes 11 de guidage de fibres de renforce20 ment, qui sont disposés de manière à correspondre au pas des broches 6, une barre 12 qui supporte les tubes de guidage 11 également espacés, et un actionneur 20 destiné à entraîner les tubes 11 de guidage de fibres de renforcement ainsi que la barre 12, de manière à les déplacer sous un angle 0 par rapport à l'axe 2, de façon que 00< 0 < 180 . Lors25 que le toron de fibres de renforcement c est fourni par le bloc de panier 17 qui comprend les bobines 16, et lorsque ce toron passe par les guides 18, 19 puis par les tubes 11 de guidage de fibres de renforcement, l'actionneur 20 se déplace en ficelant le toron de fibres de renforcement c dans cette direction en travers des broches verticales 6 montées sur 30 les gabarits 5 et 7 pour ficeler les fibres de renforcement. De cette manière, l'appareil pour ficeler les fibres de renforcement permet de ficeler efficacement le toron de fibres de renforcement c.

En se référant ensuite aux figures 9(A) et 9(B), on décrit, dans une vue en plan, un exemple de la manière selon laquelle l'appa35 reil pour ficeler les fibres de renforcement qui est représenté dans la figure 8(B) est utilisé pour ficeler les torons de fibres de renforcement c.

Dans la figure 9(A), on désigne par e la distance entre tubes de guidage de fibres de renforcement adjacents 11 tels que représentés dans la figure 8(B). Le mouvement de l'un des tubes de guidage de fibres de ren5 forcement 11 qui sont disposés à l'intérieur d'une plage e, est décrit dans la figure 9(B). Comme représenté dans la figure 9(B), on commence en Pl à ficeler un toron de fibres de renforcement c. Le toron est ensuite ficelé séquentiellement en passant par P2, P3, P4 et, lorsqu'on arrive à P5, le toron termine un motif en forme de V. Cette étape est ré10 pétée jusqu'à ce que le motif voulu de fibres de renforcement soit obtenu.

La figure 10 représente brièvement un processus de fabrication d'une préforme sèche ayant un profil changeant de façon continue ou par étapes. Dans ce processus, un premier ensemble de torons 15 de fibres de renforcement c est tout d'abord ficelé sur les broches 6 du gabarit 5 pour ficeler les fibres de renforcement, de la manière représentée dans la figure 10(A). Ensuite, un second ensemble de torons de fibres de renforcement c ayant une direction différente de celle de la figure 10(A), est ficelée de la manière représentée dans la figure 10(B). On 20 continue ensuite de ficeler les torons longitudinaux de fibres de renforcement c, comme représenté dans la figure 10(C).

Pour obtenir le profil incliné voulu, un ensemble supplémentaire de torons de fibres de renforcement c ayant la même direction que celle des torons représentés dans la figure 10(A), est déposé sur le 25 dessus du motif formé au-dessus dans la moitié de la zone du gabarit 5 pour ficeler les fibres de renforcement, comme représenté dans la figure 10(D). Un autre ensemble de torons de fibres de renforcement c ayant une direction différente de celle de la figure 10(D) est ensuite déposé dans la même direction que celle des torons ficelés dans la figure 10(B), 30 comme représenté dans la figure 10(E). On dépose ensuite le recouvrement d'un ensemble supplémentaire de torons de fibres de renforcement c, dans la même direction que celle des torons ficelés de la figure 10(C), comme représenté dans la figure 10(F).

L'ensemble des filaments de renforcement 3 dans l'état 35 illustré dans la figure 10(C), est représenté en coupe transversale dans la figure 11(A) , tandis que l'ensemble de filaments de renforcement 3 dans l'état illustré dans la figure 10(F), est représenté en coupe transversale dans la figure 1l(B). Une coupe transversale de l'ensemble de filaments de renforcement 3, qui est obtenue par le processus décrit ci5 dessus pour ficeler des torons de fibres de renforcement, et qui a été retirée du gabarit 5 pour ficeler les fibres de renforcement, est représentée dans la figure 11(C). En formant des étapes multiples des couches de fibres de renforcement d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus, on peut obtenir l'ensemble de filaments de renforcement 3 10 présentant un profil incliné tel que représenté dans la figure 11(D).

