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WO2017108953A1 - Procédé et dispositif pour la fabrication d'une pièce composite permettant l'évacuation de gaz hors de la pièce composite - Google Patents

Procédé et dispositif pour la fabrication d'une pièce composite permettant l'évacuation de gaz hors de la pièce composite Download PDF

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WO2017108953A1
WO2017108953A1 PCT/EP2016/082187 EP2016082187W WO2017108953A1 WO 2017108953 A1 WO2017108953 A1 WO 2017108953A1 EP 2016082187 W EP2016082187 W EP 2016082187W WO 2017108953 A1 WO2017108953 A1 WO 2017108953A1
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WO
WIPO (PCT)
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zone
composite
pressure
face
bladder
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2016/082187
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English (en)
Inventor
Patrice Brion
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.)
Ratier Figeac SAS
Original Assignee
Ratier Figeac SAS
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 Ratier Figeac SAS filed Critical Ratier Figeac SAS
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Priority to US16/065,191 priority patent/US10906254B2/en
Priority to GB1811934.7A priority patent/GB2564266B/en
Publication of WO2017108953A1 publication Critical patent/WO2017108953A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B29C2043/3649—Inflatable bladders using gas or fluid and related details

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a composite part and to a device for manufacturing such a part.
  • Polymeric matrix composite materials are increasingly used in many technical and industrial fields, and particularly in the field of aeronautics since they have excellent mechanical properties for a limited mass. They can be used for the realization of tools as for the realization of structural parts.
  • vents in known devices for manufacturing composite parts is very complex to model and to realize.
  • the provision of many vents in the same room increases the tasks performed by the operators of the manufacture of a composite part and makes it more difficult to shape under pressure of the composite part.
  • US 3,128,322 discloses a method of molding a composite part in which a flexible airbag is gradually brought into contact with the composite part to allow uniform distribution of the resin and to avoid air bubbles in the room .
  • the air bag is first brought into contact with the top of a concave surface of a workpiece and progressively moved so that the area of the workpiece on which the pressure is applied extends gradually radially in all directions from the top of the composite part.
  • EP 2 762 297 describes a process for manufacturing a composite part by injecting a resin under vacuum into a mold in which reinforcements in the form of fibers are predisposed.
  • the method and the device for manufacturing such a part comprise a device for distributing the resin, placed under a vacuum sheet, formed of a layer of deformable material whose thickness varies with the advance of the injected resin front. , so as to lift the sheet empty and allow better circulation of the resin.
  • EP 2 762 297 does not disclose the application of pressure to said manufactured composite part.
  • the known methods do not sufficiently evacuate air bubbles that may be present in the composite part prepared.
  • the use of a vacuum bag and / or vents arranged in different areas of the composite part does not ensure the evacuation of any gas bubble present in the material and which could create zones of heterogeneity and substantially reduce the mechanical properties of the composite part thus prepared.
  • the invention aims to overcome these disadvantages. It aims in particular to provide a device and a method for the preparation of a composite part to overcome the problems associated with the presence of gas bubbles in the thickness of the materials forming the composite parts.
  • the object of the invention is to propose a method and a device which are simple, reliable and without additional cost compared with known methods and devices.
  • the invention also aims at providing a process whose implementation is fast, while being compatible with the curing times of the polymer matrices that can be used in the composite parts.
  • the invention relates to a method for manufacturing a part, called composite part, formed of at least one composite material comprising at least one layer of a reinforcement structure impregnated with a polymer matrix in which extends the reinforcement structure, in which: a front part, said composite pre-part, of said composite part is prepared, said composite pre-part having at least one state, said uncured state, in which the polymer matrix is at least partially non-solidified,
  • said pressure is exerted in the form of a pressure gradient (non-zero), said pressure being applied to said pressed face of said composite before-piece between at least a first zone, called maximum pressurization zone, of said pressed face; and at least one second zone, called the gas evacuation zone, of said pressed surface, said maximum pressurization zone being different from said gas evacuation zone and said pressure gradient being directed towards said maximum pressurization zone, so as to circulate any gas present within the composite part from said maximum pressurizing zone to said gas evacuation zone,
  • said pressure gradient is applied using at least one member, called said pressurizing member, applied in contact with said maximum pressurization zone and said gas evacuation zone of said pressed face of said composite pre-piece.
  • the invention extends to a device for manufacturing a composite part according to a method according to the invention.
  • the invention therefore extends to a device for manufacturing a part, called composite part, formed of at least one composite material comprising at least one layer of a reinforcement structure impregnated with a matrix in which extends the reinforcing structure, said device comprising:
  • a front-piece said composite front-piece, of said composite part, said composite front-piece having at least one state, said uncured state, in which the polymer matrix is at least partially non-solidified, said composite front-piece having at least one face, said pressed face, of said composite front-piece, on which a pressure is exerted,
  • said pressurizing member being adapted to be able to exert said pressure in the form of a pressure gradient, said pressure being applied to said pressed face of said composite front-piece enters at least one first zone, called the maximum pressurization zone, of said pressed face, and at least one second zone, called gas evacuation zone, of said pressed face, said maximum pressurization zone being different.
  • said pressurizing member being applied in contact with said maximum pressurizing zone and in contact with said gas evacuation zone of said pressed face of said composite front-piece and said pressure gradient being oriented towards said maximum pressurization zone, so as to circulate any gas present within the composite part from said zone of e maximum pressurization up to said gas evacuation zone.
  • the pressure applied at the level of the maximum pressurization zone is therefore greater than the pressure applied at the gas evacuation zone.
  • a method and a device according to the invention therefore make it possible to migrate the bubbles or gas pockets towards the outside of a composite front-piece so as to obtain, after the polymer matrix of said composite pre-piece has hardened, a composite part devoid of gas or whose gas content in the thickness of said composite pre-piece has at least been reduced with respect to the gas content in the initial pre-piece (before the application of a gradient pressure according to the invention).
  • the gas evacuation zone of the room may for example correspond to an area of the pressed surface of composite front part-piece located at the edge of a edge of said composite front-piece or any zone of said front-piece.
  • composite part facing which can be arranged a vent with a suction port for discharging gases from ⁇ composite before-piece (out of a vacuum bag in which would be arranged for example ⁇ composite before-piece when its shaping and curing step of the polymer matrix).
  • non-solidified polymer matrix is understood to mean any polymeric material (or any material comprising at least one polymer) that is not completely polymerized (in particular in the case of a thermosetting polymer matrix) so that its final shape is not yet fixed and which is elastically deformable or, in the particular case of thermoplastic polymers, any thermoplastic material at a temperature greater than its glass transition temperature and / or its melting temperature (in the absence of application of constraint).
  • said composite pre-piece is shaped prior to said curing step and / or during said step of curing the composite pre-piece polymer matrix.
  • the shaping (for example by die casting) of the composite precursor can be carried out by applying a pressure of between 0.1 MPa and 3 MPa, and in particular between 0.2 MPa and 1.2 MPa.
  • the composite pre-part can cure at room temperature (between 20 ° C and 25 ° C) or be subjected to heat treatment (heating).
  • a heat treatment of said composite front piece is carried out.
  • said heat treatment makes it possible to polymerize said polymer matrix in cases where a thermosetting matrix is used.
  • a heater is used to cure the composite pre-part
  • the application of the pressure can start before or simultaneously with the heating.
  • the front piece and the other elements of the device according to the invention can be placed in an oven or heating may be provided by at least one element (eg mold) which is itself heating.
  • the pressure gradient preferably retains the same sign and therefore does not change orientation between the gas evacuation zone and the maximum pressurization zone.
  • the maximum pressurizing zone is the composite pre-chamber zone where the applied pressure is maximum and the gas evacuation zone is the composite pre-component zone where the pressure applied is minimal (while remaining above atmospheric pressure).
  • the pressure can be continuous or discontinuous.
  • the pressure gradient can be of any shape (linear, conical ). In the case of a pressure gradient whose pressure varies continuously, the pressure is also monotonous (increasing). In the case of a pressure gradient whose pressure varies discontinuously, the pressure may be constant in increments between at least two points and vary monotonically between at least two other points of said pressed face.
  • the pressure applied by said pressurizing member on the maximum pressurization zone is greater than the pressure applied by said pressurizing member on the gas evacuation zone.
  • a face called the pressurizing face
  • said elastically deformable pressurizing member oriented towards the pressed face of said composite front piece and at a non-zero distance from the pressed face of the composite front piece
  • a face, called said pressurized face, opposite said pressurizing face, of said pressurizing member is subjected to a pressure (in particular a gas pressure), called deformation pressure, adapted to elastically deform said pressurizing member, said pressure member pressurization, its arrangement with respect to the pressed face and said deformation pressure being chosen so that the pressurizing face of the pressurizing member is applied in contact with said pressed face of said composite pre-piece at least from the maximum pressurization zone to the gas discharge zone and applies said pressure gradient to the pressed face.
  • the pressurized face is subjected to a deformation pressure adapted to cause a deformation of the pressurizing member for applying a pressure in the form of a pressure gradient on the composite front part.
  • said pressurizing member prior to the application of said pressure gradient, said pressurizing member is disposed at a non-zero distance from the pressed face of the composite front part.
  • said pressurizing member furthermore has an elastic deformation stiffness varying between a zone, called distal zone, of this pressurizing member coming, after application of said deformation pressure, to contact with said zone.
  • rigidity is increasing from the distal zone to the border zone.
  • the rigidity of the pressurizing member means the rigidity of the latter in its deformation modes opposing the application of the pressure exerted on said pressed face. More particularly, the rigidity corresponds for example or is a function of the modulus of elasticity in traction (and / or in compression) of a portion of said pressurizing member and the structural dimensions of the pressurizing member (thickness, thickness, ... ). Thus said pressure gradient is at least partly obtained by a gradient of said rigidity of the pressurizing member.
  • the pressurizing member may have a variable thickness and / or modulus of elasticity.
  • At least one pressurizing member having, before application of said pressure, deformation, a thickness varying between said distal zone and said border zone, the thickness of the edge region of said pressurizing member being greater than the thickness of the distal zone.
  • said thickness of the pressurizing member is increasing from the distal zone to the border zone.
  • At least one pressurizing member which has a modulus of elasticity at least in tension orthogonal to the direction extending between said distal zone and said border zone. , varying between said distal zone and said border zone, said modulus of elasticity of the border zone being greater than said modulus of elasticity of the distal zone.
  • said modulus of elasticity of the pressurizing member increases from the distal zone to the border zone.
  • the pressurizing member is arranged at a predetermined distance from the pressed face of the composite pre-piece, so that, under the effect of the pressure of deformation, the pressurizing member undergoes a relative elongation (AL / L) which varies between said distal zone and said border zone, the relative elongation (AL / L) facing the edge zone being greater than the relative elongation (AL / L) opposite the distal zone.
  • said relative elongation (AL / L) of the pressurizing member is increased from the distal zone to the border zone.
  • said pressure gradient is at least partly obtained by a relative elongation gradient (AL / L) of the pressurizing member under the effect of said deformation pressure.
  • This relative elongation gradient (AL / L) of the pressurizing member can itself be obtained by a gradient of said distance separating the pressurizing member before application of the deformation pressure (the elongation AL being a function increasing this distance); and / or by a gradient of the initial dimensions L and / or shape of the pressurizing member (especially when the latter is symmetrical of revolution) before application of the deformation pressure; and / or by a gradient of the dimensions and / or shape of the pressed face of the front piece (in particular when the latter is symmetrical with revolution).
