[go: up one dir, main page]

FR3154035A1 - Ensemble mécanique en composite thermoplastique renforcé de fibres continues et surmoulé, et procédé de fabrication d’un tel ensemble - Google Patents

Ensemble mécanique en composite thermoplastique renforcé de fibres continues et surmoulé, et procédé de fabrication d’un tel ensemble Download PDF

Info

Publication number
FR3154035A1
FR3154035A1 FR2310917A FR2310917A FR3154035A1 FR 3154035 A1 FR3154035 A1 FR 3154035A1 FR 2310917 A FR2310917 A FR 2310917A FR 2310917 A FR2310917 A FR 2310917A FR 3154035 A1 FR3154035 A1 FR 3154035A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
thermoplastic
composite
over
mechanical assembly
injected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2310917A
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre Bedry
Aymeric Azran
Bertrand Laine
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nbk Nobrak
Protoform Bourgogne
Original Assignee
Nbk Nobrak
Protoform Bourgogne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nbk Nobrak, Protoform Bourgogne filed Critical Nbk Nobrak
Priority to FR2310917A priority Critical patent/FR3154035A1/fr
Priority to PCT/FR2024/051328 priority patent/WO2025078771A1/fr
Publication of FR3154035A1 publication Critical patent/FR3154035A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • 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
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/0001—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • 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
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14836—Preventing damage of inserts during injection, e.g. collapse of hollow inserts, breakage
    • 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
    • B29C70/02—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising combinations of reinforcements, e.g. non-specified reinforcements, fibrous reinforcing inserts and fillers, e.g. particulate fillers, incorporated in matrix material, forming one or more layers and with or without non-reinforced or non-filled layers
    • B29C70/021—Combinations of fibrous reinforcement and non-fibrous material
    • 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
    • B29C70/02—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising combinations of reinforcements, e.g. non-specified reinforcements, fibrous reinforcing inserts and fillers, e.g. particulate fillers, incorporated in matrix material, forming one or more layers and with or without non-reinforced or non-filled layers
    • B29C70/026—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising combinations of reinforcements, e.g. non-specified reinforcements, fibrous reinforcing inserts and fillers, e.g. particulate fillers, incorporated in matrix material, forming one or more layers and with or without non-reinforced or non-filled layers and with one or more layers of pure plastics material, e.g. foam layers
    • 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
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
    • B29C70/083—Combinations of continuous fibres or fibrous profiled structures oriented in one direction and reinforcements forming a two dimensional structure, e.g. mats
    • B29C70/085—Combinations of continuous fibres or fibrous profiled structures oriented in one direction and reinforcements forming a two dimensional structure, e.g. mats the structure being deformed in a three dimensional configuration
    • 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
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/22—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure
    • B29C70/226—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure the structure comprising mainly parallel filaments interconnected by a small number of cross threads
    • 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
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/24—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least three directions forming a three dimensional structure
    • 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
    • B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B29C70/443—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding and impregnating by vacuum or injection
    • 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
    • B29C70/461—Rigid movable compressing mould parts acting independently from opening or closing action of the main mould
    • 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
    • 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
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/70—Completely encapsulating inserts
    • 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
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/72—Encapsulating inserts having non-encapsulated projections, e.g. extremities or terminal portions of electrical components
    • 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
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/86—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding
    • 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
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14598—Coating tubular articles
    • B29C45/14614—Joining tubular articles
    • 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
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14778—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the article consisting of a material with particular properties, e.g. porous, brittle
    • B29C45/14786—Fibrous material or fibre containing material, e.g. fibre mats or fibre reinforced material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J1/00—Saddles or other seats for cycles; Arrangement thereof; Component parts
    • B62J1/08—Frames for saddles; Connections between saddle frames and seat pillars; Seat pillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J7/00—Luggage carriers
    • B62J7/02—Luggage carriers characterised by the arrangement thereof on cycles
    • B62J7/04—Luggage carriers characterised by the arrangement thereof on cycles arranged above or behind the rear wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K19/00—Cycle frames
    • B62K19/02—Cycle frames characterised by material or cross-section of frame members
    • B62K19/16—Cycle frames characterised by material or cross-section of frame members the material being wholly or mainly of plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K19/00—Cycle frames
    • B62K19/18—Joints between frame members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K19/00—Cycle frames
    • B62K19/18—Joints between frame members
    • B62K19/28—Means for strengthening joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K21/00—Steering devices
    • B62K21/12—Handlebars; Handlebar stems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

L’invention concerne un ensemble mécanique caractérisé en ce qu’il comprend :- au moins une première partie (1) en composite présentant des mèches (1c) ou rubans de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2%, de préférence maintenues sur un empiècement (1b) par des points de couture (1d) ;- une deuxième partie (2) en thermoplastique sur-injectée dans/autour d’au moins une portion de la première partie (1) en composite. Figure pour l’abrégé : Fig. 13

