CA2971421A1 - Outillage et procede d'impregnation d'une preforme fibreuse de revolution - Google Patents
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Abstract
Un procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse (300) avec une résine comprend :
- l'enroulement d'une texture fibreuse (200) sur une surface de moulage (114) d'un outillage d'imprégnation de manière à former une préforme fibreuse de révolution (300), - le placement d'une membrane imperméable et déformable (120) en regard de la face exposée (300a) de la préforme fibreuse (300), la membrane présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage (114) de l'outillage d'imprégnation, l'espace délimité entre la surface de moulage (114) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation, - la fermeture du moule par une pluralité de secteurs angulaires (140) formant contre-moules, l'espace délimité entre la face interne (140a) des secteurs angulaires (140) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - injection d'une résine (10) dans la chambre d'imprégnation, - injection d'un fluide incompressible de compaction (20) dans la chambre de compaction (150), le fluide de compaction exerçant une pression sur la membrane (120) pour forcer la résine (10) à imprégner la préforme fibreuse (300).
- l'enroulement d'une texture fibreuse (200) sur une surface de moulage (114) d'un outillage d'imprégnation de manière à former une préforme fibreuse de révolution (300), - le placement d'une membrane imperméable et déformable (120) en regard de la face exposée (300a) de la préforme fibreuse (300), la membrane présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage (114) de l'outillage d'imprégnation, l'espace délimité entre la surface de moulage (114) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation, - la fermeture du moule par une pluralité de secteurs angulaires (140) formant contre-moules, l'espace délimité entre la face interne (140a) des secteurs angulaires (140) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - injection d'une résine (10) dans la chambre d'imprégnation, - injection d'un fluide incompressible de compaction (20) dans la chambre de compaction (150), le fluide de compaction exerçant une pression sur la membrane (120) pour forcer la résine (10) à imprégner la préforme fibreuse (300).
Description
Titre de l'invention Outillage et procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse de révolution Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne la réalisation de pièces de révolution en matériau composite.
Un domaine d'application de l'invention est plus particulièrement la réalisation de pièces en matériau composite structural, c'est-à-dire des pièces de structure à renfort fibreux densifié par une matrice. Les matériaux composites permettent de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique.
Un procédé usuel d'obtention de pièces de révolution en matériau composite, telles qu'un carter de soufflante de moteur aéronautique est décrit sur les figures 1 et 2. Sur la figure 1, une préforme fibreuse 30 est formée par enroulement d'une texture fibreuse sous forme de bande sur un moule 51 d'un outillage moulage par injection 50. Des contres-moules 52 sont utilisés pour fermer le moule 51. Une fois l'outillage de moulage par injection 50 ainsi fermé, on injecte une résine 60 dans la préforme 30. Plus précisément et comme illustrée sur la figure
Un domaine d'application de l'invention est plus particulièrement la réalisation de pièces en matériau composite structural, c'est-à-dire des pièces de structure à renfort fibreux densifié par une matrice. Les matériaux composites permettent de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique.
Un procédé usuel d'obtention de pièces de révolution en matériau composite, telles qu'un carter de soufflante de moteur aéronautique est décrit sur les figures 1 et 2. Sur la figure 1, une préforme fibreuse 30 est formée par enroulement d'une texture fibreuse sous forme de bande sur un moule 51 d'un outillage moulage par injection 50. Des contres-moules 52 sont utilisés pour fermer le moule 51. Une fois l'outillage de moulage par injection 50 ainsi fermé, on injecte une résine 60 dans la préforme 30. Plus précisément et comme illustrée sur la figure
2, la résine 60 est injectée dans la préforme fibreuse 30 par des ports d'injection 511 présents sur le flasque inférieur 510 du moule 51, des ports de sortie 513 étant présents sur le flasque supérieur 512. La préforme 30 est, par conséquent, imprégnée dans sa section à partir de sa bride inférieure et jusqu'à sa bride supérieure. En fin d'injection de résine, les ports de sortie 513 sont fermés et une pression de consolidation est appliquée par l'intermédiaire des ports d'injection 511. Cette pression de consolidation permet de compléter l'imprégnation de la préforme. Dans certains cas, cette pression de consolidation est nécessaire afin d'éviter un phénomène de mise en vapeur de composants de la résine qui peuvent conduire à la formation de porosités dans la pièce finale.
Cependant, cette technique d'imprégnation nécessite de maîtriser la vitesse d'imprégnation de la préforme fibreuse, c'est-à-dire le débit d'injection de la résine dans l'outillage afin d'éviter la formation de porosités d'écoulement. En effet, si la résine se gélifie prématurément dans un des ports d'injection, la pression de consolidation n'est plus appliquée au niveau de ce port car la pression de consolidation n'est appliquée qu'au niveau des ports d'injection. Dans ce cas, des porosités d'origine chimique peuvent alors se former.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer une solution qui permet d'imprégner des préformes fibreuses de révolution sans risque de formation de porosités.