  • the pressurizing member used to transmit and apply said pressure gradient to the pressed face of the composite front part may be in various forms. It may be a panel or plate having two parallel main faces, one of them being applied in contact with the pressed face of the composite front part-piece and the other of them being that on which is also applied pressure so as to be able to create said pressure gradient on the pressed face of the composite front part.
  • a symmetrical pressurization member of revolution is used around an axis parallel to the orientation of said pressure gradient to be applied.
  • an inflatable bladder in the manner of a balloon is used as a pressurizing member - in particular a symmetrical inflatable bladder of revolution around an axis parallel to the orientation of said pressure gradient to be applied to apply said pressure gradient to the pressed face of the composite precursor.
  • At least one bladder suitable for, in an inflated state (corresponding to the inflation of the bladder by said deformation pressure), is used as a pressurizing member to be applied to the bladder.
  • the bladder is inflatable and has at least one inflated condition used to apply said pressure to the pressed surface of the composite forepart, and at least one non-inflated state in which the bladder exerts no pressure on said pressed front face. composite part.
  • the bladder Before inflation or partial inflation only, that is to say before application of said deformation pressure, the bladder is not in contact with the composite pre-piece (the bladder is separated from said non-zero distance of said pressed face).
  • the bladder progressively comes into contact with the pressed face of the composite pre-piece, until it reaches an inflated state.
  • a device according to the invention is also advantageously characterized in that said pressurizing member comprises at least one inflatable bladder having at least one face, called the pressurizing face, adapted to be disposed after inflation. of the bladder by a pressure, called the deformation pressure, in contact with the pressed face of said composite forepart, and at least one face, said pressurized face, opposite said pressurizing face.
  • said bladder is formed of at least one material chosen from the group of elastomeric materials.
  • Said bladder is formed of at least one elastomeric material selected from the group consisting of silicones, polybutadiene, polyisoprene, copolymers of styrene and butadiene, elastomeric polyurethanes (copolymers comprising polyurethane in particular), polychloroprenes (Neoprene®) fluoroelastomers, mixtures thereof and copolymers thereof.
  • said pressure is applied to the pressed face using at least one bladder comprising:
  • said internal cavity comprising at least one inlet for a fluid for swelling said bladder
  • a bladder used in a device or a method according to the invention is therefore at least made of a flexible membrane which forms the bladder.
  • any fluid especially any gas or liquid, can be used to inflate the bladder.
  • a swelling gas can be chosen in the group consisting of air, oxygen and neutral gases.
  • the internal cavity of said bladder is inflated with nitrogen gas (N 2 in the gaseous state).
  • Several parameters related to the use of such a bladder can be varied in a desired manner to allow the application of a pressure gradient using said bladder.
  • a / L relative elongation
  • the distance separating the bladder and the composite forepart can also be referred to as "shrinkage", and refers to the distance that separates the bladder from the pressed face of the composite forelock when the bladder is partially inflated while being at a non-zero distance.
  • the bladder is inflated with a bladder shaping pressure (lower than the bladder deformation pressure which corresponds to a state in which the bladder is in contact with the composite forepart).
  • a bladder shaping pressure lower than the bladder deformation pressure which corresponds to a state in which the bladder is in contact with the composite forepart.
  • the pressure exerted on the pressed face of the composite pre-piece is equal to the internal pressure of the bladder minus the bladder resistance resistance force per unit area, the bladder resistance resistance force being proportional to the bladder resistance force.
  • the bladder swelling resistance force or stretching force compensates for overpressure.
  • choose a bladder with a diameter less than one predetermined bladder makes it possible to increase AL / L and therefore also to reduce the pressure applied to the pressed face of the composite front part.
  • a bladder having a diameter gradient and / or having a shape such that it allows, in the inflated state, to exert pressure in the form of a pressure gradient on the front ⁇ composite part, taking into account the shape and / or dimensions of the fore-piece itself which could also itself have a non-rectilinear pressed face (neither plane nor adjusted), itself causing a variation of the relative elongation.
  • This is particularly the case with a rotary symmetrical pressed face of radial dimensions varying between said maximum pressurization zone and the gas evacuation zone.
  • the bladder is placed in an inflated state at a pressure less than said deformation pressure at a predetermined non-zero distance from the pressed face of the composite front piece, said predetermined distance varying between said distal zone and said border zone, said predetermined distance opposite the edge zone being greater than the predetermined distance opposite the distal zone.
  • said distance is increasing from the zone distal to the border zone.
  • the bladder in a partially inflated state at a pressure, is placed lower than said deforming pressure, shaping the bladder, so that a predetermined non-zero distance separates said bladder from the pressed face of ⁇ before composite part and then to allow the application of a pressure gradient on said pressed face of the composite pre-piece in an inflated state of the bladder, at said pressure of deformation of the bladder (or at a higher pressure ).
  • the bladder swelling has not yet started (and the bladder is in a fully flexible form) and when the bladder is partially inflated (i.e. forming the bladder less than said deformation pressure) and has a predetermined shape while still being able to be deformed (inflated), the bladder is not disposed in contact with the composite pre-piece.
  • the pressure in the bladder is less than said bladder shaping pressure and when the pressure in the bladder is equal to said bladder shaping pressure, the bladder has no contact zone with said composite forepart.
  • the bladder depending on its diameter in particular
  • the distance to which it is placed de composite before-piece before application of said pressure of deformation of the bladder it is possible to vary the pressure thereafter ( after inflation at said deformation pressure) applied to the pressed face of the composite pre-piece and obtain said pressure gradient.
  • Said distance to be provided between the bladder and composite before-piece before application of said deformation pressure can be determined by finite element calculations or experimentally, preferably so as to avoid the formation of pressure pockets within ⁇ before -pièce, to obtain said gradient of the relative elongation AL / L.
  • said pressure gradient thus comprises at least one dynamic variation of pressure applied during swelling of the bladder (during the displacement of the flexible membrane of the bladder during the swelling of the bladder. ci) allowing the displacement and the evacuation of at least a part of the gas present within ⁇ composite front-piece.
  • Such dynamic pressure variation also has the advantage of allowing air to be expelled between the composite forward part-piece and the bladder during swelling of the bladder and when the bladder sweeps the pressed face of the composite forward part-piece during this swelling.
  • This dynamic pressure variation is preferably followed by maintaining said pressure gradient (static) once the bladder is inflated and the system comprising the forearm and the bladder being at equilibrium.
  • a bladder whose flexible membrane has a variable thickness and / or a variable modulus of elasticity.
  • a method and a device use is made of at least one flexible membrane having a thickness varying between said distal zone of said bladder and said border zone of said bladder, said thickness the edge region of the flexible membrane of the bladder being greater than said thickness of the distal zone of the flexible membrane of the bladder.
  • each elastomer having a different modulus of elasticity.
  • This modulus of elasticity can also be modified by using the same elastomer as a matrix and adding mineral or metal fillers in the form of fibers, particles (powders), threads ... or carbon fibers (or nano tubes or other forms).
  • a device further comprises a pressurization support adapted to maintain said composite pre-piece in position relative to the pressurizing support and to the pressurizing member, in particular a bladder. the inflated state, when said pressurizing member is disposed in contact with said composite front piece.
  • the pressurizing support may also constitute a mold for forming the composite pre-part.
  • the composite pre-part is formed of at least one composite material comprising at least one layer of a reinforcing structure.
  • the reinforcement structure is impregnated with a polymer matrix within which the reinforcement structure extends.
  • the composite front part (and the final composite part obtained) can (/ can) be of any shape and any size.
  • the composite forepart can therefore have a parallelepipedal, spherical, hemispherical, cylindrical or conical shape or any other irregular shape that could be manufactured.
  • the composite forepart can also be at least partially hollow and have an internal space.
  • the reinforcing structure can be any.
  • said reinforcement structure is chosen from the group consisting of monofilaments, cables, bundles, fabrics, strips, sheets, mattresses and sheets.
  • said reinforcing structure comprises at least one reinforcing layer and each reinforcing layer is chosen from the group consisting of plies of woven synthetic fibers, plies of non-woven synthetic fibers, mattresses and plies.
  • said composite part is formed of folds, said pre-impregnated, woven reinforcements impregnated with polymer resin superimposed one above the other.
  • said composite part may be prepared by manual impregnation (with a brush, etc.) of the reinforcing structure by a polymer resin.
  • said polymer matrix is chosen from the group of thermosetting resins, thermoplastic resins and their mixtures.
  • resin any composition at least partially liquid adapted to be cured (irreversibly or possibly reversible in the case of a thermoplastic resin).
  • said polymer matrix of the composite front part is chosen from thermoplastic resins, thermosetting resins and their mixtures.
  • Thermoplastic resins and thermosetting resins may comprise precursors of said thermoplastic polymers or precursors of said thermosetting or non-thermosetting polymers.
  • precursors of thermoplastics or thermosetting is meant any monomer of at least one thermoplastic or thermosetting polymer accompanied optionally by any catalyst or hardener necessary for the polymerization or curing of the resin.
  • thermoplastic resins and “thermosetting resins” is meant any composition comprising at least at least partially polymerized molecules of any thermoplastic or thermosetting material respectively.
  • a thermoplastic resin or a thermosetting resin does not only refer to already fully polymerized compositions but also to compositions that may comprise monomer molecules (not polymerized).
  • the pressure is applied in contact with the composite part during at least part of a polymerization step (and simultaneous shaping or no) of said thermoset resin sand.
  • said composite forepart is hollow and has at least one internal space inside which the bladder is introduced. There is no need to use a pressurizing support, ⁇ composite before-piece itself acting as a pressurizing support.
  • the invention also relates to a method and a device characterized in combination by all or some of the characteristics mentioned above or below.
  • Other aims, features and advantages of the invention appear on reading the following description of one of its preferred embodiments given by way of non-limiting example, and which refers to the appended figures in which:
  • FIG. 1 is a schematic view in longitudinal section of a device according to the invention comprising a pressurizing member
  • FIG. 2a is a diagrammatic view in longitudinal section of a device according to the invention in which an inflatable bladder of variable thickness is used as a pressurizing member, said bladder being in a partially inflated state,
  • FIG. 2b is a diagrammatic view in longitudinal section of a device according to the invention in which an inflatable bladder of variable thickness is used as a pressurizing member, said bladder being in an inflated state,
  • FIG. 3a is a schematic view in longitudinal section of a device according to the invention in which an inflatable bladder of variable modulus of elasticity is used as a pressurizing member, said bladder being in a partially inflated state,
  • FIG. 3b is a diagrammatic view in longitudinal section of a device according to the invention in which an inflatable bladder of variable modulus of elasticity is used as a pressurizing member, said bladder being in an inflated state,
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of a device according to the invention comprising a pressurizing member.
  • FIGS. 1 to 4 show different shaping and curing steps of the polymer resin forming the matrix impregnating a composite pre-piece reinforcing structure 1.
  • FIGS. 1 to 4 show a composite front part 1 comprising several layers superimposed on each other, each layer of composite front part 1 being formed of a reinforcement structure impregnated with a matrix comprising at least one polymer resin .
  • the composite front-piece 1 has a parallelepiped shape and comprises two main free faces including a face, said upper face 2, and a face, said lower face 3, opposite said upper face.
  • the composite pre-part 1 also has a gas evacuation zone 4 comprising at least one edge of said composite pre-piece 1.