Description

Ensemble mécanique en composite thermoplastique renforcé de fibres continues et surmoulé, et procédé de fabrication d’un tel ensemble
La présente invention concerne le domaine de la fabrication d’un ensemble mécanique comprenant des pièces thermoplastiques renforcées de fibres continues, bien connues de l’homme du métier sous l’acronyme CFRT de l’anglais « Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic ».
Par fibres continues, on entend des fibres qui ont une longueur significative par rapport aux dimensions de la pièce ou du produit final, notamment de quelques centimètres, en opposition aux fibres courtes généralement de l’ordre de quelques millimètres. En d’autres termes, il s’agit de fibres de longueur telle qu’elles ne peuvent pas être injectées de quelque manière que ce soit, c’est-à-dire ne pouvant pas être apportées autrement que par le biais d'un textile ou d'une préforme.
 Art antérieur
Dans l’état de la technique antérieur, il existe diverses méthodes et dispositifs pour la fabrication de pièces mécaniques complexes en thermoplastique. Ces méthodes incluent des techniques d’estampage, de moulage, d’injection de matière plastique, d’enroulement de fibres composites et de surmoulage.
Des pièces composites thermoplastiques renforcées de fibres continues ou longues (CFRT) sont connues et couramment utilisées pour leur combinaison de résistance, de rigidité et de légèreté. Les CFRT sont utilisés dans une gamme d’applications allant de l’automobile à l’aéronautique, où les performances des matériaux sont essentielles.
Les CFRT à fibres continues ou longues présentent une résistance et une rigidité accrues par rapport aux fibres courtes, car les charges sont réparties plus efficacement et puisque la longueur de fibre n'est plus le facteur limitant les propriétés mécaniques de la pièce (module et effort à contrainte) comme c'est le cas des composites à fibres courtes.
Les pièces en CFRT peuvent être fabriquées selon un procédé d’enroulement filamentaire, où des fibres associées à un polymère, par exemple des fibres imprégnées de résine thermoplastique sont enroulées autour d’un guide. Ces pièces sont ensuite mises sous pression et chauffées pour former une pièce composite rigide et solide. Cependant, ces pièces en CFRT sont limitées en termes de complexité de forme et de fonctionnalité.
Il est également connu dans l’art antérieur d’utiliser des techniques de surmoulage pour ajouter des fonctionnalités supplémentaires ou pour améliorer les propriétés mécaniques d’une pièce. Cependant, le surmoulage de pièces en CFRT peut être difficile en raison de la nature rigide et non malléable du CFRT. De plus, le surmoulage peut entraîner un effondrement ou une déformation de la pièce en CFRT pendant le processus d’injection, ce qui peut affecter la qualité et les performances de la pièce finie.
Une autre difficulté réside dans le maintien en position d’un insert en CFRT dans un moule lors du procédé de sur-injection puisque des différences de dilatation thermique entre l'insert en CFRT et le matériau de surmoulage peuvent provoquer des déformations.
La pression et la vitesse du flux d'injection du thermoplastique peuvent également déplacer l'insert de sa position initiale, surtout si l'insert est léger ou si la conception du moule n'est pas optimale pour le maintenir fermement en place.
Par ailleurs, la technique de l’injection plastique est largement utilisée pour la fabrication de pièces mécaniques du fait de sa capacité à créer des formes complexes avec une grande précision dimensionnelle. Toutefois, cette technique présente certaines contraintes, notamment dans les possibilités limitées de variation d’épaisseur, et de suivi des axes de démoulage spécifiques, limitant ainsi la liberté de conception.
Bien que les techniques de fabrication soient largement utilisées, elles présentent des limitations en termes de complexité de conception, de performances des matériaux et d’efficacité de production. Il existe donc un besoin de surmonter ces limitations.
Il est également connu de réaliser des préformes sous forme de plaques ou préformes planes composites à matrice thermoplastique qui sont découpées à la forme souhaitée. Ces plaques ou préformes planes sont chauffées jusqu’à la fusion du thermoplastique et sont ensuite introduites dans un outillage permettant l’estampage à la forme souhaitée.
Par la suite, des fonctionnalités supplémentaires sont surmoulées par injection, par exemple des détails de forme, des nervures ou des finitions de bord.
Cette technique présente toutefois l’inconvénient de générer des déchets de découpe qui doivent être gérés, et n’est surtout pas adaptée pour la réalisation de pièces complexe à corps creux.
L’un des buts de l’invention est donc de surmonter les limites des techniques précédentes en fournissant un ensemble mécanique combinant l’utilisation de matériaux composites thermoplastiques, éventuellement à corps creux, renforcés de fibres continues, et le surmoulage thermoplastique, pour atteindre des niveaux élevés de résistance, de légèreté et de liberté de forme, tout en conservant un coût de mise en œuvre compatible avec les marchés de masse comme l’automobile ou les sports et loisirs par exemple.
A cet effet, il a été mis au point un ensemble mécanique remarquable en ce qu’il comprend :
- au moins une première partie en composite présentant des mèches ou rubans de fibres continues, par exemple de nature différentes (carbone, verre, etc.), avec un embuvage inférieur à 2%, et de préférence inférieur à 0,5% ;
- une deuxième partie en thermoplastique sur-injectée dans/autour d’au moins une portion de la première partie en composite.
On appelle "mèche", pour la suite de la description, un ensemble de fils ou de fibres continues, guipées ou non, torsadées ou non, lesdits fils ou fibres formant un faisceau, ces fils pouvant être constitués de matériaux de différentes natures, éventuellement imprégnés. Il peut même s'agir d'un ruban avec une matrice intégrée. Les fibres sont associées à un polymère, par exemple des fibres imprégnées d’une matrice thermoplastique consolidée ou non, co-mélées avec des fibres polymères, poudrées de polymère, etc.
L’invention présente l’avantage de pouvoir réaliser en injection des pièces en composite thermoplastiques renforcées aux niveaux des zones de contraintes de la pièce. Par exemple, une application avantageuse est la réalisation d’une tige de selle renforcée aux niveaux des points de fixation à la selle, ou bien un porte bagage de vélo, lui aussi renforcé aux zones critiques de déformation plastique.
L'embuvage dans un composite thermoplastique renforcé de fibres continues fait référence à l'ondulation ou à la déviation des fibres de leur direction parallèle à la surface contre laquelle elles sont appliquées, c’est-à-dire en éloignement de ladite surface. C'est essentiellement une mesure de la courbure ou de la sinuosité des fibres dans la matrice du matériau dans un plan orthogonal à la surface d’application. Un embuvage de 0% indique que les fibres sont parfaitement parallèles à la surface d’application, sans aucune déviation orthogonale. Au contraire, un embuvage supérieur à 0% signifie que les fibres ont une certaine ondulation ou déviation dans le plan orthogonal à la surface d’application. L'embuvage affecte plusieurs propriétés des composites, y compris leur résistance, leur rigidité, leur conductivité thermique, et leur comportement lors de la solidification et du refroidissement.
