WO2009090218A1 - Method and device for moulding a part made of a high performance thermoplastic composite - Google Patents

Method and device for moulding a part made of a high performance thermoplastic composite Download PDF

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WO2009090218A1
WO2009090218A1 PCT/EP2009/050432 EP2009050432W WO2009090218A1 WO 2009090218 A1 WO2009090218 A1 WO 2009090218A1 EP 2009050432 W EP2009050432 W EP 2009050432W WO 2009090218 A1 WO2009090218 A1 WO 2009090218A1
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WO
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resin
mold
temperature
injection
heating
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PCT/EP2009/050432
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French (fr)
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Patrice Lefebure
Nicolas Maisonnave
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European Aeronautic Defence And Space Company Eads France
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing high performance thermoplastic composite parts.
  • HP high performance composites
  • thermoplastic composites consist of long fiber fiber reinforcements embedded in a high performance thermoplastic matrix such as a semi-crystalline matrix of polyetheretherketone (PEEK), polyether ketone ketone (PEKK), phenylene polysulfide (PPS) or amorphous poly (ether imide) type (PEI).
  • PEEK polyetheretherketone
  • PEKK polyether ketone ketone
  • PPS phenylene polysulfide
  • PEI amorphous poly (ether imide) type
  • thermoplastic matrices have many advantages in particular because they show a very good impact behavior compared to thermosetting matrices, they are resistant to fluid and skydrol. They are also very insensitive to moisture recovery.
  • thermoplastic HP composites remain structural parts or not with relatively small curvatures.
  • thermoplastic technologies commonly used in the field of high performance composites, which do not allow the production of parts with complex geometries including parts with strongly marked double curvatures.
  • thermoplastic substructure elements performance associated with a high-performance thermoplastic composite structure because, on the one hand intrinsic properties of these materials which are generally superior to a thermosetting material, on the other hand the many technical and economic benefits provided by the weldability of the elements of substructure on a structure.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method and a device for molding a piece of thermoplastic material with high performance simple in their design and in their operating mode, fast and economical, allowing the manufacture of sub parts structure with relatively complex shapes.
  • the invention relates to a method of molding a composite material part by injecting a high performance thermoplastic resin into a fiber preform placed in a mold comprising at least one inlet port and at least one an exit port of the resin. According to the invention, the following steps are carried out:
  • the resin is injected in the molten state into the mold at a pressure of less than approximately 40 bar and the inlet temperature of this resin is controlled at the inlet port, the temperature of the mold and the outlet temperature of the resin at the exit port so as to maintain this resin in the molten state,
  • this exit port is closed and the mold is filled with the resin
  • the mold After filling the mold, it stops the injection of this resin and consolidates the thermoplastic resin with high performance.
  • the mold may be ajar or not during the injection of the resin in the molten state.
  • the consolidation of the thermoplastic composite part is obtained by controlled cooling of the mold.
  • the fiber preform advantageously comprises a fiber content of between 50% and 60%, the latter being preferable in volume.
  • the high performance resins which are well known to those skilled in the art may be chosen, for illustrative purposes only, in the group comprising polyetheretherketone (PEEK), phenylene polysulfide (PPS), polyphenylsulfone (PSU), polyethersulfone (PES), the polyetherimide (PEI), poliamide imide (PAI), polyimide (P1), polyphenylene oxide (PPO) and polybenzimidazole (PBI).
  • PEEK polyetheretherketone
  • PPS phenylene polysulfide
  • PSU polyphenylsulfone
  • PES polyethersulfone
  • PAI poliamide imide
  • P1 polyimide
  • PPO polyphenylene oxide
  • PBI polybenzimidazole
  • injection of this resin is at a low injection rate to avoid generating significant pressure, which induces injection times of the order of a few minutes compared to thermoplastic resin injection processes more classic. Injection pressures are typically less than 40 bar.
  • the present invention also relates to the following features which should be considered in isolation or in all their technically possible combinations:
  • the inlet, mold and outlet temperatures are identical to within 2% and even better to within 1%,
  • these temperatures are then higher than the melting temperature of the high performance thermoplastic resin so as to maintain this resin in the molten state.
  • the injection being carried out using an injection cylinder or an extrusion-injection screw, the temperature of the elements of the cylinder or this screw, intended to be in contact with the thermoplastic resin, is controlled; at high performance to maintain it in the molten state, - the internal volume of the mold is placed under vacuum.
  • the invention also relates to a device for implementing the molding method as described above, this device comprising a resin supply circuit of a mold adapted to receive a fiber preform, this supply circuit comprising at least a resin supply tank and at least one injection element under pressure of the resin in the mold.
  • this device comprises:
  • the device comprises third means for heating the exhaust circuit to a temperature at least equal to the melting temperature of the resin
  • the present invention also relates to the following characteristics which must be considered in isolation or in all their technically possible combinations: the control means are able to maintain a temperature identical to within 2%, and even better within 1%, on the assembly formed by the supply and discharge circuits and the mold,
  • the device also comprises means for applying a clamping force to the mold.