  • the composite pre-part 1 is for example formed of an epoxy resin and of mats of carbon fibers superimposed on each other parallel to said pressed face. The pressure is exerted on the composite precursor in a direction normal to the longitudinal direction of said fiber mats.
  • the device according to the invention shown in FIG. 1 comprises a composite pre-piece 1, a pressurizing member 8 and a pressurizing support 20 adapted to hold said composite pre-piece in position when pressure is applied to the front-end. composite part 1.
  • the pressurizing member 8 has a pressurizing face 15, in contact with the pressed face 2 of said composite forepart, and a pressurized face 16, opposite said pressurizing face 15, the pressurizing member being elastically deformable.
  • the pressurizing member 8 shown in Figure 1 is formed of the same material and has a paver shape whose thickness (the shortest distance between the pressurizing face 15 and the pressurized face 16) is constant.
  • the pressurized face 16 is subjected to a constant pressure, such as a gas pressure, and said pressurizing member furthermore has an elastic deformation stiffness varying between said zone of maximum pressurization of said pressed face and said zone of pressure.
  • evacuation of said pressed surface of the composite pre-part that is to say a stiffness gradient between said zone of maximum pressurization of said pressed face and said gas evacuation zone of said pressed face of the composite front-piece.
  • this stiffness gradient is obtained by a modulus of elasticity gradient between said zone of maximum pressurization of said pressed face and said gas evacuation zone. of said pressed face of the composite front part.
  • the pressurizing support 20 may also serve as a mold for giving the composite pre-piece 1 a desired shape.
  • a The hardening stage of the composite polymer die 1 is then also a compression molding step.
  • the pressurizing member 8 makes it possible to apply a pressure gradient illustrated by the arrows 5, 6 and 7 and thus to circulate and evacuate any gas present in the pre-piece 1 in the discharge direction 18.
  • the pressure 5 is greater than the pressure 6, which itself is greater than the pressure applied to the zone 7 closest to the zone 4 for evacuating gases from the composite pre-piece 1.
  • the device according to the invention comprises a composite pre-piece pressurizing device 1 consisting of an inflatable bladder 10 in the form of a balloon comprising a peripheral membrane of flexible material.
  • the bladder 10 comprises an internal cavity 14 comprising a port 12 for entering a swelling gas from said bladder. Before swelling (step not shown), the bladder is in a flexible form in the manner of a more or less flexible fabric and the bladder does not have a predetermined shape.
  • the bladder When the bladder is partially inflated (Figure 2a), the bladder is shaped (symmetrical of revolution about an axis passing through the orifice 12 and corresponding to the orientation of the pressure gradient to be applied to ⁇ composite before-piece 1) and is not in contact with the composite pre-piece 1 nor with a pressurizing support 20.
  • the deformation pressure After an additional swelling up to a pressure, called the deformation pressure, as can be seen in FIG. 2b, the inflatable bladder has an outer pressurizing face 17, applied in contact with the pressed face 2 of the composite front piece 1, and an internal pressurized face delimiting the internal cavity, this pressurized face being opposite to said pressurization.
  • the gas pressure inside the inflatable bladder on the pressurized side of the bladder is greater than the pressure around and outside the bladder (outside the cavity internal 14).
  • the devices shown in FIGS. 2 and 3 also comprise the hollow pressurization support 20 adapted to hold said composite forepart in position when the bladder 10 compresses the composite forward part-piece 1, the bladder 10 and the composite forward part 1 being then disposed within said pressurizing support 20.
  • the pressurizing support 20 used in the embodiments shown in FIGS. 2a to 3b is in the form of a generally parallelepipedal hollow mold, one of whose sides has an opening making it possible to provide a passage for the orifice 12 inflating gas inlet of said bladder, as well as vents 21 and 22 through which the gases discharged through the gas evacuation zone 4 of the composite pre-piece 1 can escape.
  • the peripheral membrane of said bladder has a thickness gradient a, b, c (increasing thicknesses from a to c).
  • the thickness varies continuously, increasing between an area, called distal zone 9 (close to the portion of thickness a of said bladder) and a zone, called the edge zone 13.
  • the edge zone 13 is opposite the gas evacuation zone 4 of the pressed face 2 of the composite front part 1.
  • the distal zone 9 is opposite the maximum pressurized zone of the pressed face 2.
  • the thickness of the border zone 13 of the bladder 10 is greater than the thickness of the distal zone 9 of the bladder 10.
  • a median zone 11 of the bladder having a thickness b located between the distal zone 9 and the edge zone 13 of the bladder 10 is therefore such that that a ⁇ b ⁇ c (the value of the thickness a is less than the value of the thickness b itself smaller than the value of the thickness c).
  • pressure gradient can be constant (affine variation of pressure along the forepart) or not.
  • the application of the pressure on the pressed face during inflation of the bladder comprises a first dynamic phase during the swelling of the bladder 10, the uninflated bladder not being initially in contact with the composite pre-piece 1 and progressively in contact with the composite pre-part 1 during its swelling, until reaching an inflated state, at least at the deformation pressure. Then, once the bladder is inflated and the equilibrium system, said pressure gradient is maintained in order to prolong and finalize the evacuation of the gases present within composite precursor 1.
  • the dynamic variation of pressure which results from the exercise of a pressure gradient by the bladder, may be sufficient to evacuate gases and not require additional pressure maintenance.
  • the application of the bladder 10 inflated so as to come into contact with said composite part by applying pressure on it allows the evacuation of the gases present within the thickness of the composite pre-piece 1 in the direction 18 the gas evacuation zone up to the gas evacuation zone 4 of the composite pre-piece 1.
  • the application of the inflated bladder in contact with said composite part by applying a pressure on it also makes it possible to to control the geometry of the part and to control the rate of fibers in the part, the resin (liquid polymer matrix) can also be evacuated at the area 4 evacuation.
  • the outer membrane of said bladder has a modulus of elasticity varying in different areas of the bladder membrane 10, that is to say say a modulus of elasticity gradient.
  • an area, called distal zone 9, of said bladder 10 has a first modulus of elasticity E 1 .
  • An area, called the median zone 11, of the bladder has a second modulus of elasticity E 2 , E 2 being greater than E 1 .
  • a third zone, called the border zone 13 of the bladder has a modulus of elasticity E 3 , E 3 being greater than E 2 .
  • the median zone 11 is thus disposed between the distal zone 9 and the border zone 13 of the bladder 9.
  • the edge zone 13 is opposite an area of the composite front-piece which is closer to the zone 4 of the bladder. gas evacuation of the pressed face 2 of the composite front part 1 that the area of the pressed face of the composite front part 1 opposite which is disposed the distal zone.
  • the distal zone 9 is opposite an area of the composite pre-piece closer to the maximum pressurized zone of the pressed face 2 than the area of the pressed face 2 of the composite front part 1 with respect to which is disposed the border zone 13.
  • a discontinuous pressure gradient is applied to the pressed face 2 of ⁇ composite front part 1 for the circulation and evacuation of gases in the evacuation direction 18.
  • Such a pressure gradient makes it possible to circulate the gases present within the thickness of the composite pre-piece 1 from the end of the composite pre-piece placed in contact with the distal zone 9 of the bladder towards the gas evacuation zone 4 of the composite front part 1.
  • the application of the pressure according to this pressure gradient on said pressed face comprises a first dynamic phase during the swelling of the bladder 10. Then, once the bladder is inflated, from of the deformation pressure, the pressure gradient can be maintained or not.
  • the internal pressure (strain pressure) inside the bladder is for example between 0.2 MPa and 1.2 MPa.
  • the composite precursor can cure at room temperature (between 20 ° C and 25 ° C) or be subjected to heat treatment (heating) simultaneously with application of the pressure gradient.
  • the composite front part, the bladder and the pressurizing support 20 may be placed in an oven or the heating may be provided by a pressurizing support which is itself heated, for example.
  • the duration during which the gases are discharged from the composite before-piece may for example be between 30min and 45min.
  • the device comprises a composite pre-piece 1, a pressurizing member 26 and a pressurizing support 27 adapted to maintain said counterpart in position composite device when a pressure is applied on the composite front part 1.
  • This device is disposed in an autoclave (not shown) in which there is a pressure greater than the atmospheric pressure adapted to allow the creation of a pressure gradient through the contact of the pressurizing member 26 on the pressed face 2 of said composite pre-piece.
  • the pressurizing member 26 has a pressurizing face 15 adapted to come into contact with the pressed face 2 of said composite forepart when the device is subjected to the pressure prevailing within the autoclave, and a pressurized face 16, opposite to said pressurizing face 15, the pressurizing member being elastically deformable.
  • the pressurizing member 26 having a variable thickness, it makes it possible to apply a pressure gradient, while the pressure applied on its pressurized face 16 is constant and corresponds to the pressure prevailing within the autoclave. Screws and nuts 24, 25 make it possible to fix the pressurizing member 26 to the pressurizing support 27.
  • a vent 23 formed in the thickness of the pressurizing support 27 makes it possible to connect the device to a suction source (empty) . This device makes it possible to circulate and evacuate any gas present in the pre-piece 1 in the evacuation directions 28 and 29, from the center of the composite front piece towards the ends 30 and 31 of the composite front-piece then each forming a gas evacuation zone.
  • a device in another embodiment, it is possible to vary the relative elongation (AL / L) of the wall of the bladder (i.e. stretching of the bladder wall or surface stretching), in particular by varying the distance separating the bladder and the composite front part and / or the dimensions and / or the shape of the bladder, taking into account the shape and the dimensions of the composite front-piece.
  • the distance separating the bladder and the composite forepart designates the distance that separates the bladder from the pressed face of the composite forepart when the bladder is in a partially inflated state, before inflation at the deformation pressure.
  • the pressure exerted on the pressed face of the composite pre-part is equal to the internal pressure of the bladder minus the bladder resistance resistance force per unit area, the bladder resistance resistance force being proportional to the bladder.
  • relative elongation (AL / L) of the bladder wall during swelling as well as the thickness and Young's modulus of the bladder It is also possible to vary the dimensions of the bladder, including the shape and size of the bladder, to also influence this withdrawal before swelling.
  • a bladder formed of a rigid material in a direction (for example the axial direction (or longitudinal direction) which corresponds to the direction of the pressure gradient).
  • a rigid material for example the axial direction (or longitudinal direction) which corresponds to the direction of the pressure gradient.
  • carbon fibers, glass fibers or fibers known as Kevlar® are placed in the material forming the wall of the bladder in the axial direction.
  • the rigidity will then vary in the circumferential direction of the bladder.
  • the material forming the bladder can therefore be anisotropic.
  • the bladder may comprise several internal cavities (for example three internal cavities), the pressure being different in each of said cavities so as to exert a pressure gradient. discontinuous on the pressed face of ⁇ composite front-piece.
  • the invention can be the subject of many variants.
  • the composite front piece may have any shape, for example disc, crown, band or be in the form of a tortuous piece ...
  • one or more bladders can be used simultaneously to prepare the same composite part.
  • each bladder may have in combination a discontinuous thickness and / or a modulus of elasticity discontinuous and / or several internal cavities.
  • the peripheral membrane of the bladder used as a pressurizing member in a device or a method according to the invention may, for example, have five zones of different moduli of elasticity and each of these five zones may have a continuously varying thickness. .