A cet effet, l'invention propose un procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse avec une résine comprenant :
- l'enroulement d'une texture fibreuse sur une surface de moulage d'un outillage d'imprégnation de manière à former une préforme fibreuse de révolution, l'outillage d'imprégnation comprenant un moule comportant un mandrin s'étendant en largeur suivant une direction axiale entre un premier et deuxième flasques annulaire s'étendant au-dessus du mandrin suivant une direction radiale, les premier et deuxième flasques et le mandrin définissant la surface de moulage sur laquelle la texture fibreuse est enroulée, - le placement d'une membrane imperméable et déformable en regard de la face exposée de la préforme fibreuse, la membrane présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage, la membrane s'étendant dans la direction axiale entre des extrémités libres des premier et deuxième flasques, l'espace délimité entre la surface de moulage et la membrane correspondant à une chambre d'imprégnation, - la fermeture du moule par une pluralité de secteurs angulaires formant contre-moules, les secteurs angulaires étant placés en vis-à-vis de la face exposée de la membrane, chaque secteur angulaire présentant sur sa face interne dans la direction radiale une forme complémentaire de la surface de moulage avec dans la direction axiale une première et une deuxième brides maintenant la membrane en contact avec les extrémités libres des premier et deuxième flasques, l'espace délimité entre la face interne des secteurs angulaires et la membrane correspondant à une chambre de compaction, - l'injection d'une résine dans la chambre d'imprégnation,
Cependant, cette technique d'imprégnation nécessite de maîtriser la vitesse d'imprégnation de la préforme fibreuse, c'est-à-dire le débit d'injection de la résine dans l'outillage afin d'éviter la formation de porosités d'écoulement. En effet, si la résine se gélifie prématurément dans un des ports d'injection, la pression de consolidation n'est plus appliquée au niveau de ce port car la pression de consolidation n'est appliquée qu'au niveau des ports d'injection. Dans ce cas, des porosités d'origine chimique peuvent alors se former.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer une solution qui permet d'imprégner des préformes fibreuses de révolution sans risque de formation de porosités.
A cet effet, l'invention propose un procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse avec une résine comprenant :
- l'enroulement d'une texture fibreuse sur une surface de moulage d'un outillage d'imprégnation de manière à former une préforme fibreuse de révolution, l'outillage d'imprégnation comprenant un moule comportant un mandrin s'étendant en largeur suivant une direction axiale entre un premier et deuxième flasques annulaire s'étendant au-dessus du mandrin suivant une direction radiale, les premier et deuxième flasques et le mandrin définissant la surface de moulage sur laquelle la texture fibreuse est enroulée, - le placement d'une membrane imperméable et déformable en regard de la face exposée de la préforme fibreuse, la membrane présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage, la membrane s'étendant dans la direction axiale entre des extrémités libres des premier et deuxième flasques, l'espace délimité entre la surface de moulage et la membrane correspondant à une chambre d'imprégnation, - la fermeture du moule par une pluralité de secteurs angulaires formant contre-moules, les secteurs angulaires étant placés en vis-à-vis de la face exposée de la membrane, chaque secteur angulaire présentant sur sa face interne dans la direction radiale une forme complémentaire de la surface de moulage avec dans la direction axiale une première et une deuxième brides maintenant la membrane en contact avec les extrémités libres des premier et deuxième flasques, l'espace délimité entre la face interne des secteurs angulaires et la membrane correspondant à une chambre de compaction, - l'injection d'une résine dans la chambre d'imprégnation,
3 - l'injection d'un fluide incompressible de compaction dans la chambre de compaction, le fluide de compaction exerçant une pression sur la membrane pour forcer la résine à imprégner la préforme fibreuse.
En utilisant une membrane imperméable et déformable ainsi qu'une chambre de compaction, il est possible de limiter la vitesse du front de résine lors de l'imprégnation de la préforme fibreuse et de limiter ainsi les porosités d'écoulement. En outre, la résine étant d'abord injectée dans une chambre d'imprégnation avant d'être poussée dans la préforme fibreuse lors de l'injection du fluide compaction, la préforme est imprégnée dans son épaisseur et non plus dans sa section comme dans l'art antérieur décrit ci-avant. Cela permet de réduire encore l'apparition des porosités d'écoulement.
Selon un premier aspect particulier du procédé de l'invention, avant l'injection de la résine dans la chambre d'imprégnation, une dépression est appliquée dans la chambre de compaction.
Cette dépression permet de s'assurer qu'un espace est bien présent entre la membrane et la préforme avant l'injection de la résine.
Ainsi, lors de l'injection de la résine, celle-ci se répand préférentiellement dans l'espace libre et non dans la préforme qui présente une perméabilité
plus faible vis-à-vis de l'espace libre.
Selon un deuxième aspect particulier du procédé de l'invention, la pression du fluide incompressible de compaction appliquée sur la membrane imperméable et déformable est ajustée à une valeur déterminée. Grâce à l'utilisation d'une membrane souple et déformable, la pression est appliquée de manière hydrostatique sur toute la préforme fibreuse. Ainsi, même si localement une partie de la résine gélifie prématurément, la résine à proximité reste toujours sous pression grâce à
la membrane, ce qui permet d'éviter l'apparition des porosités d'origine chimique.
Selon un troisième aspect particulier du procédé de l'invention, la texture fibreuse est obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche.
Les fils de la préforme peuvent être formés de fibres constituées d'un ou plusieurs des matériaux suivants : carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou d'un mélange de plusieurs de ces matériaux.
En utilisant une membrane imperméable et déformable ainsi qu'une chambre de compaction, il est possible de limiter la vitesse du front de résine lors de l'imprégnation de la préforme fibreuse et de limiter ainsi les porosités d'écoulement. En outre, la résine étant d'abord injectée dans une chambre d'imprégnation avant d'être poussée dans la préforme fibreuse lors de l'injection du fluide compaction, la préforme est imprégnée dans son épaisseur et non plus dans sa section comme dans l'art antérieur décrit ci-avant. Cela permet de réduire encore l'apparition des porosités d'écoulement.
Selon un premier aspect particulier du procédé de l'invention, avant l'injection de la résine dans la chambre d'imprégnation, une dépression est appliquée dans la chambre de compaction.
Cette dépression permet de s'assurer qu'un espace est bien présent entre la membrane et la préforme avant l'injection de la résine.
Ainsi, lors de l'injection de la résine, celle-ci se répand préférentiellement dans l'espace libre et non dans la préforme qui présente une perméabilité
plus faible vis-à-vis de l'espace libre.