  • these means for applying a clamping force comprising a platen press
  • the second heating means are intended to heat each of these trays.
  • the device then comprises thermal protection elements of each tray. The removal of these protective elements after injection of the high performance thermoplastic resin in the mold optimally cool the latter to lower its temperature below the crystallization temperature of the thermoplastic resin HP, which allows to polymerize the -this.
  • the device comprises means for creating the vacuum in the mold, These means can be connected to the evacuation circuit of the resin which is in fluid communication with the mold via the output port.
  • a valve allows to open and close this output port which is for example a vent.
  • the mold comprises a first mold part and a second mold part intended to cooperate to seal the mold in a molding position and means for holding in position at least the folds of the fibrous preform.
  • these means for maintaining in position at least the folds of the preform comprise projections placed on the first mold part, each of these projections having a pointed end and one or more recesses placed on the second part and intended to receive these pointed ends when the first and second parts are in their molding position.
  • these projections are placed on at least a portion of the periphery of this imprint so as to maintain the periphery of the preform. This avoids damaging the central portion of the fiber preform.
  • the single figure shows a molding device according to a preferred embodiment of the invention.
  • This molding device comprises a mold comprising a first mold part 1 and a second mold part 2. These mold parts 1, 2 are intended to cooperate to ensure the tightness of this mold during the feeding thereof with a high performance thermoplastic resin.
  • the mold may include an inner imprint whose shape and dimensions correspond to that of the final piece to be made. This impression is intended to receive a fibrous preform.
  • This mold comprises an input port 3 of the resin and an output port 4, the input 3 and output 4 ports being respectively connected to a resin supply circuit 5 and to an evacuation circuit of said resin 6.
  • the evacuation circuit of the resin 6 is connected to a pumping unit 7 for generating the vacuum within the mold 1, 2.
  • the resin supply circuit 5 comprises a resin feed tank 8 connected by a conduit to an injection element 9 under pressure of the resin in the mold 1, 2 of the jack type.
  • This supply circuit 5 can also be connected to the pumping unit 7 to ensure the initial degassing of the resin contained in the reservoir 8.
  • This sealed tank 8 preferably receives granules which are melt-carried by resistors (not shown) forming part of the first heating means 10 of the supply circuit 5.
  • the control of the injection element 9 is provided by an electric motor (not shown). Alternatively, this control can be pneumatic or hydraulic.
  • the molding device also comprises means for applying a clamping force on the mold 1, 2. This clamping force is here applied by means of a press comprising two plates 11, 12.
  • the resin feed and discharge circuits 6 are respectively connected to first and second heating means 10, 13 while the trays 11, 12 are connected to third heating means 14, all of which allow the elements intended to be to be in contact with the resin at a temperature above the melting temperature thereof so as to maintain this resin in the molten state.
  • heating means 10, 13 and 14 may be chosen from the group comprising electrical resistances, electrical resistances surrounded by a refractory material, heating strips, heating circuits connected to a heat transfer fluid supply and combinations of these elements. .
  • heating means are connected to temperature control means preferably comprising temperature sensors 15 connected to a PID regulator 16 for temperature control.
  • sensors which are typically pressure sensors and temperature sensors placed within the mold, temperature sensors and flow sensors placed on them. supply and discharge pipes made of thermoplastic resin.
  • the device may optionally further comprise one or more cooling circuits for temperature regulation.
  • This cooling circuit (not shown) can be traversed by a refrigerant such as cold water, circulated by a pump which is controlled by the regulator 16.
  • each tank is connected by a clean feed circuit equipped with its resin injection element to an inlet port of the mold.
  • the ducts of these supply circuits are each advantageously equipped with a valve such as a solenoid valve remotely controlled to select the resin introduced into the mold at a given time.
  • the invention also relates to a method of molding a composite material part by injecting a high performance thermoplastic resin into a fibrous preform preferably having a volume content of long fibers greater than 50%, which is placed in the mold described above prior to injection. A clamping force is then applied to this mold and the resin melt is injected into it at low pressures. Alternatively, the mold could be ajar during injection.
  • the inlet temperature of the resin at the inlet port, the mold temperature, and the exit temperature of the resin at the exit port are controlled to maintain this resin melt.
  • the injection is made in isothermal mode, in order to maintain the resin in the molten state throughout the process chain.
  • thermal protection elements are, for example, glass, silica or ceramic fabrics.
  • the mold is thus cooled to a temperature below the crystallization temperature of the high performance thermoplastic resin. Lastly, the application of the clamping force is removed and the piece of composite material thus obtained is demolded. The part can be demolded hot as the temperature of the mold is colder than the crystallization temperature of the thermoplastic resin.

Abstract

The invention relates to a device and a method for moulding a part made of a high-performance thermoplastic composite material, that comprises injecting a high-performance thermoplastic resin into a fibrous preform placed in a mould (1, 2) that comprises at least one inlet port (3) and one outlet port (4) for the resin. According to the invention, the resin is injected in a molten state into the mould (1, 2) at a pressure lower than 40 bars. The method comprises controlling the inlet temperature of the resin at the inlet port (3), the temperature of the mould (1, 2) and the outlet temperature of the resin at the outlet port (4) so as to maintain said resin at a molten state. After some resin flows out of the outlet port (4), the outlet port (4) is closed and the mould (1, 2) is filled with resin. After filling the mould (1, 2), the resin injection is stopped and the high-performance thermoplastic resin is consolidated by controlled cooling of the mould.