Selon l’invention, le surmoulage d’une première partie en composite comprenant des mèches de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2% permet :
- une résistance et rigidité accrues : Lorsque les fibres sont parallèles ou quasiment parallèles à la surface d’application, elles sont capables de supporter des charges de manière plus directe et efficace, ce qui se traduit par une résistance et une rigidité accrues du matériau composite dans la direction des fibres ;
- d’améliorer l’état de surface de la pièce, contrairement à un embuvage supérieur à 2% qui générerait des zones riches en matrice/résine selon le motif du tissage/tressage/enroulement, qui présenteraient un rétreint qui pourrait dégrader l'état de surface de même que les propriétés de surface de la pièce ;
- moins de déformation et de retrait : Un embuvage inférieur à 2% permet de réduire les déformations et le retrait du matériau lors de la solidification et du refroidissement, car il y a moins de "jeu" dans la structure de fibres.
Cette configuration offre plusieurs autres avantages. En plus d’augmenter le module d’élasticité de l’ensemble obtenu grâce à l’encastrement et la liaison du fait de la sur-injection, elle offre une importante liberté de forme.
L’invention permet également de proposer des sections à moment d’inertie amplifié, améliorant ainsi la résistance aux efforts normaux et aux moments de flexion.
Cette conception permet d’obtenir un ensemble mécanique avec une excellente résistance à la traction, à la compression et à la torsion. Cela est rendu possible grâce aux mèches ou rubans de fibres continues surmoulées d’une matrice thermoplastique.
L’invention présente également des avantages environnementaux. La matrice du CFRT et le thermoplastique injecté sont recyclables, ce qui contribue à réduire l’impact environnemental du produit final.
La deuxième partie en thermoplastique sur-injectée forme une liaison chimique ou mécanique avec la première partie en composite thermoplastique, ce qui participe aux propriétés de résistance à la traction, à la compression et à la torsion. Lorsque l’empiècement est consolidé, la compatibilité entre la matrice thermoplastique de la première partie et celle du thermoplastique de la deuxième partie sur-injectée créée une adhérence optimale entre l'insert et le matériau de surmoulage, ce qui évite le risque de délamination ou de formation de zones faibles entre les deux matériaux, et permet une meilleure distribution des charges et des contraintes à travers le composite, ce qui est crucial pour la performance mécanique de la pièce finie.
Cette compatibilité entre les matrices est aussi thermique ce qui permet de minimiser les différences de dilatation thermique, et donc les mouvements l’insert (première partie).
La deuxième partie sur-injectée apporte une rigidité supplémentaire et une résistance accrue aux contraintes mécaniques, en plus de permettre l’incorporation de fonctionnalités additionnelles telles que des éléments de liaison, des crochets, etc.
Selon une forme de réalisation particulière, l’ensemble mécanique comprend une troisième partie en composite thermoplastique renforcée de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2%, et la deuxième partie en thermoplastique est également sur-injectée dans/autour d’au moins une portion de la troisième partie. De la même manière les fibres sont associées à un polymère, par exemple des fibres imprégnées d’une matrice thermoplastique consolidée ou non, co-mélées avec des fibres polymères, poudrées de polymère, etc.
Cela permet d’ajouter une couche de complexité à l’ensemble, offrant plus de possibilités pour l’intégration de fonctionnalités et de formes. La deuxième partie en thermoplastique sur-injectée forme une liaison chimique ou mécanique entre deux CFRT.
Avantageusement, pour faciliter l’étape de fabrication de l’ensemble selon l’invention, mais aussi pour permettre le maintien des mèches de fibres avec une géométrie complexe, non linéaire, afin de suivre la géométrie de la pièce finale, la première partie en composite et/ou la troisième partie en composite présente un empiècement comportant les mèches ou rubans de fibres continues maintenues sur l’empiècement par des points de couture.
La définition de "mèche" utilisée évite la confusion de vocabulaire avec le "fil de couture". L’empiècement peut être dit sec et sous la forme d’une base textile puis surmoulé dans l’ensemble mécanique, ou bien dit consolidé avec la base textile noyée dans une matrice thermoplastique.
Avantageusement, la première partie et/ou la troisième partie présente des portions de surfaces surmoulées de thermoplastique comprenant des éléments en creux ou en relief pour favoriser l’accroche de la deuxième partie thermoplastique et participer également à la transmission d’efforts entre ces parties.
Afin de maximiser la transmission des efforts entre la deuxième partie en thermoplastique et la première partie et/ou la troisième partie, les éléments en creux sont débouchants de sorte à être traversés par des portions de deuxième partie en thermoplastique.
De préférence, et pour orienter le flux de thermoplastique sur-injecté dans une direction désirée, par exemple pour que le thermoplastique le plastique arrive bien au-dessus de la partie à surmouler, la première partie et/ou la troisième partie peut présenter des agencements de guidage du flux d’injection. Ces agencements peuvent être de tout type approprié tels qu’une rainure, des parois, nervures ou obstacles ménagés à la surface de ladite partie, forçant le flux de thermoplastique à emprunter un chemin préférentiel.
Selon un mode de réalisation particulier, la troisième partie en composite thermoplastique est tubulaire et sous la forme d’un enroulement de couches successives de fibres continues imprégnées d’une matrice thermoplastique consolidée, l’enroulement des fibres étant réalisé autour d’un axe de la troisième partie en composite et selon des angles par rapport à l’axe compris entre -90° et 90° et différents entre au moins deux couches.
Cette configuration permet par exemple la réalisation d’une âme squelettique en tube CFRT pour un guidon, ou un cadre de vélo.
Dans certaines configurations, et notamment lorsque la deuxième partie en thermoplastique est sur-injectée autour d’une portion tubulaire, l’ensemble mécanique selon l’invention comprend des moyens dits « anti-effondrement », considérés comme perdus et positionnés à l’intérieur des portions tubulaires autour desquelles la deuxième partie en thermoplastique est sur-injectée, et contre lesquels les portions creuses/tubulaires sont plaquées.
Ces moyens perdus, peuvent être de tout type et de toute matière appropriée, et sont dits « anti-effondrement » car ils ont participé à prévenir localement l’effondrement de la structure lors du processus de surmoulage. Ils améliorent donc la fiabilité de la fabrication et permettent aussi d’augmenter encore et localement la résistance de l’ensemble aux contraintes mécaniques.
Cette configuration offre également l’avantage de réduire le prix de l’outillage d’injection en évitant l’utilisation de coulisseaux par exemple.