  • Such an embodiment has the advantage of making it possible to achieve a significant pressure gradient while exerting a pressure increasing as regularly as possible, without sudden increase in pressure between each zone having a different modulus of elasticity.
  • each zone of the membrane of the same thickness and / or having the same modulus of elasticity may have variable dimensions (identical or different between them) depending on the pressure to be applied, the type of part, the materials forming ⁇ front-piece ...

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce, dite pièce composite, formée d'au moins un matériau composite comprenant au moins une couche d'une structure de renfort imprégnée d'une matrice polymère au sein de laquelle s'étend la structure de renfort, dans lequel : - on prépare une avant-pièce (1) composite de ladite pièce composite, - on réalise une étape de durcissement de la matrice polymère de ladite avant-pièce composite, en exerçant une pression sur au moins une face pressée (2) de ladite avant-pièce composite, caractérisé en ce qu'on exerce ladite pression, sous la forme d'un gradient de pression, appliquée sur ladite face pressée de ladite avant-pièce composite, de façon à faire circuler le gaz présent au sein de la pièce composite depuis une zone de pressurisation maximale jusqu'à une zone (4) d'évacuation de gaz. L'invention concerne également un dispositif pour la fabrication d'une telle pièce.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF POUR LA FABRICATION D'UNE PIÈCE COMPOSITE PERMETTANT L'ÉVACUATION DE GAZ HORS DE LA PIÈCE
COMPOSITE
L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce composite ainsi qu'un dispositif pour la fabrication d'une telle pièce.
Les matériaux composites à matrice polymère sont de plus en plus utilisés dans de nombreux domaines techniques et industriels, et notamment dans le domaine de l'aéronautique puisqu'ils présentent d'excellentes propriétés mécaniques pour une masse limitée. Ils peuvent être utilisés pour la réalisation d'outillages comme pour la réalisation de pièces structurales.
De nombreux procédés existent pour la préparation, le moulage et la polymérisation de pièces composites en petites séries comme en grandes séries. Ces procédés impliquent généralement l'utilisation de pressions supérieures à la pression atmosphérique. La plupart des procédés de préparation de pièces composites dans lesquels une étape est réalisée dans un autoclave, impliquent également l'utilisation d'un sac à vide disposé autour de la pièce préparée et placé avec la pièce, dans l'autoclave, afin d'obtenir un taux de fibres prédéterminé dans la pièce, de contrôler la géométrie de la pièce et d'évacuer par des évents les gaz présents au sein de la pièce.
La disposition d' évents dans les dispositifs connus de fabrication de pièces composites est très complexe à modéliser et à réaliser. D'autre part, la disposition de nombreux évents dans une même pièce alourdit les tâches effectuées par les opérateurs de la fabrication d'une pièce composite et rend plus difficile la mise en forme sous pression de la pièce composite.
US 3 128 322 décrit un procédé de moulage d'une pièce composite dans lequel un sac gonflable flexible est progressivement mis en contact avec la pièce composite afin de permettre une distribution uniforme de la résine et d'éviter les bulles d'air dans la pièce. Le sac gonflable est d'abord porté au contact du sommet d'une surface concave d'une pièce et progressivement déplacé de façon à ce que la zone de la pièce sur laquelle est appliquée la pression s'étende progressivement radialement dans toutes les directions à partir du sommet de la pièce composite.
EP 2 762 297 décrit un procédé de fabrication d'une pièce composite par injection d'une résine sous vide dans un moule dans lequel sont prédisposés des renforts sous forme de fibres. Le procédé et le dispositif de fabrication d'une telle pièce comprennent un dispositif de distribution de la résine, disposé sous un feuillet à vide, formé d'une couche en matériau déformable dont l'épaisseur varie avec l'avancée du front de résine injectée, de façon à soulever le feuillet à vide et permettre une meilleure circulation de la résine. EP 2 762 297 ne décrit pas l'application d'une pression sur ladite pièce composite fabriquée. En outre, les procédés connus ne permettent pas d'évacuer de manière suffisamment efficace les bulles d'air susceptibles d'être présentes au sein de la pièce composite préparée. En particulier, l'utilisation d'un sac à vide et/ou d'évents disposés dans différentes zones de la pièce composite ne permet pas de s'assurer de l'évacuation de toute bulle de gaz présente dans le matériau et qui risquerait de créer des zones d'hétérogénéité et de diminuer sensiblement les propriétés mécaniques de la pièce composite ainsi préparée.
L'invention vise à pallier ces inconvénients. Elle vise en particulier à proposer un dispositif et un procédé pour la préparation d'une pièce composite permettant de pallier les problèmes liés à la présence de bulles de gaz dans l'épaisseur des matériaux formant les pièces composites.
L'invention vise à proposer un procédé et un dispositif simples, fiables et sans surcoût par rapport aux procédés et aux dispositifs connus.
L'invention vise également à proposer un procédé dont la mise en œuvre est rapide, tout en étant compatible avec les durées de durcissement des matrices polymères susceptibles d'être utilisées dans les pièces composites.
Pour ce faire, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce, dite pièce composite, formée d'au moins un matériau composite comprenant au moins une couche d'une structure de renfort imprégnée d'une matrice polymère au sein de laquelle s'étend la structure de renfort, dans lequel : on prépare une avant-pièce, dite avant-pièce composite, de ladite pièce composite, ladite avant-pièce composite présentant au moins un état, dit état non- durci, dans lequel la matrice polymère est au moins en partie non solidifiée,
on réalise une étape de durcissement de la matrice polymère de ladite avant-pièce composite,
au cours d'au moins une partie de ladite étape de durcissement, on exerce une pression sur au moins une face, dite face pressée, de ladite avant-pièce composite,
caractérisé en ce que :
- on exerce ladite pression sous la forme d'un gradient de pression (non nul), ladite pression étant appliquée sur ladite face pressée de ladite avant-pièce composite entre au moins une première zone, dite zone de pressurisation maximale, de ladite face pressée, et au moins une deuxième zone, dite zone d'évacuation de gaz, de ladite face pressée, ladite zone de pressurisation maximale étant différente de ladite zone d'évacuation de gaz et ledit gradient de pression étant orienté vers ladite zone de pressurisation maximale, de façon à faire circuler tout gaz présent au sein de la pièce composite depuis ladite zone de pressurisation maximale jusqu'à ladite zone d'évacuation de gaz,
on applique ledit gradient de pression à l'aide d'au moins un organe, dit organe de pressurisation, appliqué au contact de ladite zone de pressurisation maximale et de ladite zone d'évacuation de gaz de ladite face pressée de ladite avant-pièce composite.
L'invention s'étend à un dispositif pour la fabrication d'une pièce composite selon un procédé selon l'invention. L'invention s'étend donc à un dispositif pour la fabrication d'une pièce, dite pièce composite, formée d'au moins un matériau composite comprenant au moins une couche d'une structure de renfort imprégnée d'une matrice au sein de laquelle s'étend la structure de renfort, ledit dispositif comprenant :
une avant-pièce, dite avant-pièce composite, de ladite pièce composite, ladite avant-pièce composite présentant au moins un état, dit état non- durci, dans lequel la matrice polymère est au moins en partie non solidifiée, ladite avant-pièce composite présentant au moins une face, dite face pressée, de ladite avant-pièce composite, sur laquelle une pression est exercée,
caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe de pressurisation de ladite avant-pièce composite, ledit organe de pressurisation étant adapté pour pouvoir exercer ladite pression sous la forme d'un gradient de pression, ladite pression étant appliquée sur ladite face pressée de ladite avant-pièce composite entre au moins une première zone, dite zone de pressurisation maximale, de ladite face pressée, et au moins une deuxième zone, dite zone d'évacuation de gaz, de ladite face pressée, ladite zone de pressurisation maximale étant différente de ladite zone d'évacuation de gaz, ledit organe de pressurisation étant appliqué au contact de ladite zone de pressurisation maximale et au contact de ladite zone d'évacuation de gaz de ladite face pressée de ladite avant-pièce composite et ledit gradient de pression étant orienté vers ladite zone de pressurisation maximale, de façon à faire circuler tout gaz présent au sein de la pièce composite depuis ladite zone de pressurisation maximale jusqu'à ladite zone d'évacuation de gaz. La pression appliquée au niveau de la zone de pressurisation maximale est donc supérieure à la pression appliquée au niveau de la zone d'évacuation de gaz.
Un procédé et un dispositif selon l'invention permettent donc de faire migrer les bulles ou poches de gaz vers l'extérieur d'une avant-pièce composite de façon à obtenir, après le durcissement de la matrice polymère de ladite avant-pièce composite, une pièce composite dénuée de gaz ou dont la teneur en gaz dans l'épaisseur de ladite avant-pièce composite a au moins été diminuée par rapport à la teneur en gaz dans l'avant- pièce initiale (avant l'application d'un gradient de pression selon l'invention). Pour ce faire, il suffit donc d'appliquer sur la face pressée de Γ avant-pièce composite une pression variant tangentiellement à cette face pressée et augmentant dans un sens allant de tout point de Γ avant-pièce vers une zone d'évacuation de gaz de ladite avant-pièce ou encore d'un bord externe à un autre bord externe de Γ avant-pièce composite.
La zone d'évacuation de gaz de la pièce peut par exemple correspondre à une zone de la surface pressée de Γ avant-pièce composite située au bord d'un chant de ladite avant-pièce composite ou de toute zone de ladite avant- pièce composite en regard de laquelle peut être disposée un évent avec une bouche d'aspiration permettant d'évacuer les gaz issus de Γ avant-pièce composite (hors d'un sac à vide dans lequel serait par exemple disposée Γ avant-pièce composite lors de sa mise en forme et de l'étape de durcissement de la matrice polymère).
Dans tout le texte, on entend par « matrice polymère non solidifiée » tout matériau polymère (ou tout matériau comprenant au moins un polymère) non entièrement polymérisé (en particulier dans le cas d'une matrice polymère thermodurcissable) de sorte que sa forme finale n'est pas encore figée et qui est élastiquement déformable ou, dans le cas particulier des polymères thermoplastiques, tout matériau thermoplastique à une température supérieure à sa température de transition vitreuse et/ou à sa température de fusion (en l'absence d'application de contrainte).
Avantageusement et selon l'invention, on met en forme ladite avant-pièce composite préalablement à ladite étape de durcissement et/ou au cours de ladite étape de durcissement de la matrice polymère de Γ avant-pièce composite. La mise en forme (par exemple par moulage sous pression) de Γ avant-pièce composite peut être réalisée en appliquant une pression comprise entre 0, 1 MPa et 3 MPa, et en particulier entre 0,2 MPa et 1,2 MPa.
L'avant-pièce composite peut durcir à la température ambiante (entre 20°C et 25 °C) ou être soumise à un traitement thermique (chauffage). Avantageusement et selon l'invention, simultanément à ladite étape de durcissement au cours de laquelle on applique un gradient de pression sur Γ avant- pièce composite, on réalise un traitement thermique de ladite avant-pièce composite. En particulier, avantageusement et selon l'invention, ledit traitement thermique permet de réaliser une polymérisation de ladite matrice polymère dans les cas où une matrice thermodurcissable est utilisée. Au terme d'une telle étape de polymérisation d'une matrice polymère thermodurcissable, ladite matrice polymère se trouve donc dans un état durci. Dans le cas où un chauffage est utilisé pour durcir Γ avant-pièce composite, l'application de la pression peut démarrer préalablement ou simultanément au chauffage. Pour réaliser ledit traitement thermique, Γ avant- pièce et les autres éléments du dispositif selon l'invention peuvent être placés dans une étuve ou le chauffage peut être apporté par au moins un élément (moule par exemple) qui est lui-même chauffant.