Description

Procédé et dispositif de moulage d'une pièce en composite thermoplastique à hautes performances Method and apparatus for molding a high-performance thermoplastic composite part
La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces composites thermoplastiques à hautes performances.The present invention relates to a method of manufacturing high performance thermoplastic composite parts.
Il est connu que les composites à hautes performances (HP) ont des propriétés, notamment mécaniques et chimique, excellentes pour une masse minimale. Ils présentent de plus une forte rigidité et peuvent présenter une excellente tenue à des températures élevées.It is known that high performance composites (HP) have properties, including mechanical and chemical, excellent for a minimum mass. They also have a high rigidity and can have excellent resistance to high temperatures.
Ces composites thermoplastiques à hautes performances sont constitués de renforts fibreux à fibres longues noyées dans une matrice thermoplastique à hautes performances telle qu'une matrice semi-cristalline de type polyétheréthercétone (PEEK), polyéther cétone cétone (PEKK), polysulfure de phénylène (PPS) ou amorphe de type poly(ether imide) (PEI).These high performance thermoplastic composites consist of long fiber fiber reinforcements embedded in a high performance thermoplastic matrix such as a semi-crystalline matrix of polyetheretherketone (PEEK), polyether ketone ketone (PEKK), phenylene polysulfide (PPS) or amorphous poly (ether imide) type (PEI).
Ces matrices thermoplastiques présentent de nombreux avantages notamment parce qu'elles montrent un très bon comportement à l'impact par rapport à des matrices thermodurcissables, elles sont résistantes au fluide et skydrol. Elles sont de plus très peu sensibles à la reprise d'humidité.These thermoplastic matrices have many advantages in particular because they show a very good impact behavior compared to thermosetting matrices, they are resistant to fluid and skydrol. They are also very insensitive to moisture recovery.
Toutefois, les seules applications envisagées dans l'industrie aéronautique pour ces composites thermoplastiques HP restent des pièces structurales ou non ayant de relativement faibles courbures.However, the only applications envisaged in the aerospace industry for these thermoplastic HP composites remain structural parts or not with relatively small curvatures.
Cela est lié aux limites des technologies thermoplastiques utilisées couramment dans le domaine des composites hautes performances, qui ne permettent pas la réalisation de pièces ayant des géométries complexes notamment des pièces présentant des doubles courbures fortement marquées.This is related to the limitations of thermoplastic technologies commonly used in the field of high performance composites, which do not allow the production of parts with complex geometries including parts with strongly marked double curvatures.
Or, il serait fortement intéressant de pouvoir fabriquer des pièces comprenant des éléments de sous structure thermoplastiques à hautes performances associés à une structure en composite thermoplastique à hautes performances du fait, d'une part des propriétés intrinsèques de ces matériaux qui sont généralement supérieures à un matériau thermodurcissable, d'autre part des nombreux intérêts technico-économiques apportés par la soudabilité des éléments de sous-structure sur une structure.However, it would be highly advantageous to be able to manufacture parts comprising high thermoplastic substructure elements. performance associated with a high-performance thermoplastic composite structure because, on the one hand intrinsic properties of these materials which are generally superior to a thermosetting material, on the other hand the many technical and economic benefits provided by the weldability of the elements of substructure on a structure.
L'objectif de la présente invention est donc de proposer un procédé et un dispositif pour le moulage d'une pièce en matériau thermoplastique à hautes performances simple dans leur conception et dans leur mode opératoire, rapide et économique, permettant la fabrication de pièces de sous structure ayant des formes relativement complexes.The object of the present invention is therefore to provide a method and a device for molding a piece of thermoplastic material with high performance simple in their design and in their operating mode, fast and economical, allowing the manufacture of sub parts structure with relatively complex shapes.
A cet effet, l'invention concerne un procédé de moulage d'une pièce en matériau composite par l'injection d'une résine thermoplastique à hautes performances dans une préforme fibreuse placée dans un moule comprenant au moins un port d'entrée et au moins un port de sortie de la résine. Selon l'invention, on réalise les étapes suivantes :For this purpose, the invention relates to a method of molding a composite material part by injecting a high performance thermoplastic resin into a fiber preform placed in a mold comprising at least one inlet port and at least one an exit port of the resin. According to the invention, the following steps are carried out:
- on injecte la résine à l'état fondu dans le moule à une pression inférieure à environ 40 bars et on contrôle la température d'entrée de cette résine au port d'entrée, la température du moule et la température de sortie de la résine au port de sortie de manière à maintenir cette résine à l'état fondu,the resin is injected in the molten state into the mold at a pressure of less than approximately 40 bar and the inlet temperature of this resin is controlled at the inlet port, the temperature of the mold and the outlet temperature of the resin at the exit port so as to maintain this resin in the molten state,
- après sortie de la résine par le port de sortie, on ferme ce port de sortie et on remplit le moule avec la résine,after leaving the resin through the exit port, this exit port is closed and the mold is filled with the resin,
- après remplissage du moule, on stoppe l'injection de cette résine et on consolide la résine thermoplastique à hautes performances. Le moule peut être entrouvert ou non lors de l'injection de la résine à l'état fondu.- After filling the mold, it stops the injection of this resin and consolidates the thermoplastic resin with high performance. The mold may be ajar or not during the injection of the resin in the molten state.