Avantageusement, les moyens anti-effondrement comprennent des portions de sections variables, par exemple des portions rétrécies ou rapprochées de l’axe de la portion creuse/tubulaire, telles qu’une portion inclinée, une gorge ou un méplat par exemple, ayant permis de réaliser un effondrement dit « désiré » des portions creuses/tubulaires contre les moyens anti-effondrement lors de la sur-injection.
Ceci permet de renforcer la prise d’effort en traction / compression / torsion entre la portion creuse/tubulaire, les moyens anti-effondrement et la deuxième partie en thermoplastique sur-injectée.
Ceci permet également d’avoir une surface externe de la deuxième partie sur-injectée qui puisse être à l’affleurement d’une surface externe de la portion creuse/tubulaire.
Selon une forme de réalisation particulière, les moyens anti-effondrement se présentent sous la forme d’un bouchon permettant ainsi l’obturation de la portion à section fermée, comprenant éventuellement une portion fonctionnalisée en saillie à l’extérieur de la portion à section fermée, pour former par exemple un raccord entre deux parties en composite.
Le surmoulage de corps creux en composite utilisé dans l’invention permet de contourner certaines contraintes traditionnelles de l’injection plastique. Il offre notamment la possibilité de créer des formes non démoulables, des formes aux sections droites incurvées et des volumes à épaisseur variable, etc.
L’invention permet également de réduire le coût de l’outillage d’injection, puisqu’il n’est plus nécessaire de réaliser autant de mouvements dans les moules pour produire des zones dites "ouvertes".
Selon une autre caractéristique, les moyens anti-effondrement peuvent intégrer un insert métallique en prise avec la deuxième partie en thermoplastique sur-injectée afin de solidifier davantage la liaison mécanique entre les différentes parties de l’ensemble, et participer à la résistance aux contraintes mécaniques.
L’ensemble mécanique peut également comprendre un élément expansible tel qu’un joint intumescent ou un matériau activable chimiquement ou sous l’effet de la chaleur, par exemple générée lors du surmoulage ou avant l’injection, positionné entre les moyens anti-effondrement et la portion creuse/tubulaire, qui a notamment augmenté de volume lors de la sur-injection de la deuxième partie thermoplastique, afin d’améliorer davantage la résistance de l’ensemble.
Selon une forme de réalisation particulière, la deuxième partie en thermoplastique est sur-injectée autour de la totalité de la première partie en composite et/ou de la troisième partie en composite.
Cette caractéristique de l’invention permet d’obtenir un ensemble mécanique présentant une âme formée par la première partie en CFRT et une enveloppe en thermoplastique injecté. L’ensemble mécanique ainsi obtenu présente des propriétés mécaniques augmentées par les fibres continues, offrant une résistance comparable, voire supérieure, à celle des métaux dans les directions des fibres et selon la nature des fibres
La première partie en composite et/ou la troisième partie en composite présente des sections variables au niveau des portions autour desquelles la deuxième partie est sur-injectée.
Cela permet par exemple qu’une surface externe de la deuxième partie surmoulée puisse être à l’affleurement d’une surface externe de la première partie en composite et/ou de la troisième partie en composite.
Avantageusement, la deuxième partie est sur-injectée dans une rainure ménagée dans la première partie quand elle est consolidée et/ou la troisième partie et ayant permis de guider le flux d’injection dans une direction désirée, par exemple pour maintenir en position la première partie composite, ou la troisième partie composite lors du procédé de sur-injection. Ceci peut également présenter un intérêt esthétique en permettant de s’assurer que le flux d’injection ne déplace pas l’insert, c’est-à-dire la première partie composite, ou la troisième partie composite, au niveau de la surface visible de l’ensemble mécanique, qui elle-même pourrait être texturée.
L’invention concerne également un procédé de réalisation d’un ensemble mécanique tel que précité, remarquable en ce qu’il consiste à :
- positionner dans un moule au moins une portion d’une première pièce en composite présentant des mèches ou rubans de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2%, de préférence maintenues sur un empiècement par des points de couture ;
- sur-injecter du thermoplastique dans/autour de la portion de la première pièce en composite, pour former un ensemble mécanique comprenant une première partie en composite et une deuxième partie en thermoplastique sur-injectée dans/autour de la première partie.
Ainsi, cette méthode structurée offre une efficacité accrue lors du processus de production, ainsi qu’une répétabilité améliorée, ce qui réduit les coûts de production et les déchets. Par ailleurs, l’opération de surmoulage de la première partie en CFRT est réalisée en une seule étape, sans utiliser de préforme en polymère. Les cadences de production sont donc améliorées.
Selon une autre forme de réalisation, le procédé consiste à positionner également dans le même moule au moins une deuxième pièce en composite thermoplastique renforcée de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2%, et à sur-injecter du thermoplastique aussi dans/autour d’au moins une portion de la deuxième pièce composite, pour former un ensemble mécanique comprenant la deuxième partie en thermoplastique sur-injectée autour de la première partie composite et d’au moins une troisième partie composite.
Selon des formes de réalisation particulière, la deuxième pièce composite présente un empiècement comportant des mèches ou rubans de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2% maintenues sur l’empiècement par des points de couture, l’empiècement étant dit sec et sous la forme d’une base textile, ou bien dit consolidé avec une base textile noyée dans une matrice thermoplastique.
Ou bien, la deuxième pièce composite est sous la forme d’une pièce tubulaire réalisée par un enroulement de couches successives de fibres continues associées à un polymère, l’enroulement des fibres étant réalisé autour d’un axe de la pièce tubulaire et selon des angles par rapport à l’axe compris entre -90° et 90° et différents entre au moins deux couches.
L’avantage qui découle de ces différents modes est la rapidité d’exécution, avec une seule étape de sur-injection.
De préférence, la première pièce en composite et/ou la deuxième pièce en composite présente des surépaisseurs pour que ladite première pièce en composite et/ou ladite deuxième pièce en composite soit en appui de part et d’autre du moule pour la maintenir en position lors de la sur-injection du thermoplastique.
En fonction de la nature de l’ensemble mécanique à réaliser, et si la sur-injection se fait autour de portions creuses/tubulaires, le procédé peut comprendre une étape consistant à positionner, avant la sur-injection, des moyens anti-effondrement à l’intérieur de la ou des portions creuses/tubulaires autour desquelles la deuxième partie en thermoplastique est sur-injectée.
Les moyens anti-effondrement peuvent être perdus, c’est-à-dire qu’ils restent dans l’ensemble mécanique réalisé mais, bien entendu, ils peuvent être amovibles, par exemple du type coulisseau, noyau éclipsable, vessie gonflable, sable, matière incompressible, fluide sous pression maintenu par un ou plusieurs bouchons, éventuellement perdus, et le procédé comprend alors une étape consistant ensuite à retirer lesdits moyens anti-effondrement.