Selon un deuxième aspect particulier du procédé de l'invention, la pression du fluide incompressible de compaction appliquée sur la membrane imperméable et déformable est ajustée à une valeur déterminée. Grâce à l'utilisation d'une membrane souple et déformable, la pression est appliquée de manière hydrostatique sur toute la préforme fibreuse. Ainsi, même si localement une partie de la résine gélifie prématurément, la résine à proximité reste toujours sous pression grâce à
la membrane, ce qui permet d'éviter l'apparition des porosités d'origine chimique.
Selon un troisième aspect particulier du procédé de l'invention, la texture fibreuse est obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche.
Les fils de la préforme peuvent être formés de fibres constituées d'un ou plusieurs des matériaux suivants : carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou d'un mélange de plusieurs de ces matériaux.
4 La résine peut être choisie parmi au moins une des résines suivantes : résine époxyde, résine précurseur de carbone et résine précurseur de carbure de silicium.
L'invention a également pour objet un outillage d'imprégnation pour une préforme fibreuse, l'outillage comprenant :
- un moule comportant un mandrin s'étendant en largeur suivant une direction axiale entre un premier et deuxième flasques annulaires s'étendant au-dessus du mandrin suivant une direction radiale, les premier et deuxième flasques comportant chacun une extrémité libre s'étendant au-dessus de la surface externe du mandrin dans la direction radiale, les premier et deuxième flasques et le mandrin définissant une surface de moulage sur laquelle une préforme fibreuse est destinée à être mise en forme par enroulement, - une membrane imperméable et déformable présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage, la membrane s'étendant dans la direction axiale entre les extrémités libres des premier et deuxième flasques, l'espace délimité entre la surface de moulage et la membrane correspondant à une chambre d'imprégnation, - une pluralité de secteurs angulaires formant contre-moules, chaque secteur angulaire présentant sur sa face interne dans la direction radiale une forme complémentaire de la surface de moulage avec dans la direction axiale une première et une deuxième brides maintenant la membrane en contact avec les extrémités libres des premier et deuxième flasques, l'espace délimité entre la face interne des secteurs angulaires et la membrane correspondant à une chambre de compaction, - le premier flasque ou le deuxième flasque comprenant au moins un port d'injection de résine débouchant dans la chambre d'imprégnation, - au moins un secteur angulaire comprenant un port d'injection d'un fluide de compaction débouchant dans la chambre de compaction.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de
L'invention a également pour objet un outillage d'imprégnation pour une préforme fibreuse, l'outillage comprenant :
- un moule comportant un mandrin s'étendant en largeur suivant une direction axiale entre un premier et deuxième flasques annulaires s'étendant au-dessus du mandrin suivant une direction radiale, les premier et deuxième flasques comportant chacun une extrémité libre s'étendant au-dessus de la surface externe du mandrin dans la direction radiale, les premier et deuxième flasques et le mandrin définissant une surface de moulage sur laquelle une préforme fibreuse est destinée à être mise en forme par enroulement, - une membrane imperméable et déformable présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage, la membrane s'étendant dans la direction axiale entre les extrémités libres des premier et deuxième flasques, l'espace délimité entre la surface de moulage et la membrane correspondant à une chambre d'imprégnation, - une pluralité de secteurs angulaires formant contre-moules, chaque secteur angulaire présentant sur sa face interne dans la direction radiale une forme complémentaire de la surface de moulage avec dans la direction axiale une première et une deuxième brides maintenant la membrane en contact avec les extrémités libres des premier et deuxième flasques, l'espace délimité entre la face interne des secteurs angulaires et la membrane correspondant à une chambre de compaction, - le premier flasque ou le deuxième flasque comprenant au moins un port d'injection de résine débouchant dans la chambre d'imprégnation, - au moins un secteur angulaire comprenant un port d'injection d'un fluide de compaction débouchant dans la chambre de compaction.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de
5 l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un outillage d'imprégnation selon l'art antérieur, - la figure 2 est une vue schématique en coupe de l'outillage de la figure 1 selon le plan II indiqué sur la figure 1, - la figure 3 est une schématique en perspective éclatée d'un outillage d'imprégnation conformément à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue schématique en perspective de l'outillage de la figure 3 une fois fermé, - la figure 5 est une vue schématique en coupe de l'outillage de la figure 4 selon le plan V indiqué sur la figure 1, - la figure 6A est une vue schématique en perspective montrant la formation d'une préforme fibreuse sur le moule de l'outillage d'imprégnation de la figure 3, - la figure 6B est une vue schématique en perspective montrant la mise en place d'une membrane souple et déformable dans l'outillage d'imprégnation de la figure 3 et la fermeture de l'outillage, - la figure 6C est une vue schématique en perspective montrant l'outillage de la figure 6B une fois fermé, - les figures 7A à 7D sont des vues schématiques en coupe de l'outillage de la figure 6C selon le plan VII indiqué sur la figure 6C
montrant des étapes d'un procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 8 est une vue schématique en perspective d'une pièce obtenue avec un procédé conforme à l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation Les figures 3 à 5 représentent un outillage d'injection ou d'imprégnation 100 conformément à un mode de réalisation de l'invention.