La consolidation de la pièce composite thermoplastique est obtenue par refroidissement contrôlé du moule.The consolidation of the thermoplastic composite part is obtained by controlled cooling of the mold.
Pour des applications structurales, la préforme fibreuse comporte avantageusement un taux de fibres entre 50% et 60%, ce dernier étant préférable, en volume.For structural applications, the fiber preform advantageously comprises a fiber content of between 50% and 60%, the latter being preferable in volume.
Les résines à hautes performances qui sont bien connues de l'homme du métier pourront être choisies, à titre purement illustratif, dans le groupe comprenant le polyétheréthercétone (PEEK), le polysulfure de phénylène (PPS), le polyphénylsulfone (PSU), le polyéthersulfone (PES), le polyétherimide (PEI), le poliamide imide (PAI), le polyimide (Pl), le polyphénylène oxyde (PPO) et le polybenzimidazole (PBI).The high performance resins which are well known to those skilled in the art may be chosen, for illustrative purposes only, in the group comprising polyetheretherketone (PEEK), phenylene polysulfide (PPS), polyphenylsulfone (PSU), polyethersulfone (PES), the polyetherimide (PEI), poliamide imide (PAI), polyimide (P1), polyphenylene oxide (PPO) and polybenzimidazole (PBI).
L'injection de cette résine se fait à un faible débit d'injection pour éviter d'engendrer des pressions importantes, ce qui induit des temps d'injection longs de l'ordre de quelques minutes comparés à des procédés d'injection de résine thermoplastique plus classiques. Les pressions d'injection sont typiquement inférieures à 40 bars.The injection of this resin is at a low injection rate to avoid generating significant pressure, which induces injection times of the order of a few minutes compared to thermoplastic resin injection processes more classic. Injection pressures are typically less than 40 bar.
Dans différents modes de réalisation de ce procédé de moulage, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles :In different embodiments of this molding method, the present invention also relates to the following features which should be considered in isolation or in all their technically possible combinations:
- les températures d'entrée, du moule et de sortie sont identiques à 2% près et encore mieux à 1 % près,the inlet, mold and outlet temperatures are identical to within 2% and even better to within 1%,
Bien entendu, ces températures sont alors supérieures à la température de fusion de la résine thermoplastique à hautes performances de sorte à maintenir cette résine à l'état fondu.Of course, these temperatures are then higher than the melting temperature of the high performance thermoplastic resin so as to maintain this resin in the molten state.
- préalablement à l'injection de ladite résine dans le moule, on applique une force de serrage à ce moule par l'intermédiaire d'une presse, on chauffe et on refroidit les plateaux de cette presse pour contrôler la température du moule,before the injection of said resin into the mold, a clamping force is applied to this mold by means of a press, the plates of this press are heated and cooled to control the temperature of the mold,
- l'injection étant réalisée à l'aide d'un vérin d'injection ou d'une vis d'extrusion-injection, on contrôle la température des éléments du vérin ou de cette vis, destinés à être en contact avec la résine thermoplastique à hautes performances pour maintenir celle-ci à l'état fondu, - on place le volume intérieur du moule sous vide.the injection being carried out using an injection cylinder or an extrusion-injection screw, the temperature of the elements of the cylinder or this screw, intended to be in contact with the thermoplastic resin, is controlled; at high performance to maintain it in the molten state, - the internal volume of the mold is placed under vacuum.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre du procédé de moulage tel que décrit précédemment, ce dispositif comprenant un circuit d'alimentation en résine d'un moule apte à recevoir une préforme fibreuse, ce circuit d'alimentation comprenant au moins un réservoir d'alimentation en résine et au moins un élément d'injection sous pression de la résine dans le moule.The invention also relates to a device for implementing the molding method as described above, this device comprising a resin supply circuit of a mold adapted to receive a fiber preform, this supply circuit comprising at least a resin supply tank and at least one injection element under pressure of the resin in the mold.
Selon l'invention, ce dispositif comporte :According to the invention, this device comprises:
- des premiers moyens pour chauffer ledit au moins un circuit d'alimentation à une température au moins égale à la température de fusion de la résine de manière à maintenir celle-ci dans un état fondu sur l'ensemble du circuit d'alimentation,first means for heating said at least one supply circuit at a temperature at least equal to the melting temperature of the resin so as to keep it in a molten state on the whole of the supply circuit,
- des seconds moyens de chauffage pour chauffer le moule à une température au moins égale à la température de fusion de cette résine, - le moule comprenant au moins un port de sortie relié à un circuit d'évacuation de la résine, le dispositif comporte des troisièmes moyens pour chauffer ce circuit d'évacuation à une température au moins égale à la température de fusion de la résine, etsecond heating means for heating the mold to a temperature at least equal to the melting temperature of this resin, the mold comprising at least one outlet port connected to a resin evacuation circuit, the device comprises third means for heating the exhaust circuit to a temperature at least equal to the melting temperature of the resin, and
- des moyens de contrôle des températures de ces circuits d'alimentation et d'évacuation et de ce moule.means for controlling the temperatures of these supply and discharge circuits and of this mold.