Avantageusement et selon l'invention, le gradient de pression conserve de préférence le même signe et ne change donc pas d'orientation entre la zone d'évacuation de gaz et la zone de pressurisation maximale. En particulier, la zone de pressurisation maximale est la zone de Γ avant-pièce composite où la pression appliquée est maximale et la zone d'évacuation de gaz est la zone de Γ avant-pièce composite où la pression appliquée est minimale (tout en restant supérieure à la pression atmosphérique). Avantageusement et selon l'invention, la pression peut être continue ou discontinue. Le gradient de pression peut être de forme quelconque (linéaire, conique...). Dans le cas d'un gradient de pression dont la pression varie de façon continue, la pression est également monotone (croissante). Dans le cas d'un gradient de pression dont la pression varie de façon discontinue, la pression peut être constante par paliers entre au moins deux points et varier de façon monotone entre aux moins deux autres points de ladite face pressée.
Avantageusement et selon l'invention, la pression appliquée par ledit organe de pressurisation sur la zone de pressurisation maximale est supérieure à la pression appliquée par ledit organe de pressurisation sur la zone d'évacuation de gaz
Avantageusement et selon l'invention, pour appliquer ledit gradient de pression :
on dispose une face, dite face de pressurisation, d'au moins un organe, dit organe de pressurisation élastiquement déformable orientée vers la face pressée de ladite avant-pièce composite et à distance non nulle de la face pressée de Γ avant-pièce composite,
puis on soumet une face, dite face pressurisée, opposée à ladite face de pressurisation, dudit organe de pressurisation à une pression (en particulier une pression de gaz), dite pression de déformation, adaptée pour déformer élastiquement ledit organe de pressurisation, ledit organe de pressurisation, sa disposition par rapport à la face pressée et ladite pression de déformation étant choisis pour que la face de pressurisation de l'organe de pressurisation soit appliquée au contact de ladite face pressée de ladite avant-pièce composite au moins depuis la zone de pressurisation maximale jusqu'à la zone d'évacuation de gaz et applique ledit gradient de pression sur la face pressée. La face pressurisée est soumise à une pression de déformation adaptée pour entraîner une déformation de l'organe de pressurisation permettant d'appliquer une pression sous la forme d'un gradient de pression sur l'avant- pièce composite. Avantageusement et selon l'invention, préalablement à l'application dudit gradient de pression, on dispose ledit organe de pressurisation à une distance non nulle de la face pressée de Γ avant-pièce composite.
En particulier, dans certains modes de réalisation, ledit organe de pressurisation présente en outre une rigidité de déformation élastique variant entre une zone, dite zone distale, de cet organe de pressurisation venant, après application de ladite pression de déformation, au contact de ladite zone de pressurisation maximale de ladite face pressée, et une zone, dite zone de bordure, de cet organe de pressurisation venant, après application de la pression de déformation, au contact de ladite zone d'évacuation de gaz de ladite face pressée de Γ avant-pièce composite, la rigidité de la zone de bordure dudit organe de pressurisation étant supérieure à la rigidité de la zone distale. En particulier, dans certains modes de réalisation, la rigidité est croissante de la zone distale à la zone de bordure. Par la rigidité de l'organe de pressurisation, on entend la rigidité de celui-ci dans ses modes de déformation s'opposant à l'application de la pression exercée sur ladite face pressée. Plus particulièrement, la rigidité correspond par exemple ou est fonction du module d'élasticité en traction (et/ou en compression) d'une portion dudit organe de pressurisation ainsi que des dimensions structurelles de l'organe de pressurisation (épaisseur, ...). Ainsi ledit gradient de pression est au moins pour partie obtenu par un gradient de ladite rigidité de l'organe de pressurisation.
Afin de permettre l'application du gradient de pression du fait d'un tel gradient de rigidité, l'organe de pressurisation peut présenter une épaisseur et/ou un module d'élasticité variable.
Avantageusement et selon l'invention, on utilise au moins un organe de pressurisation présentant, avant application de ladite pression de déformation, une épaisseur variant entre ladite zone distale et ladite zone de bordure, l'épaisseur de la zone de bordure dudit organe de pressurisation étant supérieure à l'épaisseur de la zone distale. En particulier, dans certains modes de réalisation, ladite épaisseur de l'organe de pressurisation est croissante de la zone distale à la zone de bordure. Ainsi ledit gradient de pression est au moins pour partie obtenu par un gradient de ladite épaisseur avant application de la pression de déformation.
En outre, en variante ou en combinaison, avantageusement et selon l'invention, on utilise au moins un organe de pressurisation présentant un module d'élasticité au moins en traction orthogonalement à la direction s'étendant entre ladite zone distale et ladite zone de bordure, variant entre ladite zone distale et ladite zone de bordure, ledit module d'élasticité de la zone de bordure étant supérieur audit module d'élasticité de la zone distale. En particulier, dans certains modes de réalisation, ledit module d'élasticité de l'organe de pressurisation est croissant de la zone distale à la zone de bordure. Ainsi ledit gradient de pression est au moins pour partie obtenu par un gradient dudit module d'élasticité.
En outre, en variante ou en combinaison, avantageusement et selon l'invention on dispose l'organe de pressurisation à une distance prédéterminée de la face pressée de l'avant-pièce composite, de telle sorte que, sous l'effet de la pression de déformation, l'organe de pressurisation subit un allongement relatif (AL/L) qui varie entre ladite zone distale et ladite zone de bordure, l'allongement relatif (AL/L) en regard de la zone de bordure étant supérieur à l'allongement relatif (AL/L) en regard de la zone distale. En particulier, dans certains modes de réalisation, ledit allongement relatif (AL/L) de l'organe de pressurisation est croissant de la zone distale à la zone de bordure. Ainsi ledit gradient de pression est au moins pour partie obtenu par un gradient d'allongement relatif (AL/L) de l'organe de pressurisation sous l'effet de ladite pression de déformation. Ce gradient d'allongement relatif (AL/L) de l'organe de pressurisation peut lui-même être obtenu par un gradient de ladite distance séparant l'organe de pressurisation avant application de la pression de déformation (l'allongement AL étant une fonction croissante de cette distance) ; et/ou par un gradient des dimensions initiales L et/ou de forme de l'organe de pressurisation (notamment lorsque ce dernier est symétrique de révolution) avant application de la pression de déformation ; et/ou par un gradient des dimensions et/ou de forme de la face pressée de l'avant pièce (notamment lorsque cette dernière est symétrique de révolution).
L'organe de pressurisation utilisé pour transmettre et appliquer ledit gradient de pression sur la face pressée de Γ avant-pièce composite peut se présenter sous diverses formes. Il peut s'agir d'un panneau ou plateau présentant deux faces principales parallèles, l'une d'elles étant appliquée au contact de la face pressée de Γ avant-pièce composite et l'autre d'entre elles étant celle sur laquelle est également appliquée une pression de façon à pouvoir créer ledit gradient de pression sur la face pressée de Γ avant-pièce composite.
Avantageusement dans certains modes de réalisation de l'invention, on utilise un organe de pressurisation symétrique de révolution autour d'un axe parallèle à l'orientation dudit gradient de pression à appliquer.
Par ailleurs, dans certains modes de réalisation, avantageusement et selon l'invention, on utilise, à titre d'organe de pressurisation, une vessie gonflable (à la façon d'un ballon) -notamment une vessie gonflable symétrique de révolution autour d'un axe parallèle à l'orientation dudit gradient de pression à appliquer- pour appliquer ledit gradient de pression sur la face pressée de Γ avant-pièce composite.
Ainsi, avantageusement dans un procédé selon l'invention, on utilise, à titre d'organe de pressurisation, au moins une vessie adaptée pour, dans un état gonflé (correspondant au gonflage de la vessie par ladite pression de déformation), être appliquée au contact de ladite face pressée de ladite avant-pièce composite au moins entre ladite zone de pressurisation maximale et ladite zone d'évacuation de gaz. La vessie est gonflable et présente au moins un état gonflé utilisé pour appliquer ladite pression sur la face pressée de Γ avant-pièce composite, et au moins un état non gonflé dans lequel la vessie n'exerce aucune pression sur ladite face pressée de avant-pièce composite. Avant gonflage ou avec un gonflage partiel uniquement, c'est-à-dire avant application de ladite pression de déformation, la vessie n'est pas en contact avec Γ avant-pièce composite (la vessie est séparée de ladite distance non nulle de ladite face pressée). Au cours du gonflage, la vessie entre progressivement en contact avec la face pressée de Γ avant-pièce composite, jusqu'à atteindre un état gonflé. Dans toute la suite du texte, lorsqu'on précise que la vessie est en contact avec Γ avant-pièce composite, cela signifie que la vessie est donc dans un état gonflé (c'est-à-dire que la vessie est au moins en partie gonflée).
De même, dans certains modes de réalisation, un dispositif selon l'invention est aussi avantageusement caractérisé en ce que ledit organe de pressurisation comprend au moins une vessie gonflable présentant au moins une face, dite face de pressurisation, adaptée pour être disposée, après gonflage de la vessie par une pression, dite pression de déformation, en contact avec la face pressée de ladite avant-pièce composite, et au moins une face, dite face pressurisée, opposée à ladite face de pressurisation.
Avantageusement et selon l'invention, ladite vessie est formée d'au moins un matériau choisi dans le groupe des matériaux élastomères. Ladite vessie est formée d'au moins un matériau élastomère choisi dans le groupe formé des silicones, du polybutadiène, du polyisoprène, des copolymères de styrène et de butadiène, des polyuréthanes élastomériques (copolymères comprenant du polyuréthane notamment), des polychloroprènes (Néoprène®), des fluoroélastomères, leurs mélanges et leurs copolymères.
Avantageusement et selon l'invention, on applique ladite pression sur la face pressée à l'aide d'au moins une vessie comprenant :
au moins une cavité interne, ladite cavité interne comprenant au moins un orifice d'entrée d'un fluide de gonflement de ladite vessie,
au moins une membrane flexible délimitant chaque cavité interne, ladite vessie étant adaptée pour pouvoir se conformer à ladite avant-pièce composite lorsque la vessie est au moins partiellement gonflée et lorsque la vessie est au contact de ladite avant-pièce composite. Une vessie utilisée dans un dispositif ou un procédé selon l'invention est donc au moins constituée d'une membrane flexible qui forme la vessie.
Tout fluide, en particulier tout gaz ou tout liquide, peut être utilisé pour gonfler la vessie. En particulier, un gaz de gonflement peut être choisi dans le groupe formé de l'air, de l'oxygène et des gaz neutres. Avantageusement et selon l'invention, on gonfle la cavité interne de ladite vessie à l'aide d'azote gazeux (N2 à l'état gazeux).