Selon une autre caractéristique avantageuse, le procédé peut comprendre, avant l’étape de sur-injection, une étape consistant à positionner dans le moule des butées escamotables pour orienter le flux de thermoplastique sur-injecté dans une direction désirée, par exemple pour que le thermoplastique le plastique arrive bien au-dessus de la partie à surmouler.
LaFIG. 1est une représentation schématique d’une tige de selle selon l’état de la technique.
LaFIG. 2est une représentation schématique d’un empiècement mis en œuvre dans l’invention, comportant des mèches ou rubans de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2%, et notamment inférieur à 0,5% maintenues sur l’empiècement par des points de couture.
LaFIG. 3illustre un ensemble mécanique forme par la tige de selle de laFIG. 1, renforcée avec l’empiècement de laFIG. 2.
LaFIG. 4est un autre exemple de réalisation d’un ensemble mécanique selon l’invention, consistant en un guidon de vélo.
LaFIG. 5est un autre exemple de réalisation d’un ensemble mécanique selon l’invention, consistant en un cadre de vélo.
LaFIG. 6illustre la mise en place de moyens anti-effondrement et d’un insert à l’intérieur de portion autour desquelles du thermoplastique est sur-injecté.
LaFIG. 7est une vue schématique, en coupe, illustrant le positionnement de butée escamotable pour guider le flux d’injection.
LaFIG. 8est une vue similaire à celle de laFIG. 7, la butée ayant été escamotée
LaFIG. 9illustre un exemple d’une partie en composite comprenant un empiècement mis en œuvre dans l’invention, sous la forme d’un pont de renfort pour porte bagage de vélo.
LaFIG. 10illustre un exemple d’une partie en composite comprenant empiècement mis en œuvre dans l’invention, sous la forme d’un gousset de renfort pour porte bagage de vélo.
LaFIG. 11illustre un ensemble mécanique sous la forme d’un porte bagage de vélo intégrant les parties comprenant des empiècements des figures 9 et 10.
LaFIG. 12illustre un moyens anti-effondrement ayant permis de réaliser un effondrement désiré.
LaFIG. 13illustre un ensemble mécanique sous la forme d’un quadrillage renforcé par une partie comprenant un empiècement comme laFIG. 2.
LaFIG. 14illustre un ensemble mécanique sous la forme d’une poutre renforcée par une partie comprenant un empiècement comme laFIG. 2.
LaFIG. 15illustre un autre exemple d’un ensemble mécanique de l’invention.
LaFIG. 16illustre un autre exemple d’un ensemble mécanique de l’invention.
 Description détaillée de l’invention
En référence aux figures 2 à 16, la présente invention concerne un ensemble mécanique (E) remarquable par sa construction hybride combinant des composites thermoplastiques renforcés de fibres continues et des procédés de sur-injection de thermoplastique.
Cette invention trouve des applications potentielles dans divers domaines, tels que l’industrie automobile, l’aérospatiale, la construction navale, l’industrie du cycle et d’autres secteurs où des composants légers, résistants et durables sont exigés.
En référence aux figures 2 et 3, l’ensemble (E) précité comprend une première partie (1) composite présentant des mèches (1c) ou rubans de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2%, et notamment inférieur à 0,5%, de préférence maintenues sur un empiècement (1b) par des points de couture (1d).
L’empiècement (1b) peut être dit sec et sous la forme d’une base textile puis surmoulé dans l’ensemble mécanique, ou bien dit consolidé avec la base textile noyée dans une matrice thermoplastique.
L’ensemble mécanique (E) comprend ensuite une deuxième partie (2) en thermoplastique qui est sur-injectée dans et/ou autour d’au moins une portion de la première partie (1) composite.
De cette manière, la deuxième partie (2) en thermoplastique est solidement intégrée à la première partie (1) composite, et assure une liaison mécanique et chimique fiable entre les deux matériaux. La sur-injection offre une grande flexibilité en termes de conception, permettant de créer des géométries complexes et de répondre à des besoins spécifiques.
L’invention permet également de concevoir une tige de selle, telle que représentéeFIG. 1, renforcée aux niveaux des zones critiques de déformation plastique, ici en l’occurrence autour des moyens de fixation de la selle, voirFIG. 3.
Selon un autre exemple illustré à laFIG. 13, l’invention présente l’avantage de pouvoir renforcer un ensemble de forme complexe, tout en permettant une économie de matière. Par exemple, la première partie (1) en composite comprenant l’empiècement (1b) possède la forme de la pièce finale, ici une jante en thermoplastique à titre d’exemple, et les fibres sont positionnées uniquement aux endroits nécessaires, il n’y a pas de chute, ni d’opération de découpage. La deuxième partie (2) en thermoplastique vient ensuite surmouler l’ensemble.
Selon un autre exemple illustré à laFIG. 14l’invention permet de renforcer des nervures, par exemple d’une poutre en forme de T, avec des fibres continues et améliore le comportement de la poutre en termes de résistance aux contraintes mécaniques, tel que la flexion.
Selon des modes de réalisation différents, cette technique permet également de lier mécaniquement la première partie (1) composite avec une troisième partie (3) en composite.
Les figures 4 et 5 illustrent la liaison mécanique avec une troisième partie (3) tubulaire en composite thermoplastique renforcée de fibres continues. Cette troisième partie (3) est conçue pour offrir une excellente résistance mécanique, une légèreté et une durabilité accrues par rapport aux matériaux traditionnels. Le composite est formé par l’enroulement de couches successives de rubans ou fibres continues, imprégné(e)s d’une matrice thermoplastique consolidée.
Les fibres continues sont disposées autour d’un axe de la troisième partie (3) composite, et leur orientation varie entre -90° et 90° par rapport à cet axe. Cette variation d’angle entre les couches successives permet d’optimiser la distribution des charges et d’améliorer la résistance aux contraintes multidirectionnelles. De plus, l’embuvage, c’est-à-dire la déviation des fibres de leur direction parallèle à la surface contre laquelle elles sont appliquées, est maintenu en dessous de 0,5% pour garantir des performances mécaniques optimales.
La liaison mécanique de cette troisième partie (3) avec la première partie (1) est réalisée par l’intermédiaire de la deuxième partie (2) sur-injectée autour d’au moins une portion de chaque partie.
L’invention permet alors de réaliser un ensemble mécanique (E) comprenant une troisième partie (3) en composite, sous la forme d’un tube en CFRT pour former un guidon de vélo, une première partie (1) en composite renforcée par des empiècements (1b) tels que précités pour former une potence de guidon, le tout lié par une deuxième partie (2) en thermoplastique sur-injectée autour de la potence et d’au moins une partie du guidon. Selon une forme de réalisation particulière, la deuxième partie (2) en thermoplastique surmoule la totalité de la première partie (1) en composite et de la troisième partie (3) en composite ce qui permet d’obtenir un ensemble mécanique (E) présentant une âme formée par la troisième partie (3) en CFRT et une enveloppe en thermoplastique injecté.