Dans différents modes de réalisation de ce dispositif de moulage d'une pièce en matériau composite, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles : - les moyens de contrôle sont aptes à maintenir une température identique à 2% près, et encore mieux à 1 % près, sur l'ensemble formé par les circuits d'alimentation et d'évacuation et le moule,In different embodiments of this molding device of a composite material part, the present invention also relates to the following characteristics which must be considered in isolation or in all their technically possible combinations: the control means are able to maintain a temperature identical to within 2%, and even better within 1%, on the assembly formed by the supply and discharge circuits and the mold,
- le dispositif comprend également des moyens d'application d'une force de serrage sur le moule, Dans un mode de mise en œuvre, ces moyens d'application d'une force de serrage comprenant une presse à plateaux, les seconds moyens de chauffage sont destinés à chauffer chacun de ces plateaux. De préférence, le dispositif comporte alors des éléments de protection thermique de chaque plateau. Le retrait de ces éléments de protection après injection de la résine thermoplastique à hautes performances dans le moule permet de refroidir de façon optimale ce dernier pour abaisser sa température en dessous de la température de cristallisation de la résine thermoplastique HP, ce qui permet de polymériser celle-ci.the device also comprises means for applying a clamping force to the mold. In one embodiment, these means for applying a clamping force comprising a platen press, the second heating means are intended to heat each of these trays. Preferably, the device then comprises thermal protection elements of each tray. The removal of these protective elements after injection of the high performance thermoplastic resin in the mold optimally cool the latter to lower its temperature below the crystallization temperature of the thermoplastic resin HP, which allows to polymerize the -this.
- le dispositif comprend des moyens pour créer le vide dans le moule, Ces moyens peuvent être reliés au circuit d'évacuation de la résine qui est en communication de fluide avec le moule via le port de sortie. Une vanne permet d'ouvrir et fermer ce port de sortie qui est par exemple un évent.- The device comprises means for creating the vacuum in the mold, These means can be connected to the evacuation circuit of the resin which is in fluid communication with the mold via the output port. A valve allows to open and close this output port which is for example a vent.
- le moule comprend une première partie de moule et une deuxième partie de moule destinées à coopérer pour assurer l'étanchéité du moule dans une position de moulage et des moyens pour maintenir en position au moins les plis de la préforme fibreuse.the mold comprises a first mold part and a second mold part intended to cooperate to seal the mold in a molding position and means for holding in position at least the folds of the fibrous preform.
A titre illustratif, ces moyens pour maintenir en position au moins les plis de la préforme comprennent des saillies placées sur la première partie de moule, chacune de ces saillies comportant une extrémité pointue et un ou plusieurs creux placés sur la deuxième partie et destinés à recevoir ces extrémités pointues lorsque les première et deuxième parties sont dans leur position de moulage.As an illustration, these means for maintaining in position at least the folds of the preform comprise projections placed on the first mold part, each of these projections having a pointed end and one or more recesses placed on the second part and intended to receive these pointed ends when the first and second parts are in their molding position.
Avantageusement, le moule comportant une empreinte, ces saillies sont placées sur au moins une partie du pourtour de cette empreinte de manière à maintenir la périphérie de la préforme. On évite ainsi d'endommager la partie centrale de la préforme fibreuse.Advantageously, the mold having an imprint, these projections are placed on at least a portion of the periphery of this imprint so as to maintain the periphery of the preform. This avoids damaging the central portion of the fiber preform.
L'invention sera décrite plus en détail en référence à l'unique figure annexée représentant un dispositif de moulage selon un mode de réalisation préféré de l'invention;The invention will be described in more detail with reference to the single appended figure showing a molding device according to a preferred embodiment of the invention;
La Figure unique montre un dispositif de moulage selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Ce dispositif de moulage comporte un moule comprenant une première partie de moule 1 et une deuxième partie de moule 2. Ces parties de moule 1 , 2 sont destinées à coopérer pour assurer l'étanchéité de ce moule lors du gavage de celui-ci avec une résine thermoplastique à hautes performances. Le moule peut comporter une empreinte intérieure dont la forme et les dimensions correspondent à celle de la pièce finale à réaliser. Cette empreinte est destinée à recevoir une préforme fibreuse.The single figure shows a molding device according to a preferred embodiment of the invention. This molding device comprises a mold comprising a first mold part 1 and a second mold part 2. These mold parts 1, 2 are intended to cooperate to ensure the tightness of this mold during the feeding thereof with a high performance thermoplastic resin. The mold may include an inner imprint whose shape and dimensions correspond to that of the final piece to be made. This impression is intended to receive a fibrous preform.