Plusieurs paramètres liés à l'utilisation d'une telle vessie peuvent être variés de façon voulue afin de permettre l'application d'un gradient de pression à l'aide de ladite vessie. Il est notamment possible de faire varier l'allongement relatif (AL/L) de la paroi de la vessie (c'est-à-dire l'étirement en traction de la membrane élastique de la vessie ou étirement surfacique) en faisant varier la distance séparant la vessie et Γ avant-pièce composite ou les dimensions de la vessie (la taille notamment) en fonction de la forme et/ou les dimensions de Γ avant-pièce. La distance séparant la vessie et Γ avant-pièce composite peut également être appelée « retrait », et désigne la distance qui sépare la vessie de la face pressée de Γ avant-pièce composite lorsque la vessie est partiellement gonflée tout en étant à distance non nulle de la face pressée de l'avant-pièce, c'est-à-dire que la vessie est gonflée avec une pression de mise en forme de la vessie (inférieure à la pression de déformation de la vessie qui correspond à un état dans lequel la vessie est au contact de l'avant-pièce composite). Plus la distance entre la vessie et l'avant-pièce composite avant d'atteindre la pression de déformation est importante, plus l'allongement AL de la membrane flexible élastiquement déformable sera important, et plus la pression appliquée sur la face pressée de l'avant-pièce composite sera faible lorsque la vessie sera au contact de l'avant-pièce. La pression exercée sur la face pressée de l'avant-pièce composite est égale à la pression interne de la vessie moins la force de résistance au gonflement de la vessie par unité de surface, la force de résistance au gonflement de la vessie étant proportionnelle à l'allongement relatif (AL/L) de la paroi de la vessie lors du gonflement ainsi qu'à l'épaisseur et au module de Young de la vessie. À l'équilibre, la force de résistance au gonflement de la vessie (ou force d' étirement) compense la surpression. Bien sûr, il est également possible de faire varier les dimensions L initiales de la vessie, notamment la forme et la taille de la vessie avant déformation afin d'influer également sur l'allongement relatif (AL/L) de la vessie jusqu'à atteindre la pression de déformation. En d'autres termes, choisir une vessie de diamètre inférieur à une vessie prédéterminée permet d'augmenter AL/L et donc également de diminuer la pression appliquée sur la face pressée de Γ avant-pièce composite. Il est donc également possible d'utiliser une vessie présentant un gradient de diamètre et/ou présentant une forme telle qu'elle permette, à l'état gonflé, d'exercer une pression sous la forme d'un gradient de pression sur Γ avant-pièce composite, en prenant en compte la forme et/ou les dimensions de Γ avant-pièce elle-même qui pourrait également elle-même présenter une face pressée non rectiligne (ni plane ni réglée), entraînant elle-même une variation de l'allongement relatif. Tel est le cas en particulier avec une face pressée symétrique de révolution de dimensions radiales variant entre ladite zone de pressurisation maximale et la zone d'évacuation de gaz.
Avantageusement et selon l'invention, on dispose la vessie dans un état gonflé à une pression inférieure à ladite pression de déformation à une distance prédéterminée non nulle de la face pressée de Γ avant-pièce composite, ladite distance prédéterminée variant entre ladite zone distale et ladite zone de bordure, ladite distance prédéterminée en regard de la zone de bordure étant supérieure à la distance prédéterminée en regard de la zone distale. En particulier, avantageusement et selon l'invention, ladite distance est croissante de la zone distale à la zone de bordure. On dispose la vessie, dans un état partiellement gonflé à une pression, inférieure à ladite pression de déformation, de mise en forme de la vessie, de façon à ce qu'une distance prédéterminée non nulle sépare ladite vessie de la face pressée de Γ avant-pièce composite et de façon à permettre ensuite l'application d'un gradient de pression sur ladite face pressée de Γ avant-pièce composite dans un état gonflé de la vessie, à ladite pression de déformation de la vessie (ou à une pression supérieure).
Avant application dudit gradient de pression, lorsque le gonflement de la vessie n'a pas encore débuté (et que la vessie se présente sous une forme entièrement souple) et lorsque la vessie est partiellement gonflée (c'est-à-dire à la pression de mise en forme de la vessie inférieure à ladite pression de déformation) et présente une forme prédéterminée tout en pouvant encore être déformée (gonflée), la vessie n'est pas disposée en contact avec Γ avant-pièce composite. De préférence lorsque la pression dans la vessie est inférieure à ladite pression de mise en forme de la vessie et lorsque la pression dans la vessie est égale à ladite pression de mise en forme de la vessie, la vessie ne présente aucune zone de contact avec ladite avant-pièce composite.
Ainsi, par le choix de la vessie (en fonction de son diamètre notamment) et de la distance à laquelle on la place de Γ avant-pièce composite avant application de ladite pression de déformation de la vessie, on peut faire varier la pression ensuite (après gonflage à ladite pression de déformation) appliquée sur la face pressée de Γ avant-pièce composite et obtenir ledit gradient de pression. Ladite distance devant être prévue entre la vessie et Γ avant-pièce composite avant application de ladite pression de déformation peut être déterminée par calculs par éléments finis ou encore expérimentalement, de préférence de façon à éviter la formation de poches de pression au sein de Γ avant-pièce, pour obtenir ledit gradient de l'allongement relatif AL/L.
En outre, un effet dynamique est obtenu pendant le gonflement de la vessie à ladite pression de déformation de la vessie, la vessie n'étant initialement pas en contact avec Γ avant-pièce composite et venant progressivement au contact de Γ avant-pièce composite au cours de son gonflement, depuis ladite zone distale jusqu'à ladite zone de bordure, jusqu'à atteindre la pression de déformation. Avec une telle vessie, dans ces modes de réalisation, ledit gradient de pression comprend donc ainsi au moins une variation dynamique de pression appliquée lors du gonflement de la vessie (lors du déplacement de la membrane flexible de la vessie au cours du gonflement de celle-ci) permettant le déplacement et l'évacuation d'au moins une partie du gaz présent au sein de Γ avant- pièce composite. Une telle variation dynamique de pression a également pour avantage de permettre de chasser l'air situé entre Γ avant-pièce composite et la vessie lors du gonflement de la vessie et lorsque celle-ci balaye la face pressée de Γ avant-pièce composite lors de ce gonflement. Cette variation dynamique de pression est de préférence suivie du maintien dudit gradient de pression (statique) une fois la vessie gonflée et le système comprenant Γ avant-pièce et la vessie étant à l'équilibre. En variante ou en combinaison à la distance variable entre la vessie et Γ avant-pièce composite avant gonflage de la vessie par ladite pression de déformation mais aussi en variante ou en combinaison avec l'utilisation d'une vessie de diamètre variable, il est possible d'utiliser une vessie dont la membrane flexible présente une épaisseur variable et/ou un module d'élasticité variable.
Avantageusement et dans une variante de réalisation d'un procédé et d'un dispositif selon l'invention, on utilise au moins une membrane flexible présentant une épaisseur variant entre ladite zone distale de ladite vessie et ladite zone de bordure de ladite vessie, ladite épaisseur de la zone de bordure de la membrane flexible de la vessie étant supérieure à ladite épaisseur de la zone distale de la membrane flexible de la vessie.
En variante ou en combinaison, avantageusement et selon l'invention, on utilise au moins une membrane flexible présentant un module d'élasticité variant entre ladite zone distale de ladite vessie et ladite zone de bordure de ladite vessie, ledit module d'élasticité de la zone de bordure de la membrane flexible de la vessie étant supérieur au module d'élasticité de la zone distale de la membrane flexible de la vessie.
Afin de faire varier le module d'élasticité de la membrane flexible de la vessie il est possible de juxtaposer des zones formées de matériaux élasto mères différents, chaque élastomère présentant un module d'élasticité différent. Ce module d'élasticité peut également être modifié en utilisant un même élastomère à titre de matrice et y ajoutant des charges minérales ou métalliques sous forme de fibres, de particules (poudres), de fils... ou encore de fibres de carbone (ou nano tubes ou autres formes).
Dans certains modes de réalisation, avantageusement, un dispositif selon l'invention comprend en outre un support de pressurisation adapté pour maintenir en position ladite avant-pièce composite par rapport au support de pressurisation et à l'organe de pressurisation, en particulier une vessie à l'état gonflé, lorsque ledit organe de pressurisation est disposé au contact de ladite avant- pièce composite. Le support de pressurisation peut également constituer un moule pour la mise en forme de Γ avant-pièce composite. L'avant-pièce composite est formée d'au moins un matériau composite comprenant au moins une couche d'une structure de renfort. La structure de renfort est imprégnée d'une matrice polymère au sein de laquelle s'étend la structure de renfort. L'avant-pièce composite (et la pièce composite finale obtenue) peut (/peuvent) être de toutes formes et de toutes tailles. L'avant-pièce composite peut donc présenter une forme parallélépipédique, sphérique, hémisphérique, cylindrique ou encore conique ou toute autre forme irrégulière qui pourrait être fabriquée. L'avant-pièce composite peut également être au moins partiellement creuse et présenter un espace interne.
La structure de renfort peut être quelconque. En particulier, avantageusement et selon l'invention, ladite structure de renfort est choisie dans le groupe formé des monofils, des câbles, des faisceaux, des tissus, des bandes, des nappes, des matelas et des feuilles.
Avantageusement et selon l'invention, ladite structure de renfort comprend au moins une couche de renfort et chaque couche de renfort est choisie dans le groupe formé des nappes de fibres synthétiques tissées, des nappes de fibres synthétiques non-tissées, des matelas, des nappes de bandes synthétiques tissées, des nappes de bandes synthétiques non-tissées, des feuilles de matériaux synthétiques, des feuilles de matériaux métalliques, des complexes multicouches comprenant plusieurs couches superposées les unes aux autres, chaque couche étant en l'une de ces matières.
En particulier, avantageusement et selon l'invention, ladite pièce composite est formée de plis, dits pré-imprégnés, de renforts tissés imprégnés de résine polymère superposés les uns au-dessus des autres. Alternativement et selon l'invention, ladite pièce composite peut être préparée par imprégnation manuelle (au pinceau, ...) la structure de renfort par une résine polymère.
Avantageusement et selon l'invention, ladite matrice polymère est choisie dans le groupe des résines thermodurcissables, des résines thermoplastiques et de leurs mélanges. Dans tout le texte, on entend par « résine » toute composition au moins partiellement liquide adaptée pour pouvoir être durcie (de façon irréversible ou éventuellement réversible dans le cas d'une résine thermoplastique).
Avantageusement et selon l'invention, ladite matrice polymère de l'avant- pièce composite est choisie parmi les résines thermoplastiques, les résines thermodurcissables et leurs mélanges. Les résines thermoplastiques et les résines thermodurcissables peuvent comprendre des précurseurs desdits polymères thermoplastiques ou des précurseurs desdits polymères thermodurcissables ou non. Par « précurseurs » des thermoplastiques ou thermodurcissables on entend tout monomère d'au moins un polymère thermoplastique ou thermodurcissable accompagné le cas échéant de tout catalyseur ou durcisseur nécessaire à la polymérisation ou au durcissement de la résine. Par « résines thermoplastiques » et « résines thermodurcissables », on entend toute composition comprenant au moins des molécules au moins partiellement polymérisées de tout matériau thermoplastique ou thermodurcissable respectivement. Une résine thermoplastique ou une résine thermodurcissable ne désigne pas uniquement des compositions déjà entièrement polymérisées mais également des compositions pouvant comprendre des molécules de monomères (non polymérisées).
Avantageusement et selon l'invention, dans le cas où la matrice polymère est choisie parmi les résines thermodurcissables, on applique la pression au contact de la pièce composite pendant au moins une partie d'une étape de polymérisation (et de mise en forme simultanée ou non) de ladite résine thermodurci s sable .