L'outillage d'imprégnation 100 comprend un moule 110 constitué d'un mandrin ou tambour 111 s'étendant en largeur suivant une direction axiale DA entre un premier et deuxième flasques annulaires 112 et 113 solidaires du mandrin 111 et s'étendant au-dessus de celui-ci suivant une
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un outillage d'imprégnation selon l'art antérieur, - la figure 2 est une vue schématique en coupe de l'outillage de la figure 1 selon le plan II indiqué sur la figure 1, - la figure 3 est une schématique en perspective éclatée d'un outillage d'imprégnation conformément à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue schématique en perspective de l'outillage de la figure 3 une fois fermé, - la figure 5 est une vue schématique en coupe de l'outillage de la figure 4 selon le plan V indiqué sur la figure 1, - la figure 6A est une vue schématique en perspective montrant la formation d'une préforme fibreuse sur le moule de l'outillage d'imprégnation de la figure 3, - la figure 6B est une vue schématique en perspective montrant la mise en place d'une membrane souple et déformable dans l'outillage d'imprégnation de la figure 3 et la fermeture de l'outillage, - la figure 6C est une vue schématique en perspective montrant l'outillage de la figure 6B une fois fermé, - les figures 7A à 7D sont des vues schématiques en coupe de l'outillage de la figure 6C selon le plan VII indiqué sur la figure 6C
montrant des étapes d'un procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 8 est une vue schématique en perspective d'une pièce obtenue avec un procédé conforme à l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation Les figures 3 à 5 représentent un outillage d'injection ou d'imprégnation 100 conformément à un mode de réalisation de l'invention.
L'outillage d'imprégnation 100 comprend un moule 110 constitué d'un mandrin ou tambour 111 s'étendant en largeur suivant une direction axiale DA entre un premier et deuxième flasques annulaires 112 et 113 solidaires du mandrin 111 et s'étendant au-dessus de celui-ci suivant une
6 direction radiale DR. Les premier et deuxième flasques 112 et 113 comportent chacun respectivement une extrémité libre 1123, 1133 s'étendant au-dessus de la surface externe 111a du mandrin 111 dans la direction radiale DR. Les faces 112a et 113a en regard l'une de l'autre des flasques 112 et 113 et la surface externe 111a du mandrin 111 définissent ensemble une surface de moulage 114 sur laquelle une préforme fibreuse est destinée à être mise en forme par enroulement comme expliqué ci-après.
L'outillage d'injection 100 comprend également une membrane imperméable et déformable 120 présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage 114. La membrane 120 est préformée mais doit présenter une souplesse suffisante pour pouvoir être mise en place dans l'outillage d'injection. La membrane 120 peut être réalisée par exemple en silicone La membrane 120 s'étend sur toute la circonférence du moule 110 et dans la direction axiale entre les extrémités libres 1123 et 1133 des premier et deuxième flasques 112 et 113 contre lesquelles elle est maintenu une fois le moule 110 fermé
comme expliqué ci-après en détails. L'espace délimité entre la surface de moulage 114 et la face 120b de la membrane 120 en regard de la surface 114 forme une chambre d'imprégnation 130 dans laquelle est disposée une préforme fibreuse à injecter.
L'outillage d'imprégnation 100 comprend en outre une pluralité
de secteurs angulaires 140 formant des contre-moules. Chaque secteur angulaire 140 présente sur sa face interne 140a dans la direction radiale DR une forme complémentaire de la surface de moulage 114 avec, dans la direction axiale DA, une première et une deuxième brides 141 et 142 maintenant la membrane 120 en contact étanche avec les extrémités libres 1120 et 1130 respectivement des premier et deuxième flasques 112 et 113, un contact étanche étant également établi entre la membrane 120 et les première et deuxième brides 141 et 142. L'espace délimité entre la face interne 140a des secteurs angulaires 140 et la face 120a de la membrane 120 en regard de la face 140a correspondant à une chambre de compaction 150.
Dans l'exemple décrit ici, le premier flasque 112 comprend une pluralité de ports d'injection 1120 répartis uniformément dans la direction circonférentielle de l'outillage 100. Chaque port d'injection 1120 débouche
L'outillage d'injection 100 comprend également une membrane imperméable et déformable 120 présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage 114. La membrane 120 est préformée mais doit présenter une souplesse suffisante pour pouvoir être mise en place dans l'outillage d'injection. La membrane 120 peut être réalisée par exemple en silicone La membrane 120 s'étend sur toute la circonférence du moule 110 et dans la direction axiale entre les extrémités libres 1123 et 1133 des premier et deuxième flasques 112 et 113 contre lesquelles elle est maintenu une fois le moule 110 fermé
comme expliqué ci-après en détails. L'espace délimité entre la surface de moulage 114 et la face 120b de la membrane 120 en regard de la surface 114 forme une chambre d'imprégnation 130 dans laquelle est disposée une préforme fibreuse à injecter.
L'outillage d'imprégnation 100 comprend en outre une pluralité
de secteurs angulaires 140 formant des contre-moules. Chaque secteur angulaire 140 présente sur sa face interne 140a dans la direction radiale DR une forme complémentaire de la surface de moulage 114 avec, dans la direction axiale DA, une première et une deuxième brides 141 et 142 maintenant la membrane 120 en contact étanche avec les extrémités libres 1120 et 1130 respectivement des premier et deuxième flasques 112 et 113, un contact étanche étant également établi entre la membrane 120 et les première et deuxième brides 141 et 142. L'espace délimité entre la face interne 140a des secteurs angulaires 140 et la face 120a de la membrane 120 en regard de la face 140a correspondant à une chambre de compaction 150.
Dans l'exemple décrit ici, le premier flasque 112 comprend une pluralité de ports d'injection 1120 répartis uniformément dans la direction circonférentielle de l'outillage 100. Chaque port d'injection 1120 débouche
7 dans la chambre d'imprégnation 130. Les ports d'injection 1120 sont utilisés pour injecter une résine dans la chambre d'imprégnation lorsqu'elle contient une préforme fibreuse à imprégner. Le deuxième flasque 113 peut comprendre une pluralité de ports d'évacuation 1130 en communication avec la chambre d'imprégnation 130 permettant de faciliter l'injection de la résine dans la chambre d'imprégnation en évacuant l'air présent dans la chambre d'imprégnation. Selon une variante de réalisation, les ports d'injection peuvent être placés sur le deuxième flasque 113 tandis que les ports d'évacuation sont placés sur le premier flasque 112 lorsqu'ils sont utilisés. Selon une autre variante, le premier ou le deuxième flasque peut ne comprendre qu'un seul port d'injection.