Ce moule comporte un port d'entrée 3 de la résine et un port de sortie 4, les ports d'entrée 3 et de sortie 4 étant reliés respectivement à un circuit d'alimentation en résine 5 et à un circuit d'évacuation de ladite résine 6. Le circuit d'évacuation de la résine 6 est relié à une unité de pompage 7 permettant de générer le vide au sein du moule 1 , 2.This mold comprises an input port 3 of the resin and an output port 4, the input 3 and output 4 ports being respectively connected to a resin supply circuit 5 and to an evacuation circuit of said resin 6. The evacuation circuit of the resin 6 is connected to a pumping unit 7 for generating the vacuum within the mold 1, 2.
Le circuit d'alimentation en résine 5 comporte un réservoir d'alimentation 8 en résine relié par un conduit à un élément d'injection 9 sous pression de la résine dans le moule 1 , 2 du type vérin. Ce circuit d'alimentation 5 peut également être relié à l'unité de pompage 7 pour assurer le dégazage initial de la résine contenue dans le réservoir d'alimentation 8. Ce réservoir 8 étanche reçoit de préférence des granulés qui sont portés à l'état fondu par des résistances (non représentées) formant partie de premiers moyens de chauffage 10 du circuit d'alimentation 5.The resin supply circuit 5 comprises a resin feed tank 8 connected by a conduit to an injection element 9 under pressure of the resin in the mold 1, 2 of the jack type. This supply circuit 5 can also be connected to the pumping unit 7 to ensure the initial degassing of the resin contained in the reservoir 8. This sealed tank 8 preferably receives granules which are melt-carried by resistors (not shown) forming part of the first heating means 10 of the supply circuit 5.
La commande de l'élément d'injection 9 est assurée par un moteur électrique (non représenté). Alternativement, cette commande peut être pneumatique ou encore hydraulique.The control of the injection element 9 is provided by an electric motor (not shown). Alternatively, this control can be pneumatic or hydraulic.
En sortie de l'élément d'injection 9, la résine est injectée à basse pression dans le moule 1 , 2 via le port d'entrée 3. Cette injection est réalisée généralement à très faible débit constant. Le dispositif de moulage comporte également des moyens d'application d'une force de serrage sur le moule 1 , 2. Cette force de serrage est ici appliquée par l'intermédiaire d'une presse comportant deux plateaux 11 , 12.At the outlet of the injection element 9, the resin is injected at low pressure into the mold 1, 2 via the inlet port 3. This injection is generally performed at a very low constant flow rate. The molding device also comprises means for applying a clamping force on the mold 1, 2. This clamping force is here applied by means of a press comprising two plates 11, 12.
Les circuits d'alimentation 5 et d'évacuation 6 en résine sont respectivement reliés à des premier et deuxième moyens de chauffage 10, 13 tandis que les plateaux 11 , 12 sont reliés à des troisièmes moyens de chauffage 14 permettant tous de porter les éléments destinés à être en contact avec la résine à une température supérieure à la température de fusion de celle-ci de sorte à maintenir cette résine à l'état fondu.The resin feed and discharge circuits 6 are respectively connected to first and second heating means 10, 13 while the trays 11, 12 are connected to third heating means 14, all of which allow the elements intended to be to be in contact with the resin at a temperature above the melting temperature thereof so as to maintain this resin in the molten state.
Ces moyens de chauffage 10, 13 et 14 peuvent être choisis dans le groupe comprenant des résistances électriques, des résistances électriques entourées d'un matériau réfractaire, des rubans chauffants, des circuits chauffants reliés à une alimentation en fluide caloporteur et des combinaisons de ces éléments.These heating means 10, 13 and 14 may be chosen from the group comprising electrical resistances, electrical resistances surrounded by a refractory material, heating strips, heating circuits connected to a heat transfer fluid supply and combinations of these elements. .
Ces moyens de chauffage sont reliés à des moyens de contrôle de la température comprenant de préférence des capteurs de température 15 reliés à un régulateur PID 16 pour l'asservissement en température.These heating means are connected to temperature control means preferably comprising temperature sensors 15 connected to a PID regulator 16 for temperature control.
De manière plus générale, pour contrôler le procédé de fabrication par moulage, différentes mesures sont effectuées par des capteurs qui sont typiquement des capteurs de pression et capteurs de température placés au sein du moule, des capteurs de température et des capteurs de débit placés sur les tuyauteries d'alimentation et d'évacuation en résine thermoplastique.In a more general way, to control the molding manufacturing process, various measurements are made by sensors which are typically pressure sensors and temperature sensors placed within the mold, temperature sensors and flow sensors placed on them. supply and discharge pipes made of thermoplastic resin.
Le dispositif peut éventuellement comporter de plus un ou plusieurs circuits de refroidissement pour la régulation de la température. Ce circuit de refroidissement (non représenté) peut être parcouru par un fluide réfrigérant tel que de l'eau froide, mis en circulation par une pompe laquelle est commandée par le régulateur 16.The device may optionally further comprise one or more cooling circuits for temperature regulation. This cooling circuit (not shown) can be traversed by a refrigerant such as cold water, circulated by a pump which is controlled by the regulator 16.