Dans une variante de réalisation d'un procédé et d'un dispositif selon l'invention, ladite avant-pièce composite est creuse et présente au moins un espace interne à l'intérieur duquel est introduit la vessie. Il n'y a alors pas besoin d'utiliser un support de pressurisation, Γ avant-pièce composite faisant elle- même office de support de pressurisation.
L'invention concerne aussi un procédé et un dispositif caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent à la lecture de la description suivante d'un de ses modes de réalisation préférentielle donnée à titre d'exemple non limitatif, et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention comprenant un organe de pressurisation,
- la figure 2a est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention dans lequel une vessie gonflable d'épaisseur variable est utilisée à titre d'organe de pressurisation, ladite vessie étant dans un état partiellement gonflé,
- la figure 2b est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention dans lequel une vessie gonflable d'épaisseur variable est utilisée à titre d'organe de pressurisation, ladite vessie étant dans un état gonflé,
- la figure 3 a est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention dans lequel une vessie gonflable à module d'élasticité variable est utilisée à titre d'organe de pressurisation, ladite vessie étant dans un état partiellement gonflé,
- la figure 3b est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention dans lequel une vessie gonflable à module d'élasticité variable est utilisée à titre d'organe de pressurisation, ladite vessie étant dans un état gonflé,
- la figure 4 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention comprenant un organe de pressurisation.
Les figures 1 à 4 représentent différentes étapes de mise en forme et de durcissement de la résine polymère formant la matrice imprégnant une structure de renfort de avant-pièce composite 1.
Les figures 1 à 4 représentent une avant-pièce composite 1 comprenant plusieurs couches superposées les unes sur les autres, chaque couche de Γ avant-pièce composite 1 étant formée d'une structure de renfort imprégnée d'une matrice comprenant au moins une résine polymère. L'avant-pièce composite 1 présente une forme parallélépipédique et comprend deux faces libres principales dont une face, dite face supérieure 2, et une face, dite face inférieure 3, opposée à ladite face supérieure. L'avant-pièce composite 1 présente également une zone 4 d'évacuation de gaz comprenant au moins un chant de ladite avant-pièce composite 1. L'avant-pièce composite 1 est par exemple formée d'une résine époxy et de mats de fibres de carbone superposés les uns aux autres parallèlement à ladite face pressée. La pression est exercée sur Γ avant-pièce composite dans une direction normale à la direction longitudinale desdits mats de fibres.
Le dispositif selon l'invention représenté en figure 1 comprend une avant-pièce composite 1, un organe de pressurisation 8 et un support de pressurisation 20 adapté pour maintenir en position ladite avant-pièce composite lorsqu'une pression est appliquée sur l'avant-pièce composite 1. L'organe de pressurisation 8 présente une face de pressurisation 15, en contact avec la face pressée 2 de ladite avant-pièce composite, et une face pressurisée 16, opposée à ladite face de pressurisation 15, l'organe de pressurisation étant élastiquement déformable. L'organe de pressurisation 8 représenté en figure 1 est formé d'un même matériau et présente une forme de pavé dont l'épaisseur (distance la plus courte entre la face de pressurisation 15 et la face pressurisée 16) est constante.
En particulier, la face pressurisée 16 est soumise à une pression constante, telle qu'une pression de gaz, et ledit organe de pressurisation présente en outre une rigidité de déformation élastique variant entre ladite zone de pressurisation maximale de ladite face pressée et ladite zone d'évacuation de gaz de ladite face pressée de l'avant-pièce composite, c'est-à-dire un gradient de rigidité entre ladite zone de pressurisation maximale de ladite face pressée et ladite zone d'évacuation de gaz de ladite face pressée de l'avant-pièce composite. Dans l'exemple représenté où l'épaisseur de l'organe de pressurisation est constante, ce gradient de rigidité est obtenu par un gradient de module d'élasticité entre ladite zone de pressurisation maximale de ladite face pressée et ladite zone d'évacuation de gaz de ladite face pressée de l'avant-pièce composite.
Le support de pressurisation 20 peut également faire office de moule permettant de conférer à l'avant-pièce composite 1 une forme voulue. Une étape de durcissement de la matrice polymère de Γ avant-pièce composite 1 consiste alors également en une étape de moulage par compression. L'organe de pressurisation 8 permet d'appliquer un gradient de pression illustré par les flèches 5, 6 et 7 et ainsi de faire circuler et d'évacuer le gaz éventuellement présent dans Γ avant-pièce 1 dans le sens d'évacuation 18. La pression 5 est supérieure à la pression 6, elle-même supérieure à la pression 7 appliquée sur la zone la plus proche de la zone 4 d'évacuation des gaz de Γ avant-pièce 1 composite.
Dans les modes de réalisation représentés aux figures 2a, 2b, 3a et 3b, le dispositif selon l'invention comprend un dispositif de pressurisation de Γ avant-pièce composite 1 consistant en une vessie 10 gonflable se présentant sous la forme d'un ballon comprenant une membrane périphérique en matériau flexible. La vessie 10 comprend une cavité interne 14 comprenant un orifice 12 d'entrée d'un gaz de gonflement de ladite vessie. Avant gonflement (étape non représentée), la vessie se présente sous une forme souple à la façon d'un tissu plus ou moins souple et la vessie ne présente pas de forme prédéterminée. Lorsque la vessie est partiellement gonflée (figure 2a), la vessie est mise en forme (symétrique de révolution autour d'un axe passant par l'orifice 12 et correspondant à l'orientation du gradient de pression à appliquer sur Γ avant-pièce composite 1) et n'est pas en contact avec Γ avant-pièce composite 1, ni avec un support de pressurisation 20. Après un gonflement supplémentaire jusqu'à une pression, dite pression de déformation, comme on peut le voir sur la figure 2b, la vessie 10 gonflable présente une face 17 de pressurisation externe, appliquée en contact avec la face pressée 2 de Γ avant-pièce 1 composite, et une face 19 pressurisée interne délimitant la cavité interne 14, cette face 19 pressurisée étant opposée à ladite face de pressurisation. Une fois gonflée, la pression de gaz à l'intérieur de la vessie 10 gonflable s'appliquant sur la face pressurisée de la vessie est supérieure à la pression régnant autour et à l'extérieur de la vessie (à l'extérieur de la cavité interne 14).
Les dispositifs représentés aux figures 2 et 3 comprennent également le support de pressurisation 20 creux adapté pour maintenir en position ladite avant-pièce composite lorsque la vessie 10 comprime l'avant- pièce composite 1, la vessie 10 et Γ avant-pièce composite 1 étant alors disposées à l'intérieur dudit support de pressurisation 20. Le support de pressurisation 20 utilisé dans les modes de réalisation représentés aux figures 2a à 3b se présente sous la forme d'un moule creux globalement parallélépipédique dont un des côtés présente une ouverture permettant de ménager un passage pour l'orifice 12 d'entrée de gaz de gonflement de ladite vessie, ainsi que des évents 21 et 22 par lesquels les gaz évacués par la zone 4 d'évacuation de gaz de l'avant-pièce 1 composite peuvent s'échapper.
Dans le mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention représenté aux figures 2a et 2b, la membrane périphérique de ladite vessie présente un gradient d'épaisseur a, b, c (épaisseurs croissantes de a à c). Comme on peut le voir sur la figure 2b, l'épaisseur varie de façon continue, croissante entre une zone, dite zone distale 9 (à proximité de la portion d'épaisseur a de ladite vessie) et une zone, dite zone de bordure 13 de la vessie (à proximité de la portion d'épaisseur c). La zone de bordure 13 est en regard de la zone 4 d'évacuation de gaz de la face pressée 2 de l'avant-pièce 1 composite. La zone distale 9 est en regard de la zone de pressurisation maximale de la face pressée 2. L'épaisseur de la zone de bordure 13 de la vessie 10 est supérieure à l'épaisseur de la zone distale 9 de la vessie 10.
Dans le mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention représenté aux figures 2a et 2b, une zone médiane 11 de la vessie présentant une épaisseur b située entre la zone distale 9 et la zone de bordure 13 de la vessie 10 est donc telle que a < b < c (la valeur de l'épaisseur a est inférieure à la valeur de l'épaisseur b elle-même inférieure à la valeur de l'épaisseur c). De cette façon, un gradient continu de pression est appliqué sur la face pressée 2 de l'avant-pièce 1 composite permettant la circulation et l'évacuation des gaz (bulles de gaz...) dans un sens d'évacuation 18. Ce gradient de pression peut être constant (variation affine de la pression le long de l'avant-pièce) ou non.
L'application de la pression sur la face pressée lors du gonflage de la vessie comprend une première phase dynamique pendant le gonflement de la vessie 10, la vessie non gonflée n'étant initialement pas en contact avec l'avant-pièce composite 1 et venant progressivement au contact de l'avant-pièce composite 1 au cours de son gonflement, jusqu'à atteindre un état gonflé, au moins à la pression de déformation. Puis, une fois la vessie gonflée et le système à l'équilibre, ledit gradient de pression est maintenu afin de prolonger et de finaliser l'évacuation des gaz présents au sein de Γ avant-pièce composite 1. Toutefois, dans certains cas, la variation dynamique de pression, qui résulte de l'exercice d'un gradient de pression par la vessie, peut être suffisante à l'évacuation des gaz et ne pas nécessiter de maintien additionnel de la pression.
L'application de la vessie 10 gonflée de façon à venir au contact de ladite pièce composite en appliquant une pression sur celle-ci permet l'évacuation des gaz présents au sein de l'épaisseur de Γ avant-pièce composite 1 dans le sens 18 d'évacuation des gaz, jusqu'à la zone 4 d'évacuation de gaz de l'avant-pièce composite 1. L'application de la vessie 10 gonflée au contact de ladite pièce composite en appliquant une pression sur celle-ci permet également de contrôler la géométrie de la pièce et de contrôler le taux de fibres dans la pièce, de la résine (matrice polymère liquide) pouvant également être évacuée au niveau de la zone 4 d'évacuation.
Dans le mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention représenté aux figures 3a et 3b, la membrane externe de ladite vessie présente un module d'élasticité variant en différentes zones de la membrane de la vessie 10, c'est-à-dire un gradient de module d'élasticité. Comme on peut le voir sur la figure 3b, une zone, dite zone distale 9, de ladite vessie 10 présente un premier module d'élasticité E1. Une zone, dite zone médiane 11, de la vessie présente un deuxième module d'élasticité E2, E2 étant supérieur à Ei. Une troisième zone, dite zone de bordure 13 de la vessie présente un module d'élasticité E3, E3 étant supérieur à E2. La zone médiane 11 est donc disposée entre la zone distale 9 et la zone de bordure 13 de la vessie 9. La zone de bordure 13 est en regard d'une zone de l'avant-pièce composite plus proche de la zone 4 d'évacuation de gaz de la face pressée 2 de l'avant-pièce 1 composite que la zone de la face pressée de l'avant-pièce 1 composite en regard de laquelle est disposée la zone distale. La zone distale 9 est en regard d'une zone de l'avant-pièce composite plus proche de la zone de pressurisation maximale de la face pressée 2 que la zone de la face pressée 2 de l'avant-pièce 1 composite en regard de laquelle est disposée la zone de bordure 13. De cette façon et compte tenu des valeurs relatives des modules d'élasticité de ces trois zones distinctes, une même pression régnant à l'intérieur de la vessie, un gradient de pression discontinu est appliqué sur la face pressée 2 de Γ avant-pièce 1 composite permettant la circulation et l'évacuation des gaz dans le sens d'évacuation 18. Un tel gradient de pression permet de faire circuler les gaz présents au sein de l'épaisseur de Γ avant-pièce 1 composite depuis l'extrémité de Γ avant-pièce composite disposée au contact de la zone distale 9 de la vessie vers la zone d'évacuation de gaz 4 de l'avant-pièce 1 composite.