En pratique, la première partie (1) en composite et la troisième partie (3) en composite sont positionnés dans un même moule et le thermoplastique est sur-injecté autour d’au moins une portion de chaque partie, en une seule étape.
Selon un autre exemple illustré à laFIG. 5, cette technique permet de réaliser un ensemble mécanique (E) sous la forme d’un cadre de vélo comprenant des tubes en CFRT en guise de troisième parties (3), reliés mécaniquement par des deuxièmes parties (2) en thermoplastique sur-injectées au moins autour d’une portion d’extrémité des tubes, dont l’une est par exemple renforcée avec l’empiècement (1b) surmoulé précité, formant une première partie (1), par exemple positionné au niveau de la douille de direction.
En pratique, la première partie (1) en composite et les troisièmes parties (3) en composite sont positionnées dans le même moule et du thermoplastique est sur-injecté autour desdites parties pour les lier, en une seule étape, et former l’ensemble mécanique (E).
Pour garantir le succès du processus de sur-injection, l'invention propose l'utilisation de moyens anti-effondrement (4) positionnés à l'intérieur des portions creuses/tubulaires autour desquelles la deuxième partie en thermoplastique est sur-injectée. Ces moyens anti-effondrement (4) assurent que les portions creuses/tubulaires conservent leur forme pendant la sur-injection, évitant ainsi tout effondrement non désiré.
En référence à laFIG. 6, les moyens anti-effondrement (4) peuvent se présenter sous la forme d’un bouchon permettant l’obturation de la portion creuse/tubulaire, et comprenant éventuellement une portion fonctionnalisée en saillie à l’extérieur de la portion creuse/tubulaire.
Sur ces figures, on aperçoit par exemple que la troisième partie (3) en composite sous forme d’un tube CFRT comprend des portions de diamètre variables de sorte que la surface externe de la deuxième partie sur-injectée puisse être à l’affleurement d’une surface externe de la troisième partie (3) en composite. Cela permet également de renforcer la prise d’effort en traction / compression / torsion entre la portion tubulaire et la deuxième partie (2) en thermoplastique sur-injectée.
De la même manière les moyens anti-effondrement (4) comprennent avantageusement des portions de sections variables (4a) pour renforcer la prise d’effort en traction / compression / torsion entre les moyens anti-effondrement (4) et la deuxième partie (2) en thermoplastique sur-injectée.
De préférence et en référence à laFIG. 12, les moyens anti-effondrement (4) présentent des moyens ayant permis de réaliser un effondrement dit « désiré » des portions creuses/tubulaires contre les moyens anti-effondrement (4) lors de la sur-injection. Ces moyens sont illustrés par exemple sous la forme de quatre méplats (4b) régulièrement répartis autour de la circonférence du bouchon.
Les moyens anti-effondrement (4) peuvent également intégrer un insert métallique (5) en prise avec la deuxième partie (2) en thermoplastique sur-injectée afin de solidifier davantage la liaison mécanique entre les différentes parties de l’ensemble, et participer à la résistance aux contraintes mécaniques.
Selon une caractéristique avantageuse, et en référence aux figures 7 et 8, des butées escamotables (6) peuvent être introduites dans le moule (7) pour orienter le flux de thermoplastique sur-injecté. Ces butées escamotables (6) sont conçues pour diriger le thermoplastique de manière précise, garantissant une distribution homogène du thermoplastique, par exemple pour maintenir en position la première partie (1) composite, ou la troisième partie (3) composite lors du procédé de sur-injection. Ceci peut également présenter un intérêt esthétique en permettant de s’assurer que le flux d’injection ne déplace pas l’insert, c’est-à-dire la première partie (1) composite, ou la troisième partie (3) composite, au niveau de la surface visible de l’ensemble mécanique (E). Cette butée (6) peut être conçue pour être escamotée manuellement (commandée), ou bien automatiquement selon la pression et selon la phase d’injection (dynamique ou maintien). Le fait que la butée (6) soit escamotable permet de ne pas avoir d’impact d’un point de vue esthétique, ni perdre de volume dans la pièce finie.
En référence aux figures 9, 10 et 11, et dans le même but, la première partie (1) et/ou la troisième partie (3) peut présenter des agencements (8) de guidage du flux d’injection. Ces agencements (8) peuvent être de tout type approprié tels qu’une rainure, des parois, nervures ou obstacles ménagés à la surface de ladite partie, forçant le flux de thermoplastique à emprunter un chemin préférentiel. Par exemple, en référence aux figures 9, 10 et 11, les agencements (8) sont illustrés sous forme de rainures dans lesquelles l’empiècement (1b) est situé. Les première et troisième parties (1, 3) en composite consolidées sont ensuite positionnées dans un moule (7) et du thermoplastique est sur-injecté autour de l’ensemble pour former par exemple un porte bagage de de vélo.
Une autre solution, par exemple lorsqu’il s’agit de s’assurer que la première parie (1) en composite consolidée reste bien plaquée au bon endroit, serait d’augmenter localement l’épaisseur de ladite première partie (1) pour accélérer le flux de thermoplastique à cet endroit.
En référence à laFIG. 15, la première partie (1) en composite et/ou la troisième partie (3) en composite présente des surépaisseurs (10) pour que ladite première pièce en composite et/ou ladite deuxième pièce en composite soit en appui de part et d’autre du moule pour la maintenir en position lors de la sur-injection du thermoplastique. En pratique, lorsque que le moule est refermé, il vient enserrer et exercer une pression sur ces surépaisseurs qui forment en quelque sorte des entretoises à l’intérieur du moule.
Toujours en référence à laFIG. 15, et afin de favoriser l’accroche de la deuxième partie thermoplastique (2) avec la première partie (1) et/ou la troisième partie (3), et participer également à la transmission d’efforts entre ces parties, la première partie (1) et/ou la troisième partie (3) présente des portions de surfaces surmoulées de thermoplastique comprenant des éléments en creux (9a) ou en relief (9b), tels que des bossages, les éléments en creux (9a) sont de préférence débouchants (orifices) de sorte à être traversés par des portions de deuxième partie en thermoplastique (2) afin de maximiser la transmission des efforts.
En référence à laFIG. 16, les éléments en creux (9a) ou les éléments en relief (9b) comprennent de préférence des sections en contre-dépouille, ici par exemple des sections en queue d’aronde, pour maximiser la tenue de la deuxième partie thermoplastique (2) avec la première partie (1) et/ou la troisième partie (3).
Il ressort de ce qui précède que l’invention fournit bien un ensemble mécanique combinant l’utilisation de matériaux composites thermoplastiques à corps creux renforcés de fibres continues, et le surmoulage thermoplastique, pour atteindre des niveaux élevés de résistance, de légèreté et de liberté de forme, tout en conservant un cout de mise en œuvre compatible avec les marchés de masse comme l’automobile ou les sports et loisirs par exemple.