Dans l'exemple décrit ici, chaque secteur angulaire 140 comprend des ports d'injection 1400 débouchant dans la chambre de compaction 150. Les ports d'injection 1400 sont utilisés pour injecter un fluide compaction dans la chambre de compaction 150 comme décrit ci-après en détails. Les secteurs angulaires 140 peuvent comprendre en outre des ports d'évacuation 1401 permettant de faciliter l'introduction du fluide de compaction dans la chambre de compaction 150 en évacuant l'air présent dans ladite chambre. Selon une variante de réalisation, un ou une partie seulement des secteurs angulaires comprennent un ou plusieurs ports d'injection et éventuellement un ou plusieurs ports d'évacuation.
On décrit maintenant un procédé d'imprégnation d'une résine dans une préforme fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention. Comme illustré sur la figure 6A, le procédé débute par l'enroulement d'une texture fibreuse 200 sur la surface de moulage 114 du moule 110 de l'outillage d'imprégnation 100 de manière à former une préforme fibreuse de révolution 300 (figure 6B). Une fois la préforme 300 ainsi formée, la membrane imperméable et déformable 120 est enroulée autour du moule 110 en regard de la face exposée 300a de la préforme fibreuse 300 (figure 6B). La membrane 120 présente une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage 114. La membrane 120 s'étend dans la direction axiale DA entre les extrémités libres 1123 et 1133 respectivement des premier et deuxième flasques 112 et 113 libres, l'espace délimité entre la surface de moulage 114 et la membrane 112 définissant la chambre d'imprégnation 130.
Dans l'exemple décrit ici, chaque secteur angulaire 140 comprend des ports d'injection 1400 débouchant dans la chambre de compaction 150. Les ports d'injection 1400 sont utilisés pour injecter un fluide compaction dans la chambre de compaction 150 comme décrit ci-après en détails. Les secteurs angulaires 140 peuvent comprendre en outre des ports d'évacuation 1401 permettant de faciliter l'introduction du fluide de compaction dans la chambre de compaction 150 en évacuant l'air présent dans ladite chambre. Selon une variante de réalisation, un ou une partie seulement des secteurs angulaires comprennent un ou plusieurs ports d'injection et éventuellement un ou plusieurs ports d'évacuation.
On décrit maintenant un procédé d'imprégnation d'une résine dans une préforme fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention. Comme illustré sur la figure 6A, le procédé débute par l'enroulement d'une texture fibreuse 200 sur la surface de moulage 114 du moule 110 de l'outillage d'imprégnation 100 de manière à former une préforme fibreuse de révolution 300 (figure 6B). Une fois la préforme 300 ainsi formée, la membrane imperméable et déformable 120 est enroulée autour du moule 110 en regard de la face exposée 300a de la préforme fibreuse 300 (figure 6B). La membrane 120 présente une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage 114. La membrane 120 s'étend dans la direction axiale DA entre les extrémités libres 1123 et 1133 respectivement des premier et deuxième flasques 112 et 113 libres, l'espace délimité entre la surface de moulage 114 et la membrane 112 définissant la chambre d'imprégnation 130.
8 Le moule 110 est ensuite fermé par la pluralité de secteurs angulaires 140 qui forment des contre-moules (figures 6B, 6C et 7A).
Dans l'exemple décrit ici, les secteurs angulaires 140 sont fixés au moyen de vis 1411 qui traversent des orifices 1410 et 1420 présents respectivement sur les brides 141 et 142 des secteurs angulaires 140, les vis étant serrées dans des taraudages 1122 et 1132 réalisés respectivement dans les flasques 112 et 113 (figure 3). La fixation des secteurs angulaires sur les flasques 112 et 113 permet de maintenir les bords 121 et 122 de la membrane 120 en contact étanche à la fois avec les brides des secteurs angulaires 140 et les bords radiaux 121 et 1131 respectivement des flasques 112 et 113. L'espace délimité entre la face interne 140a des secteurs angulaires 140 et la face 120a de la membrane 120 en regard de la face 140a définit la chambre de compaction 150.
Une fois le moule 110 fermé par les secteurs angulaires 140, une résine 10 est injectée dans la chambre d'imprégnation 130 entre la face exposée 300a de la préforme fibreuse et la face 120b de la membrane 120 en regard de la préforme 300 via les ports d'injection 1120 (figure 7B). De manière optionnelle, avant l'injection de la résine dans la chambre d'imprégnation 130, une dépression peut être préalablement appliquée dans la chambre de compaction 150, par exemple en reliant une pompe à vide aux ports d'injection 1400 et aux ports d'évacuation 1401 (figure 7A). Cette dépression permet de s'assurer qu'un espace est bien présent entre la membrane et la préforme avant l'injection de la résine.
Ainsi, lors de l'injection de la résine, celle-ci se répand préférentiellement dans l'espace libre et non dans la préforme qui présente une perméabilité
plus faible vis-à-vis de l'espace libre.