Lorsque le dispositif comprend plusieurs réservoirs recevant chacun une résine différente, chaque réservoir est relié par un circuit d'alimentation propre équipé de son élément d'injection de la résine à un port d'entrée du moule. Les canalisations de ces circuits d'alimentation sont chacune avantageusement équipées d'une vanne telle qu'une électrovanne commandée à distance permettant de sélectionner la résine introduite dans le moule à un instant donné. L'invention concerne encore un procédé de moulage d'une pièce en matériau composite par l'injection d'une résine thermoplastique à hautes performances dans une préforme fibreuse comportant de préférence un taux volumique de fibres longues supérieur à 50%, laquelle est placée dans le moule décrit plus haut préalablement à l'injection. On applique ensuite une force de serrage à ce moule et on injecte la résine à l'état fondu dans celui-ci à basses pressions. Alternativement, le moule pourrait être entrouvert lors de l'injection.When the device comprises several tanks each receiving a different resin, each tank is connected by a clean feed circuit equipped with its resin injection element to an inlet port of the mold. The ducts of these supply circuits are each advantageously equipped with a valve such as a solenoid valve remotely controlled to select the resin introduced into the mold at a given time. The invention also relates to a method of molding a composite material part by injecting a high performance thermoplastic resin into a fibrous preform preferably having a volume content of long fibers greater than 50%, which is placed in the mold described above prior to injection. A clamping force is then applied to this mold and the resin melt is injected into it at low pressures. Alternatively, the mold could be ajar during injection.
On contrôle la température d'entrée de la résine au port d'entrée, la température du moule et la température de sortie de la résine au port de sortie de manière à maintenir cette résine à l'état fondu. L'injection est faite en mode isotherme, afin de maintenir la résine à l'état fondu sur toute la chaîne du procédé.The inlet temperature of the resin at the inlet port, the mold temperature, and the exit temperature of the resin at the exit port are controlled to maintain this resin melt. The injection is made in isothermal mode, in order to maintain the resin in the molten state throughout the process chain.
Après la sortie de la résine par le port de sortie, on ferme celui-ci et on vient fermer le moule par la descente des plateaux de la presse pour finir de gaver (remplissage total) la préforme avec la résine fondue jusqu'à obtenir la pression maximale admissible.After the exit of the resin by the output port, it closes it and we close the mold by the descent of the press platens to finish gaving (total filling) the preform with the molten resin to obtain the maximum permissible pressure.
Ensuite, on ferme les inlets d'injection, ou port d'entrée, pour arrêter l'injection et on refroidit le moule via les plateaux de la presse par exemple en enlevant les éléments de protection thermique qui entouraient ceux-ci. Ces éléments de protection thermique sont par exemple des tissus de verre, de silice ou de céramique.Then, the injection inlets, or input port, are closed to stop the injection and the mold is cooled via the press plates, for example by removing the thermal protection elements that surround them. These thermal protection elements are, for example, glass, silica or ceramic fabrics.
On refroidit ainsi le moule à une température inférieure à la température de cristallisation de la résine thermoplastique à hautes performances. On supprime enfin l'application de la force de serrage et on démoule la pièce en matériau composite ainsi obtenue. La pièce peut être démoulée à chaud tant que la température du moule est plus froide que la température de cristallisation de la résine thermoplastique. The mold is thus cooled to a temperature below the crystallization temperature of the high performance thermoplastic resin. Lastly, the application of the clamping force is removed and the piece of composite material thus obtained is demolded. The part can be demolded hot as the temperature of the mold is colder than the crystallization temperature of the thermoplastic resin.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de moulage d'une pièce en matériau composite par l'injection d'une résine thermoplastique à hautes performances dans une préforme fibreuse placée dans un moule (1 , 2) comprenant au moins un port d'entrée (3) et au moins un port de sortie (4) de ladite résine, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes :A method of molding a composite material part by injecting a high performance thermoplastic resin into a fiber preform placed in a mold (1, 2) comprising at least one inlet port (3) and at least one at least one output port (4) of said resin, characterized in that the following steps are carried out:
- on injecte ladite résine à l'état fondu dans ledit moule (1 , 2) à une pression inférieure à environ 40 bars et on contrôle la température d'entrée de ladite résine audit port d'entrée (3), la température dudit moule (1 , 2) et la température de sortie de ladite résine audit port de sortie (4) de manière à maintenir ladite résine à l'état fondu,said resin is injected in the molten state into said mold (1, 2) at a pressure of less than approximately 40 bar and the inlet temperature of said resin is checked at said inlet port (3), the temperature of said mold (1, 2) and the outlet temperature of said resin at said outlet port (4) so as to maintain said resin in the molten state,