Claims (12)

  1. Ensemble mécanique caractérisé en ce qu’il comprend :
    - au moins une première partie (1) en composite comportant des mèches (1c) ou rubans de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2% ;
    - une deuxième partie (2) en thermoplastique sur-injectée dans/autour d’au moins une portion de la première partie (1) en composite.
  2. Ensemble mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une troisième partie (3) en composite thermoplastique renforcée de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2%, et en ce que la deuxième partie (2) en thermoplastique est également sur-injectée dans/autour d’au moins une portion de la troisième partie (3).
  3. Ensemble mécanique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (1) et/ou la troisième partie (3) présente des portions de surfaces surmoulées de thermoplastique comprenant des éléments en creux (9a) ou en relief (9b) pour favoriser l’accroche de la deuxième partie en thermoplastique.
  4. Ensemble mécanique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments en creux (9b) sont débouchants de sorte à être traversés par des portions de deuxième partie (2) en thermoplastique pour favoriser la transmission d’effort)
  5. Ensemble mécanique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (1) et/ou la troisième partie (3) présente des agencements (8) de guidage du flux d’injection.
  6. Ensemble mécanique selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première partie (1) en composite et/ou la troisième partie en composite présente un empiècement (1b) comportant les mèches (1c) ou rubans de fibres continues maintenues sur l’empiècement (1b) par des points de couture (1d).
  7. Ensemble mécanique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième partie (2) en thermoplastique est sur-injectée autour de la totalité de la première partie (1) en composite et/ou de la troisième partie (3) en composite.
  8. Procédé de réalisation d’un ensemble mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il consiste à :
    - positionner dans un moule au moins une portion d’une première pièce en composite présentant des mèches (1c) ou rubans de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2% ;
    - sur-injecter du thermoplastique dans/autour de la portion de la première pièce en composite, pour former un ensemble mécanique comprenant une première partie (1) en composite et une deuxième partie (2) en thermoplastique sur-injectée dans/autour de la première partie (1).
  9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il consiste à :
    - positionner également dans le même moule au moins une deuxième pièce en composite thermoplastique renforcée de fibres continues avec un embuvage inférieur à 2% ;
    - sur-injecter du thermoplastique aussi dans/autour d’au moins une portion de la deuxième pièce composite, pour former un ensemble mécanique comprenant la deuxième partie (2) en thermoplastique sur-injectée autour de la première partie (1) composite et d’au moins une troisième partie (3) composite.
  10. Procédé selon l’une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que la première pièce en composite et/ou la deuxième pièce en composite présente un empiècement (1b) comportant les mèches (1c) ou rubans de fibres continues maintenues sur l’empiècement (1b) par des points de couture (1d), l’empiècement (1b) étant dit sec et sous la forme d’une base textile, ou bien dit consolidé avec une base textile noyée dans une matrice thermoplastique.
  11. Procédé selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’il consiste à positionner dans le moule (7) des butées escamotables (6) pour orienter le flux de thermoplastique sur-injecté.
  12. Procédé selon l’une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la première pièce en composite et/ou la deuxième pièce en composite présente des surépaisseurs (10) pour que ladite première pièce en composite et/ou ladite deuxième pièce en composite soit en appui de part et d’autre du moule pour la maintenir en position lors de la sur-injection du thermoplastique.
FR2310917A 2023-10-11 2023-10-11 Ensemble mécanique en composite thermoplastique renforcé de fibres continues et surmoulé, et procédé de fabrication d’un tel ensemble Pending FR3154035A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2310917A FR3154035A1 (fr) 2023-10-11 2023-10-11 Ensemble mécanique en composite thermoplastique renforcé de fibres continues et surmoulé, et procédé de fabrication d’un tel ensemble
PCT/FR2024/051328 WO2025078771A1 (fr) 2023-10-11 2024-10-09 Ensemble mecanique en composite thermoplastique renforce de fibres continues et surmoule, et procede de fabrication d'un tel ensemble