La quantité de résine 10 introduite dans la chambre d'imprégnation 130 est déterminée en fonction du volume de la préforme 300 à imprégner. Lorsque la quantité déterminée de résine 10 a été
injectée dans la chambre d'imprégnation 130, les ports d'injection 1120 et les ports d'évacuation 1130 sont fermés. Un fluide incompressible de compaction 20 est alors introduit dans la chambre de compaction 150 via les ports d'injection 1400 présents sur les secteurs angulaires 1401 (figure 7C). Les ports d'évacuation 1401 sont ouverts dans un premier temps pour permettre de chasser l'air repoussé par le fluide compaction 20, puis
Dans l'exemple décrit ici, les secteurs angulaires 140 sont fixés au moyen de vis 1411 qui traversent des orifices 1410 et 1420 présents respectivement sur les brides 141 et 142 des secteurs angulaires 140, les vis étant serrées dans des taraudages 1122 et 1132 réalisés respectivement dans les flasques 112 et 113 (figure 3). La fixation des secteurs angulaires sur les flasques 112 et 113 permet de maintenir les bords 121 et 122 de la membrane 120 en contact étanche à la fois avec les brides des secteurs angulaires 140 et les bords radiaux 121 et 1131 respectivement des flasques 112 et 113. L'espace délimité entre la face interne 140a des secteurs angulaires 140 et la face 120a de la membrane 120 en regard de la face 140a définit la chambre de compaction 150.
Une fois le moule 110 fermé par les secteurs angulaires 140, une résine 10 est injectée dans la chambre d'imprégnation 130 entre la face exposée 300a de la préforme fibreuse et la face 120b de la membrane 120 en regard de la préforme 300 via les ports d'injection 1120 (figure 7B). De manière optionnelle, avant l'injection de la résine dans la chambre d'imprégnation 130, une dépression peut être préalablement appliquée dans la chambre de compaction 150, par exemple en reliant une pompe à vide aux ports d'injection 1400 et aux ports d'évacuation 1401 (figure 7A). Cette dépression permet de s'assurer qu'un espace est bien présent entre la membrane et la préforme avant l'injection de la résine.
Ainsi, lors de l'injection de la résine, celle-ci se répand préférentiellement dans l'espace libre et non dans la préforme qui présente une perméabilité
plus faible vis-à-vis de l'espace libre.
La quantité de résine 10 introduite dans la chambre d'imprégnation 130 est déterminée en fonction du volume de la préforme 300 à imprégner. Lorsque la quantité déterminée de résine 10 a été
injectée dans la chambre d'imprégnation 130, les ports d'injection 1120 et les ports d'évacuation 1130 sont fermés. Un fluide incompressible de compaction 20 est alors introduit dans la chambre de compaction 150 via les ports d'injection 1400 présents sur les secteurs angulaires 1401 (figure 7C). Les ports d'évacuation 1401 sont ouverts dans un premier temps pour permettre de chasser l'air repoussé par le fluide compaction 20, puis
9 sont fermés dans un deuxième temps afin de permettre la mise sous pression du fluide de compaction.
L'injection du fluide incompressible de compaction 20 dans la chambre de compaction 20 a pour effet de repousser la membrane 120 vers la préforme fibreuse 300 dans des directions indiquées par les flèches représentées sur les figures 7C et 7D et de forcer la résine 10 à pénétrer dans la préforme 300. Au fur et à mesure de l'injection du fluide compaction dans la chambre de compaction 150, la membrane 120 pousse à la fois la résine dans l'espace libre de la chambre d'imprégnation 130 et dans la préforme comme illustré sur les figures 7C et 7D.
En fin d'injection, le fluide incompressible de compaction applique une pression de consolidation sur la membrane 120 qui est également appliquée sur la résine. La pression est donc appliquée de manière hydrostatique sur toute la préforme fibreuse. Ainsi, même si localement une partie de la résine gélifie prématurément, la résine à
proximité reste toujours sous pression grâce à la membrane, ce qui permet d'éviter l'apparition des porosités d'origine chimique. La pression de consolidation du fluide incompressible de compaction appliquée sur la membrane imperméable et déformable est ajustée à une valeur déterminée qui peut être comprise entre 1 et 20 bars.
On obtient alors une préforme fibreuse imprégnée d'un précurseur de matrice. La transformation du précurseur en matrice organique, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage du moule, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère, la préforme étant toujours maintenue dans le moule ayant une forme correspondant à celle de la pièce à réaliser. La matrice organique peut être notamment obtenue à
partir de résines époxydes, telle que, par exemple, la résine époxyde à
hautes performances, ou de précurseurs liquides de matrices carbone ou céramique.
Dans le cas de la formation d'une matrice carbone ou céramique, le traitement thermique consiste à pyrolyser le précurseur organique pour transformer la matrice organique en une matrice carbone ou céramique selon le précurseur utilisé et les conditions de pyrolyse. A
titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines
L'injection du fluide incompressible de compaction 20 dans la chambre de compaction 20 a pour effet de repousser la membrane 120 vers la préforme fibreuse 300 dans des directions indiquées par les flèches représentées sur les figures 7C et 7D et de forcer la résine 10 à pénétrer dans la préforme 300. Au fur et à mesure de l'injection du fluide compaction dans la chambre de compaction 150, la membrane 120 pousse à la fois la résine dans l'espace libre de la chambre d'imprégnation 130 et dans la préforme comme illustré sur les figures 7C et 7D.
En fin d'injection, le fluide incompressible de compaction applique une pression de consolidation sur la membrane 120 qui est également appliquée sur la résine. La pression est donc appliquée de manière hydrostatique sur toute la préforme fibreuse. Ainsi, même si localement une partie de la résine gélifie prématurément, la résine à
proximité reste toujours sous pression grâce à la membrane, ce qui permet d'éviter l'apparition des porosités d'origine chimique. La pression de consolidation du fluide incompressible de compaction appliquée sur la membrane imperméable et déformable est ajustée à une valeur déterminée qui peut être comprise entre 1 et 20 bars.