- après sortie de ladite résine par ledit port de sortie (4), on ferme ledit port de sortie (4) et on remplit ledit moule (1 , 2) avec ladite résine, - après remplissage dudit moule (1 , 2), on stoppe l'injection de ladite résine et on consolide ladite résine thermoplastique à hautes performances.- after output of said resin by said output port (4), closing said outlet port (4) and filling said mold (1, 2) with said resin, - after filling said mold (1, 2), stopping the injection of said resin and consolidating said high performance thermoplastic resin.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les températures d'entrée, du moule (1 , 2) et de sortie sont identiques à 2% près et encore mieux à 1 % près. 2. Method according to claim 1, characterized in that the inlet, mold (1, 2) and outlet temperatures are identical to 2% and even better to 1%.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que préalablement à l'injection de ladite résine dans ledit moule, on applique une force de serrage audit moule (1 , 2) par l'intermédiaire d'une presse et en ce qu'on chauffe et on refroidit les plateaux (11 , 12) de ladite presse pour contrôler la température dudit moule (1 , 2). 3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that prior to the injection of said resin in said mold, applying a clamping force to said mold (1, 2) via a press and in this heating and cooling the trays (11, 12) of said press to control the temperature of said mold (1, 2).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'injection étant réalisée à l'aide d'un vérin d'injection (9) ou d'une vis d'extrusion-injection, on contrôle la température des éléments dudit vérin (9) ou de ladite vis d'extrusion-injection, destinés à être en contact avec ladite résine pour maintenir ladite résine à l'état fondu. 4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the injection being performed using an injection cylinder (9) or an extrusion-injection screw, it controls the temperature of the elements of said cylinder (9) or said extrusion-injection screw, intended to be in contact with said resin to maintain said resin in the molten state.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on place le volume intérieur dudit moule (1 , 2) sous vide.5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that places the internal volume of said mold (1, 2) under vacuum.
6. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé de moulage d'une pièce en matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ledit dispositif comprenant un circuit d'alimentation en résine d'un moule (1 , 2) apte à recevoir une préforme fibreuse, ledit circuit d'alimentation (5) comprenant au moins un réservoir d'alimentation (8) en résine et au moins un élément d'injection sous pression de ladite résine dans ledit moule (1 , 2), caractérisé en ce que ledit dispositif comporte :6. Device for implementing the method of molding a composite material part according to any one of claims 1 to 5, said device comprising a resin supply circuit of a mold (1, 2) fit receiving a fibrous preform, said supply circuit (5) comprising at least one resin feed tank (8) and at least one pressurized injection element of said resin in said mold (1, 2), characterized in that said device comprises:
- des premiers moyens (10) pour chauffer ledit au moins un circuit d'alimentation (5) à une température au moins égale à la température de fusion de ladite résine de manière à maintenir ladite résine dans un état fondu sur l'ensemble dudit circuit d'alimentation,first means (10) for heating said at least one supply circuit (5) to a temperature at least equal to the melting temperature of said resin so as to maintain said resin in a molten state on the whole of said circuit supply,
- des seconds moyens de chauffage (14) pour chauffer ledit moule (1 , 2) à une température au moins égale à la température de fusion de ladite résine,second heating means (14) for heating said mold (1, 2) to a temperature at least equal to the melting temperature of said resin,
- ledit moule (1 , 2) comprenant au moins un port de sortie (4) relié à un circuit d'évacuation (6) de ladite résine, le dispositif comporte des troisièmes moyens (13) pour chauffer ledit circuit d'évacuation (6) à une température au moins égale à la température de fusion de ladite résine, et - des moyens de contrôle (15, 16) des températures desdits circuits d'alimentation (5) et d'évacuation (6) et dudit moule (1 , 2).said mold (1, 2) comprising at least one outlet port (4) connected to a discharge circuit (6) of said resin, the device comprises third means (13) for heating said evacuation circuit (6); ) at a temperature at least equal to the melting temperature of said resin, and - means (15, 16) for controlling the temperatures of said supply (5) and discharge (6) and said mold (1, 2).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (15, 16) sont aptes à maintenir une température identique à 2% près, et encore mieux à 1 % près, sur l'ensemble formé par lesdits circuits d'alimentation (5) et d'évacuation (6) et ledit moule (1 , 2).7. Device according to claim 6, characterized in that said control means (15, 16) are able to maintain a temperature identical to 2%, and better still within 1%, of the assembly formed by said circuits. supply (5) and discharge (6) and said mold (1, 2).
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'application d'une force de serrage sur ledit moule (1 , 2) comprenant une presse à plateaux (11 , 12), lesdits seconds moyens de chauffage (14) étant destinés à chauffer chacun desdits plateaux (11 , 12). 8. Device according to claim 6 or 7, characterized in that it comprises means for applying a clamping force on said mold (1, 2) comprising a platen press (11, 12), said second means heating means (14) for heating each of said trays (11, 12).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte également des éléments de protection thermique de chacun desdits plateaux (11 , 12).9. Device according to claim 8, characterized in that it also comprises thermal protection elements of each of said plates (11, 12).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle comprennent des capteurs de température (15) reliés à un régulateur PID (16). 10. Device according to any one of claims 6 to 9, characterized in that said control means comprise temperature sensors (15) connected to a PID regulator (16).
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