Lorsqu'on désire maintenir ensemble, par couture, plus d'un seul des ensembles de filaments de renforcement présentant diverses configurations obtenues selon la présente invention, on peut utiliser différents types de coutures comme représenté dans la figure 12. Par 15 exemple, on peut utiliser une couture droite 21 pour maintenir ensemble les fibres de renforcement 3, comme représenté dans la figure 12(A).

Lorsque les ensembles de filaments de renforcement sont déformés hors du plan, comme dans le cas de la déformation pour passer de l'état de la figure 2(B) à l'état de la figure 2(C), ou dans le cas d'une déformation 20 pour passer de l'état de la figure 2(D) à l'état de la figure 2(E), on utilise de préférence une couture en zigzag 22, du fait de sa souplesse. Une telle couture assure une déformation douce des ensembles de filaments de renforcement. En variante, on peut utiliser une technique convenable de tricot ou de capitonnage pour solidariser les ensembles de fila25 ments de renforcement. Des exemples de fibres utilisées pour cela comprennent, sans parler des fibres inorganiques telles que les fibres de carbone et de céramique, des fibres organiques telles que des fibres d'aramide et des fibres de polyester. Lorsqu'on utilise un poinçonnage à aiguille ou une résine thermoplastique comme moyen pour solidariser 30 les ensembles de filaments de renforcement, ces ensembles de filaments de renforcement sont fixés les uns aux autres sur toute la zone des ensembles. Cette manière de solidariser les ensembles de filaments de renforcement est extrêmement efficace et contribue à réduire notablement le cot de fabrication des préformes sèches pour matériaux com35 posites.

Essentiellement, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une préforme sèche pour matériau composite destiné à être utilisé comme matériau de structure. Ce procédé est caractérisé en ce que, avant ou après l'unification d'un ensemble de fi5 laments de renforcement comprenant une première couche de fibres de renforcement et une seconde couche de fibres de renforcement, on déforme l'ensemble de filaments de renforcement dans le plan et/ou hors du plan, de manière à former une préforme sèche présentant une section transversale complexe. La première couche de fibres de renforce10 ment est formée en ficelant un premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie d'un plan pour lui donner une forme quelconque suivant un axe prédéterminé inclus dans le plan. La seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant un second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le 15 plan de la forme et sous un certain angle par rapport à l'axe. De cette manière, à l'inverse des processus de fabrication conventionnels des préformes sèches, on peut obtenir à un faible cot et sans processus compliqués, des préformes sèches extrêmement solides pour matériaux composites. Le procédé de fabrication selon la présente invention per20 met de réaliser une production industrielle en grande série de préformes sèches pour matériaux composites destinés à être utilisés comme matériaux de structure présentant des sections transversales en forme de L, de T, de H, de Il ou autres formes complexes, dont la fabrication était considérée jusqu'à maintenant comme difficile.