On obtient alors une préforme fibreuse imprégnée d'un précurseur de matrice. La transformation du précurseur en matrice organique, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage du moule, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère, la préforme étant toujours maintenue dans le moule ayant une forme correspondant à celle de la pièce à réaliser. La matrice organique peut être notamment obtenue à
partir de résines époxydes, telle que, par exemple, la résine époxyde à
hautes performances, ou de précurseurs liquides de matrices carbone ou céramique.
Dans le cas de la formation d'une matrice carbone ou céramique, le traitement thermique consiste à pyrolyser le précurseur organique pour transformer la matrice organique en une matrice carbone ou céramique selon le précurseur utilisé et les conditions de pyrolyse. A
titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines
10 phénoliques, tandis que des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ).
Après la polymérisation, on obtient une pièce 400 telle qu'illustrée sur la figure 8. Le démoulage de la pièce 400 est facilitée par la dilatation différentielle entre le moule 110 métallique, par exemple en acier, et la pièce 400 en composite. Au refroidissement, la pièce 400 se décolle du moule 110. Ce dernier, en plusieurs parties (non représentées sur les figures), est alors ouvert. Le moule 110 peut être globalement en deux parties d'anneau qui ont chacune un flasque 112 ou 113 et qui se séparent axialement à l'ouverture. En variante, le moule 110 peut avoir des flasques qui sont séparés du corps central portant ses supports de fixation, les flasques étant alors séparés du corps. Au final, la pièce 400 est détourée pour enlever l'excès de résine et les chanfreins sont usinés pour obtenir un carter.
La texture fibreuse 200 est obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche réalisé de façon connue au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame. Dans l'exemple décrit ci-avant, le tissage multicouche est un tissage à armure "interlock". Par tissage "interlock", on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. D'autres types de tissage multicouche connus pourront être utilisés, comme notamment ceux décrits dans le document WO 2006/136755 dont le contenu est incorporé ici par voie de référence.
Les fils utilisés pour tisser la texture fibreuse 200 destinée à
former la préforme fibreuse 300 et, par conséquent, le renfort fibreux de la pièce 400 en matériau composite peuvent être notamment formés de fibres constituées d'un des matériaux suivants: carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou d'un mélange de plusieurs de ces matériaux.
Après la polymérisation, on obtient une pièce 400 telle qu'illustrée sur la figure 8. Le démoulage de la pièce 400 est facilitée par la dilatation différentielle entre le moule 110 métallique, par exemple en acier, et la pièce 400 en composite. Au refroidissement, la pièce 400 se décolle du moule 110. Ce dernier, en plusieurs parties (non représentées sur les figures), est alors ouvert. Le moule 110 peut être globalement en deux parties d'anneau qui ont chacune un flasque 112 ou 113 et qui se séparent axialement à l'ouverture. En variante, le moule 110 peut avoir des flasques qui sont séparés du corps central portant ses supports de fixation, les flasques étant alors séparés du corps. Au final, la pièce 400 est détourée pour enlever l'excès de résine et les chanfreins sont usinés pour obtenir un carter.
La texture fibreuse 200 est obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche réalisé de façon connue au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame. Dans l'exemple décrit ci-avant, le tissage multicouche est un tissage à armure "interlock". Par tissage "interlock", on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. D'autres types de tissage multicouche connus pourront être utilisés, comme notamment ceux décrits dans le document WO 2006/136755 dont le contenu est incorporé ici par voie de référence.
Les fils utilisés pour tisser la texture fibreuse 200 destinée à
former la préforme fibreuse 300 et, par conséquent, le renfort fibreux de la pièce 400 en matériau composite peuvent être notamment formés de fibres constituées d'un des matériaux suivants: carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou d'un mélange de plusieurs de ces matériaux.
Claims (7)
1. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse (300) avec une résine comprenant :
- l'enroulement d'une texture fibreuse (200) sur une surface de moulage (114) d'un outillage d'imprégnation (100) de manière à
former une préforme fibreuse de révolution (300), l'outillage d'imprégnation comprenant un moule (110) comportant un mandrin (111) s'étendant en largeur suivant une direction axiale (DA) entre un premier et deuxième flasques annulaire (112, 113) s'étendant au-dessus du mandrin (111) suivant une direction radiale (DR), les premier et deuxième flasques (112, 113) et le mandrin (114) définissant la surface de moulage (114) sur laquelle la texture fibreuse (200) est enroulée, - le placement d'une membrane imperméable et déformable (120) en regard de la face exposée (300a) de la préforme fibreuse (300), la membrane présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage (114), la membrane (120) s'étendant dans la direction axiale (DA) entre des extrémités libres des premier et deuxième flasques, l'espace délimité entre la surface de moulage (114) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation (130), - la fermeture du moule par une pluralité de secteurs angulaires (140) formant contre-moules, les secteurs angulaires étant placés en vis-à-vis de la face exposée (120a) de la membrane (120), chaque secteur angulaire présentant sur sa face interne (140a) dans la direction radiale (DR) une forme complémentaire de la surface de moulage (114) avec dans la direction axiale (DA) une première et une deuxième brides (141, 142) maintenant la membrane en contact avec les extrémités libres des premier et deuxième flasques (112, 113), l'espace délimité entre la face interne (140a) des secteurs angulaires (140) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - l'injection d'une résine (10) dans la chambre d'imprégnation (130), - l'injection d'un fluide incompressible de compaction (20) dans la chambre de compaction (150), le fluide de compaction exerçant une pression sur la membrane (120) pour forcer la résine (10) à
imprégner la préforme fibreuse (300).