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2310917A FR3154035A1 (fr) 2023-10-11 2023-10-11 Ensemble mécanique en composite thermoplastique renforcé de fibres continues et surmoulé, et procédé de fabrication d’un tel ensemble
FR2310917 2023-10-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3154035A1 true FR3154035A1 (fr) 2025-04-18

Family

ID=89767036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2310917A Pending FR3154035A1 (fr) 2023-10-11 2023-10-11 Ensemble mécanique en composite thermoplastique renforcé de fibres continues et surmoulé, et procédé de fabrication d’un tel ensemble

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3154035A1 (fr)
WO (1) WO2025078771A1 (fr)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09272134A (ja) * 1996-04-04 1997-10-21 Mitsui Toatsu Chem Inc 複合射出成形物及びその製造方法
US20070199797A1 (en) * 2006-02-24 2007-08-30 Dow Global Technologies Inc. Molded parts with fabric surface areas and processes for their production
JP2014156115A (ja) * 2013-01-16 2014-08-28 Toray Ind Inc 繊維強化樹脂の製造方法
WO2015046290A1 (fr) * 2013-09-26 2015-04-02 東レ株式会社 Bande renforcée par des fibres unidirectionnelles et son procédé de fabrication, article moulé comprenant cette bande, et procédé de fabrication d'un article moulé
FR3070401A1 (fr) * 2017-08-23 2019-03-01 Compagnie Chomarat Ruban textile, concu pour l'enrubannage de conduite de transport de fluides a haute pression
US20210237316A1 (en) * 2020-01-31 2021-08-05 Coats & Clark, Inc. Fiber preform and method of making the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09272134A (ja) * 1996-04-04 1997-10-21 Mitsui Toatsu Chem Inc 複合射出成形物及びその製造方法
US20070199797A1 (en) * 2006-02-24 2007-08-30 Dow Global Technologies Inc. Molded parts with fabric surface areas and processes for their production
JP2014156115A (ja) * 2013-01-16 2014-08-28 Toray Ind Inc 繊維強化樹脂の製造方法
WO2015046290A1 (fr) * 2013-09-26 2015-04-02 東レ株式会社 Bande renforcée par des fibres unidirectionnelles et son procédé de fabrication, article moulé comprenant cette bande, et procédé de fabrication d'un article moulé
FR3070401A1 (fr) * 2017-08-23 2019-03-01 Compagnie Chomarat Ruban textile, concu pour l'enrubannage de conduite de transport de fluides a haute pression
US20210237316A1 (en) * 2020-01-31 2021-08-05 Coats & Clark, Inc. Fiber preform and method of making the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "Embuvage - Wikipédia", 6 July 2016 (2016-07-06), XP093135648, Retrieved from the Internet <URL:https://fr.wikipedia.org/wiki/Embuvage> [retrieved on 20240228] *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025078771A1 (fr) 2025-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2550153B1 (fr) Procede de realisation en continu d&#39;une piece de liaison en materiau composite
EP1924426B1 (fr) Procede de fabrication d une piece composite rtm et bielle composite obtenue selon ce procede
EP2407319B2 (fr) Jante ou portion de jante réalisée en matériau composite
EP2946033B1 (fr) Structure fibreuse pour pièce axisymétrique en matériau composite a diamètre évolutif et pièce la comportant
WO2014057058A1 (fr) Bielle monobloc et son procede de fabrication
EP0502796A1 (fr) Elément de monture de lunettes en résine synthétique et procédé de fabrication
EP2969495B1 (fr) Procédé et dispositif de réalisation d&#39;un profilé en matériau thermoplastique renforcé par des fibres, comprenant une étape de mise en tension des fibres au cours de leur imprégnation
EP3999326A1 (fr) Produit composite à paroi mince renforcé par des fils hybrides et procédé de fabrication d&#39;un tel produit
WO2019081441A1 (fr) Procede de collage structural de pieces de structure et insert de surface texturee pour la mise en oeuvre dudit procede
EP1149014B1 (fr) Cadre de cycle en materiau thermoplastique et procede de fabrication associe
FR3154035A1 (fr) Ensemble mécanique en composite thermoplastique renforcé de fibres continues et surmoulé, et procédé de fabrication d’un tel ensemble
FR2957843A1 (fr) Procede de realisation d&#39;une piece de liaison en materiau composite et piece obtenue
FR3154034A1 (fr) Ensemble mécanique en composite thermoplastique renforcé de fibres continues et surmoulé, et procédé de fabrication d’un tel ensemble
CA2735953A1 (fr) Panneau sandwich composite renforce
WO2017174945A1 (fr) Préforme pour matériaux composites comportant des angles resserrés après conformation
FR3081761A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une piece en matiere composite
EP3521001B1 (fr) Pièce préimprégnée comprenant une couche principale et une couche de renfort
FR2820072A1 (fr) Piece mecanique en forme de feuille en elastomere renforcee, son procede de fabrication et moule pour ladite fabrication
FR3061070A1 (fr) Procede de realisation d’un panneau auto raidi en materiaux composites et panneau obtenu par ledit procede
FR3046565A1 (fr)
EP3562656A1 (fr) Pièces structurelles comprenant un insert surmoulé
FR3070897A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un corps moule hybride de forme tubulaire, et corps moule hybride tubulaire ainsi produit
FR2724214A1 (fr) Piece, planiforme et/ou filiforme renforcee d&#39;une ou plusieurs nervures dans sa masse
WO2025262197A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;un profilé composite, profilé obtenu et cadre utilisant un tel profilé
FR3150460A1 (fr) Procede de fabrication d’une piece en materiau composite avec element de renforcement et piece en materiau composite obtenue par un tel procede

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20250418

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3