Essentiellement, la présente invention concerne un appareil de fabrication d'une préforme sèche pour matériau composite présentant une forme courbe. Cet appareil comprend: un certain nombre d'éléments de broches comportant chacun un nombre prédéterminé de broches pour ficeler des torons de fibres de renforcement, les éléments 30 de broches étant disposés les uns en face des autres en étant espacés par une distance correspondant à la largeur de la préforme sèche; un élément de maintien d'espacement pour relier les éléments de broches les uns aux autres suivant la longueur de la préforme sèche, de telle manière que les éléments de broches puissent être rapprochés ou écar35 tés les uns des autres, ainsi que pour maintenir la distance d'espace- ment entre les éléments de broches opposés, et un élément de broches d'extrémités prévu sur l'une au moins de ses extrémités longitudinales, en s'étendant suivant la largeur de l'appareil et en comprenant un nombre prédéterminé de broches, l'élément de broches d'extrémités 5 étant capable de pivoter autour d'un centre vu suivant la direction de sa largeur, de façon que la tension produite lorsqu'on déforme l'ensemble de filaments de renforcement, reste constante.L'appareil est capable de se déformer pour décrire un arc autour de son axe longitudinal. De cette manière, la présente invention permet de former au moins une 10 couche de fibres de renforcement avec un rendement important, sur une partie d'un plan et dans n'importe quelle forme voulue, de telle manière que les torons de fibres de renforcement s'étendent parallèlement à un axe prédéterminé inclus dans la forme voulue.

Essentiellement, la présente invention concerne un appa15 reil de fabrication d'une préforme sèche pour matériau composite destiné à être utilisé comme matériau de structure. Cet appareil comprend: un ensemble de tubes de guidage de fibres de renforcement pour ficeler une première couche de fibres de renforcement, et une seconde couche de fibres de renforcement, le nombre des tubes de guidage correspon20 dant au nombre des torons de fibres de renforcement ou au nombre de rangées de torons de fibres de renforcement qu'on peut ficeler à la fois; un ensemble de barres pour fixer l'ensemble de tubes de guidage de fibres renforcement et pour maintenir la distance entre les tubes de guidage; un actionneur pour entraîner l'ensemble de tubes de guidage de 25 fibres de renforcement et l'ensemble de barres, soit pour déplacer les tubes de guidage et les barres le long d'un axe droit, soit pour déplacer les barres suivant un certain angle par rapport à l'axe droit; et un bloc de panier pour fournir les torons de fibres de renforcement à l'ensemble de tubes de guidage de fibres de renforcement. De cette manière, la pré30 sente invention permet de former, avec un rendement important, la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, de façon que les torons de fibres de renforcement de la première couche de fibres de renforcement s'étendent parallèlement à un axe prédéterminé contenu dans la forme voulue, et que les 35 torons de fibres de renforcement dans la seconde couche de fibres de 2849870 26 renforcement s'étendent sous un certain angle par rapport à l'axe prédéterminé.

Claims (11)

REVENDICATIONS

10) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau composite destiné à être utilisé comme matériau de structure, caractérisé en ce qu' il comprend l'étape consistant, avant ou après l'unification d'un ensemble (3) de filaments de renforcement comprenant une première couche (a) de fibres de renforcement et une seconde couche (b) de fibres de renforcement, à déformer l'ensemble (3) de filaments de renforcement dans le plan et/ou hors du plan, de manière à donner à la préforme sè10 che (1) une forme de section transversale complexe, la première couche de fibres de renforcement (a) étant formée en ficelant un premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan pour lui donner une forme quelconque le long d'un axe prédéterminé (2) contenu dans le plan, tandis que la seconde cou15 che de fibres de renforcement (b) est formée en ficelant un second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous un certain angle par rapport à l'axe (2).

2 ) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau com20 posite destiné à être utilisé comme matériau de structure, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant, avant ou après l'unification de l'ensemble de filaments de renforcement (3) comprenant la première couche (a) de fibres 25 de renforcement et la seconde couche (b) de fibres de renforcement, à déformer l'ensemble de filaments de renforcement dans le plan et/ou hors du plan, est effectuée pour donner à la préforme sèche (1) la forme de section transversale complexe, et pour faire varier de façon continue l'épaisseur et/ou la largeur, la première couche (a) de fibres de renfor30 cement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan, pour lui donner une forme quelconque, en faisant varier de façon continue l'épaisseur et/ou la largeur suivant l'axe prédéterminé (2) contenu dans le plan, tandis que la seconde couche (b) de fibres de renforcement est 35 formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe (2).

30) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau com5 posite destiné à être utilisé comme matériau de structure, selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu' après l'unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche (a) de fibres de renforcement et la seconde cou10 che (b) de fibres de renforcement, l'ensemble de filaments de renforcement est déformé hors du plan pour donner à la préforme sèche (1) la section transversale complexe et un profil courbé, la première couche (a) de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie 15 ou la totalité du plan, pour lui donner une forme courbée quelconque suivant un axe courbe (2) contenu dans le plan, tandis que la seconde couche (b) de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous un certain angle par rapport à l'axe courbe (2). 20 4 ) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau composite destiné à être utilisé comme matériau de structure, selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu' il comprend les étapes consistant à: - unifier l'ensemble de filaments de renforcement (3) comprenant au moins une première couche (a) de fibres de renforcement et une pluralité de secondes couches de fibres de renforcement (b), la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant un premier 30 ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur la partie du plan pour lui donner une forme quelconque suivant un axe droit contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant un second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous 35 un certain angle par rapport à l'axe droit; - courber l'ensemble de filaments de renforcement constitué de la première couche de fibres de renforcement et des secondes couches de fibres de renforcement, avec la même courbure sur le même plan; et déformer, hors du plan, une partie constituée uniquement des secondes couches de fibres de renforcement, de manière à former la préforme sèche présentant une section transversale complexe et un profil courbe.

50) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau composite destiné à être utilisé comme matériau de structure, selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu' il comprend les étapes consistant à: - déformer l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, dans un plan, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité 20 du plan, pour lui donner une forme droite quelconque suivant un axe droit contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe droit; - unifier l'ensemble de filaments de renforcement déformés, avec la forme courbée; et - déformer, hors du plan, l'ensemble de filaments de renforcement unifié, de manière à donner à la préforme sèche la forme de section transversale complexe et un profil courbé. 30 6 ) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau composite destiné à être utilisé comme matériau de structure, selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' un certain nombre de préformes sèches (1) comportant une forme de section transversale complexe et un profil courbé, sont utilisées en combinaison de façon que la première couche de fibres de renforcement s'étende dans toute une partie de la surface de la préforme sèche, cette 5 préforme étant obtenue par le procédé comprenant les étapes consistant à : - unifier l'ensemble de filaments de renforcement comprenant au moins une première couche de fibres de renforcement et un certain nombre de secondes couches de fibres de renforcement, la première 10 couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles (C) de fibres de renforcement sur la partie du plan de manière à le mettre en forme suivant un axe droit contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons pa15 rallèles (C) de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous un certain angle par rapport à l'axe droit; - courber l'ensemble de filaments de renforcement constitué de la première couche de fibres de renforcement et des secondes couches de fibres de renforcement, suivant la même courbure sur le même 20 plan; - déformer, hors du plan, une partie constituée uniquement des secondes couches de fibres de renforcement.

70) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau com25 posite destiné à être utilisé comme matériau de structure, selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' une tension agissant sur les torons de fibres de renforcement est maintenue à une valeur constante, avant ou après la déformation de 30 l'ensemble de filaments de renforcement dans le plan de manière à donner à la préforme sèche un profil courbé sans unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant la 35 premier ensemble de torons parallèle de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan, pour lui donner la forme droite suivant un axe droit contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'an5 gle ci-dessus par rapport à l'axe droit.

80) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau composite destiné à être utilisé comme matériau de structure, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 6 ou 7, 10 caractérisé en ce que des moyens convenables sélectionnés parmi la couture, le tricot, le capitonnage, le poinçonnage à aiguille et la résine thermoplastique, sont utilisés soit indépendamment soit en combinaison dans l'étape d'unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la pre15 mière couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan pour le mettre en forme suivant l'axe prédéterminé contenu dans le plan, tandis que la 20 seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe.

90) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau com25 posite destiné à être utilisé comme matériau de structure, selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens convenables sélectionnés parmi la couture, le tricot, le capitonnage, le poinçonnage à aiguille et la résine thermoplastique, sont 30 utilisés soit indépendamment soit en combinaison dans l'étape d'unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de 35 renforcement sur une partie ou la totalité du plan, pour le mettre en forme suivant l'axe prédéterminé contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe.

100) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau composite destiné à être utilisé comme matériau de structure, selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens convenables sélectionnés parmi la couture, le tricot, le capitonnage, le poinçonnage à aiguille et la résine thermoplastique, sont utilisés soit indépendamment soit en combinaison dans l'étape d'unification de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres 15 de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan, pour le mettre en forme suivant l'axe prédéterminé contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le se20 cond ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe.

110) Procédé de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau composite destiné à être utilisé comme matériau de structure, selon la 25 revendication 5, caractérisé en ce que les moyens convenables sélectionnés parmi la couture, le tricot, le capitonnage, le poinçonnage à aiguille et la résine thermoplastique, sont utilisés soit indépendamment soit en combinaison dans l'étape d'unifi30 cation de l'ensemble de filaments de renforcement comprenant la première couche de fibres de renforcement et la seconde couche de fibres de renforcement, la première couche de fibres de renforcement étant formée en ficelant le premier ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur une partie ou la totalité du plan, pour le mettre en 35 forme suivant l'axe prédéterminé contenu dans le plan, tandis que la seconde couche de fibres de renforcement est formée en ficelant le second ensemble de torons parallèles de fibres de renforcement sur le plan de la forme et sous l'angle ci-dessus par rapport à l'axe.

120) Dispositif de fabrication d'une préforme sèche (1) pour matériau composite présentant une forme courbée, caractérisé en ce qu'il comprend: - un certain nombre d'éléments de broches comprenant chacun un nombre prédéterminé de broches (6, 6') pour ficeler des torons de fio0 bres de renforcement, les éléments de broches étant disposés les une en face des autres et espacés par une distance correspondant à la largeur de la préforme sèche (1); - un élément de maintien d'espacement pour relier les éléments de broches les uns aux autres suivant la longueur de la préforme sèche, 15 de façon que les éléments de broches puissent se rapprocher ou s'écarter les uns des autres, ainsi que pour maintenir la distance entre les éléments de broches opposés; et - un élément de broches prévu sur l'une au moins de ses extrémités longitudinales, en s'étendant suivant la largeur de l'appareil, cet 20 élément de broches d'extrémités comprenant un nombre prédéterminé de broches et pouvant pivoter autour d'un centre vu suivant sa direction de largeur, de façon que la tension produite lorsque l'ensemble de filaments de renforcement est déformé, reste constante et le dispositif étant capable de se déformer pour décrire un arc autour de son axe longitudinal.

13 ) Dispositif de fabrication d'une préforme sèche pour matériau composite destiné à être utilisé comme matériau de structure, 30 caractérisé en ce qu'il comprend: - un ensemble de tubes (11) de guidage de fibres de renforcement pour ficeler une première couche de fibres de renforcement et une seconde couche de fibres de renforcement, le nombre de tubes de guidage correspondant au nombre de torons de fibres de renforcement ou au nombre de rangées de torons de fibres de renforcement qu'on peut ficeler à la fois; - un ensemble de barres (12) pour fixer l'ensemble de tubes (11) de guidage de fibres de renforcement et pour maintenir la distance en5 tre les tubes de guidage; - un actionneur (20) pour entraîner l'ensemble de tubes (11) de guidage de fibres de renforcement et l'ensemble de barres, soit pour déplacer les tubes de guidage et les barres le long d'un axe droit, soit pour déplacer les barres sous un certain angle par rapport à l'axe 10 droit; et - un bloc de panier (17) pour fournir les torons de fibres de renforcement à l'ensemble de tubes de guidage de fibres de renforcement.