- l'enroulement d'une texture fibreuse (200) sur une surface de moulage (114) d'un outillage d'imprégnation (100) de manière à
former une préforme fibreuse de révolution (300), l'outillage d'imprégnation comprenant un moule (110) comportant un mandrin (111) s'étendant en largeur suivant une direction axiale (DA) entre un premier et deuxième flasques annulaire (112, 113) s'étendant au-dessus du mandrin (111) suivant une direction radiale (DR), les premier et deuxième flasques (112, 113) et le mandrin (114) définissant la surface de moulage (114) sur laquelle la texture fibreuse (200) est enroulée, - le placement d'une membrane imperméable et déformable (120) en regard de la face exposée (300a) de la préforme fibreuse (300), la membrane présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage (114), la membrane (120) s'étendant dans la direction axiale (DA) entre des extrémités libres des premier et deuxième flasques, l'espace délimité entre la surface de moulage (114) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation (130), - la fermeture du moule par une pluralité de secteurs angulaires (140) formant contre-moules, les secteurs angulaires étant placés en vis-à-vis de la face exposée (120a) de la membrane (120), chaque secteur angulaire présentant sur sa face interne (140a) dans la direction radiale (DR) une forme complémentaire de la surface de moulage (114) avec dans la direction axiale (DA) une première et une deuxième brides (141, 142) maintenant la membrane en contact avec les extrémités libres des premier et deuxième flasques (112, 113), l'espace délimité entre la face interne (140a) des secteurs angulaires (140) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - l'injection d'une résine (10) dans la chambre d'imprégnation (130), - l'injection d'un fluide incompressible de compaction (20) dans la chambre de compaction (150), le fluide de compaction exerçant une pression sur la membrane (120) pour forcer la résine (10) à
imprégner la préforme fibreuse (300).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, avant l'injection de la résine (10) dans la chambre d'imprégnation (130), une dépression est appliquée dans la chambre de compaction (150).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, la pression du fluide incompressible de compaction (20) appliquée sur la membrane imperméable et déformable (120) est ajustée à une valeur déterminée.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la texture fibreuse (200) est obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les fils de la préforme fibreuse (300) sont formés de fibres constituées d'un ou plusieurs des matériaux suivants : carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou d'un mélange de plusieurs de ces matériaux.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la résine (10) est choisie parmi au moins une des résines suivantes : résine époxyde, résine précurseur de carbone et résine précurseur de carbure de silicium.
7. Outillage d'imprégnation (100) pour une préforme fibreuse (300), l'outillage comprenant :
- un moule (110) comportant un mandrin (111) s'étendant en largeur suivant une direction axiale (D A) entre un premier et deuxième flasques annulaires (112, 113) s'étendant au-dessus du mandrin suivant une direction radiale (D R), les premier et deuxième flasques comportant chacun une extrémité libre s'étendant au-dessus de la surface externe (111a) du mandrin (111) dans la direction radiale, les premier et deuxième flasques (112, 113) et le mandrin (111) définissant une surface de moulage (114) sur laquelle une préforme fibreuse (300) est destinée à
être mise en forme par enroulement, - une membrane imperméable et déformable (120) présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage (114), la membrane s'étendant dans la direction axiale (D A) entre les extrémités libres des premier et deuxième flasques (112, 113), l'espace délimité entre la surface de moulage (114) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation (130), - une pluralité de secteurs angulaires (140) formant contre-moules, chaque secteur angulaire (140) présentant sur sa face interne (140a) dans la direction radiale une forme complémentaire de la surface de moulage (114) avec dans la direction axiale (D A) une première et une deuxième brides (141, 142) maintenant la membrane (120) en contact avec les extrémités libres des premier et deuxième flasques (112, 113), l'espace délimité entre la face interne (140a) des secteurs angulaires (140) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - le premier flasque (112) ou le deuxième flasque (113) comprenant au moins un port d'injection (1120) de résine débouchant dans la chambre d'imprégnation (130), - au moins un secteur angulaire (140) comprenant un port d'injection (1400) d'un fluide de compaction débouchant dans la chambre de compaction (150).
- un moule (110) comportant un mandrin (111) s'étendant en largeur suivant une direction axiale (D A) entre un premier et deuxième flasques annulaires (112, 113) s'étendant au-dessus du mandrin suivant une direction radiale (D R), les premier et deuxième flasques comportant chacun une extrémité libre s'étendant au-dessus de la surface externe (111a) du mandrin (111) dans la direction radiale, les premier et deuxième flasques (112, 113) et le mandrin (111) définissant une surface de moulage (114) sur laquelle une préforme fibreuse (300) est destinée à
être mise en forme par enroulement, - une membrane imperméable et déformable (120) présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage (114), la membrane s'étendant dans la direction axiale (D A) entre les extrémités libres des premier et deuxième flasques (112, 113), l'espace délimité entre la surface de moulage (114) et la membrane (120) correspondant à une chambre d'imprégnation (130), - une pluralité de secteurs angulaires (140) formant contre-moules, chaque secteur angulaire (140) présentant sur sa face interne (140a) dans la direction radiale une forme complémentaire de la surface de moulage (114) avec dans la direction axiale (D A) une première et une deuxième brides (141, 142) maintenant la membrane (120) en contact avec les extrémités libres des premier et deuxième flasques (112, 113), l'espace délimité entre la face interne (140a) des secteurs angulaires (140) et la membrane (120) correspondant à une chambre de compaction (150), - le premier flasque (112) ou le deuxième flasque (113) comprenant au moins un port d'injection (1120) de résine débouchant dans la chambre d'imprégnation (130), - au moins un secteur angulaire (140) comprenant un port d'injection (1400) d'un fluide de compaction débouchant dans la chambre de compaction (150).
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|---|---|---|---|
| CA2971421A CA2971421A1 (fr) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Outillage et procede d'impregnation d'une preforme fibreuse de revolution |
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