Comme dans le mode de réalisation des figures 2a et 2b, l'application de la pression selon ce gradient de pression sur ladite face pressée comprend une première phase dynamique pendant le gonflement de la vessie 10. Puis, une fois la vessie gonflée, à partir de la pression de déformation, le gradient de pression peut être maintenu ou non.
La pression interne (pression de déformation) à l'intérieur de la vessie est par exemple comprise entre 0,2 MPa et 1,2 MPa.
L'avant-pièce composite peut durcir à la température ambiante (entre 20°C et 25 °C) ou être soumise à un traitement thermique (chauffage) simultanément à l'application du gradient de pression. L'avant-pièce composite, la vessie et le support de pressurisation 20 peuvent être placés dans une étuve ou bien le chauffage peut être apporté par un support de pressurisation lui-même chauffant par exemple.
La durée pendant laquelle les gaz sont évacués de l'avant-pièce composite peut par exemple être comprise entre 30min et 45min.
Dans un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, représenté en figure 4, le dispositif comprend une avant-pièce composite 1, un organe de pressurisation 26 et un support de pressurisation 27 adapté pour maintenir en position ladite avant-pièce composite lorsqu'une pression est appliquée sur l'avant-pièce composite 1. Ce dispositif est disposé dans un autoclave (non représenté) dans lequel règne une pression supérieure à la pression atmosphérique adaptée pour permettre la création d'un gradient de pression grâce au contact de l'organe de pressurisation 26 sur la face pressée 2 de ladite avant-pièce composite. L'étape représentée en figure 4 montre le dispositif avant application de la pression dans l'autoclave, l'organe de pressurisation 26 n'étant pas encore en contact avec Γ avant-pièce composite, l'organe de pressurisation 26 étant disposé à une distance prédéterminée de Γ avant-pièce composite avant que la pression au sein de l'autoclave ne soit augmentée. L'organe de pressurisation 26 présente une face de pressurisation 15 adaptée pour venir en contact avec la face pressée 2 de ladite avant-pièce composite lorsque le dispositif subit la pression régnant au sein de l'autoclave, et une face pressurisée 16, opposée à ladite face de pressurisation 15, l'organe de pressurisation étant élastiquement déformable. L'organe de pressurisation 26 représenté en figure 4 est formé d'un même matériau et présente une forme de pavé dont l'épaisseur (distance la plus courte entre la face de pressurisation 15 et la face pressurisée 16) est plus faible en son centre. L'organe de pressurisation 26 présentant une épaisseur variable, il permet d'appliquer un gradient de pression, alors que la pression appliquée sur sa face pressurisée 16 est constante et correspond à la pression régnant au sein de l'autoclave. Des vis et des écrous 24, 25 permettent de fixer l'organe de pressurisation 26 au support de pressurisation 27. Un évent 23 formé dans l'épaisseur du support de pressurisation 27 permet de connecter le dispositif à une source d'aspiration (vide). Ce dispositif permet de faire circuler et d'évacuer le gaz éventuellement présent dans l'avant-pièce 1 dans les sens d'évacuation 28 et 29, depuis le centre de l'avant-pièce composite vers les extrémités 30 et 31 de l'avant-pièce composite formant alors chacune une zone d'évacuation de gaz.
Dans un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention (non représenté), il est possible de faire varier l'allongement relatif (AL/L) de la paroi de la vessie (c'est-à-dire l'étirement de la paroi de la vessie ou étirement surfacique), notamment en faisant varier la distance séparant la vessie et l'avant-pièce composite et/ou les dimensions et/ou la forme de la vessie, compte tenu de la forme et des dimensions de l'avant-pièce composite. La distance séparant la vessie et l'avant-pièce composite désigne la distance qui sépare la vessie de la face pressée de l'avant-pièce composite lorsque la vessie est dans un état partiellement gonflé, avant gonflage à la pression de déformation. Plus la distance entre la vessie et Γ avant-pièce composite avant gonflement est localement importante, plus la pression appliquée sur la face pressée de Γ avant-pièce composite sera localement faible. La pression exercée sur la face pressée de Γ avant-pièce composite est égale à la pression interne de la vessie moins la force de résistance au gonflement de la vessie par unité de surface, la force de résistance au gonflement de la vessie étant proportionnelle à l'allongement relatif (AL/L) de la paroi de la vessie lors du gonflement ainsi qu'à l'épaisseur et au module de Young de la vessie. Il est également possible de faire varier les dimensions de la vessie, notamment la forme et la taille de la vessie, afin d'influer également sur ce retrait avant gonflement.
En outre, pour créer ledit gradient de pression il est possible de choisir une vessie formée d'un matériau rigide dans une direction (par exemple la direction axiale (ou direction longitudinale) qui correspond à la direction du gradient de pression). On met par exemple des fibres de carbone, de verre ou des fibres connues sous le nom de Kevlar® dans le matériau formant la paroi de la vessie dans le sens axial. Lors du gonflement, la rigidité variera alors dans le sens circonférentiel de la vessie. Le matériau formant la vessie peut donc être anisotrope.
Dans un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention (non représenté), la vessie peut comporter plusieurs cavités internes (par exemple trois cavités internes), la pression étant différente dans chacune desdites cavités de façon à exercer un gradient de pression discontinu sur la face pressée de Γ avant-pièce composite.
L'invention peut faire l'objet de très nombreuses variantes de réalisation. En particulier, il est possible de préparer tout type de pièce composite, même les plus complexes en utilisant, si besoin, une vessie spécialement conçue et adaptée à la géométrie de ladite pièce composite. L'avant-pièce composite peut présenter une forme quelconque, par exemple de disque, de couronne, de bande ou encore se présenter sous la forme d'une pièce tortueuse...
En outre, une ou plusieurs vessies peuvent être utilisées simultanément pour préparer une même pièce composite. Et chaque vessie peut présenter en combinaison une épaisseur discontinue et/ou un module d'élasticité discontinu et/ou plusieurs cavités internes. La membrane périphérique de la vessie utilisée à titre d'organe de pressurisation dans un dispositif ou un procédé selon l'invention peut par exemple présenter cinq zones de modules d'élasticité différents et chacune de ces cinq zones peut présenter une épaisseur variant de façon continue. Un tel mode de réalisation a pour avantage de permettre de réaliser un gradient de pression important tout en exerçant une pression augmentant le plus régulièrement possible, sans brusque augmentation de pression entre chaque zone présentant un module d'élasticité différent. D'autre part, chaque zone de la membrane de même épaisseur et/ou présentant un même module d'élasticité peut présenter des dimensions variables (identiques ou différentes entre elles) en fonction de la pression à appliquer, du type de pièce, des matériaux formant Γ avant-pièce...

Claims

REVENDICATIONS
1/ - Procédé de fabrication d'une pièce, dite pièce composite, formée d'au moins un matériau composite comprenant au moins une couche d'une structure de renfort imprégnée d'une matrice polymère au sein de laquelle s'étend la structure de renfort, dans lequel :
on prépare une avant-pièce, dite avant-pièce (1) composite, de ladite pièce composite, ladite avant-pièce composite présentant au moins un état, dit état non-durci, dans lequel la matrice polymère est au moins en partie non solidifiée, on réalise une étape de durcissement de la matrice polymère de ladite avant-pièce composite,
au cours d'au moins une partie de ladite étape de durcissement, on exerce une pression sur au moins une face, dite face pressée (2), de ladite avant- pièce composite,
caractérisé en ce que :
- on exerce ladite pression sous la forme d'un gradient de pression, ladite pression étant appliquée sur ladite face pressée de ladite avant-pièce composite entre au moins une première zone, dite zone de pressurisation maximale, de ladite face pressée, et au moins une deuxième zone, dite zone (4) d'évacuation de gaz, de ladite face pressée, ladite zone de pressurisation maximale étant différente de ladite zone (4) d'évacuation de gaz et ledit gradient de pression étant orienté vers ladite zone de pressurisation maximale, de façon à faire circuler tout gaz présent au sein de Γ avant-pièce composite depuis ladite zone de pressurisation maximale jusqu'à ladite zone (4) d'évacuation de gaz,
on applique ledit gradient de pression à l'aide d'au moins un organe, dit organe (8) de pressurisation, appliqué au contact de ladite zone de pressurisation maximale et au contact de ladite zone (4) d'évacuation de gaz de ladite face pressée de ladite avant-pièce composite.
21 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour appliquer ledit gradient de pression :
- on dispose une face, dite face de pressurisation, d'au moins un organe, dit organe (8) de pressurisation élastiquement déformable orientée vers la face pressée (2) de ladite avant-pièce composite et à distance non nulle de la face pressée de Γ avant-pièce composite,
puis on soumet une face, dite face pressurisée, opposée à ladite face de pressurisation, dudit organe de pressurisation à une pression, dite pression de déformation, adaptée pour déformer élastiquement ledit organe de pressurisation, ledit organe de pressurisation, sa disposition par rapport à la face pressée et ladite pression de déformation étant choisis pour que la face de pressurisation de l'organe (8) de pressurisation soit appliquée au contact de ladite face pressée de ladite avant- pièce composite au moins entre la zone de pressurisation maximale et la zone (4) d'évacuation de gaz et applique ledit gradient de pression sur la face pressée.
3/ - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise un organe de pressurisation présentant une rigidité de déformation élastique variant entre une zone, dite zone distale, de cet organe de pressurisation venant, après application de ladite pression de déformation, au contact de ladite zone de pressurisation maximale de ladite face pressée, et une zone, dite zone de bordure, de cet organe de pressurisation venant, après application de la pression de déformation, au contact de ladite zone (4) d'évacuation de gaz de ladite face pressée de Γ avant-pièce (1) composite, la rigidité de la zone de bordure dudit organe de pressurisation étant supérieure à la rigidité de la zone distale.
4/ - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise au moins un organe (8) de pressurisation présentant, avant application de ladite pression de déformation, une épaisseur variant entre ladite zone distale et ladite zone de bordure, l'épaisseur de la zone de bordure dudit organe de pressurisation étant supérieure à l'épaisseur de la zone distale.
5/ - Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on utilise au moins un organe (8) de pressurisation présentant un module d'élasticité au moins en traction orthogonalement à la direction s'étendant entre ladite zone distale et ladite zone de bordure, variant entre ladite zone distale et ladite zone de bordure, ledit module d'élasticité de la zone de bordure étant supérieur audit module d'élasticité de la zone distale. 6/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on dispose l'organe (8) de pressurisation à une distance prédéterminée de la face pressée (2) de Γ avant-pièce (1) composite, de telle sorte que, sous l'effet de la pression de déformation, l'allongement relatif (AL/L) de l'organe (8) de pressurisation varie entre une zone, dite zone distale, de cet organe de pressurisation venant, après application de ladite pression de déformation, au contact de ladite zone de pressurisation maximale de ladite face pressée, et une zone, dite zone de bordure, de cet organe de pressurisation venant, après application de la pression de déformation, au contact de ladite zone (4) d'évacuation de gaz de ladite face pressée de Γ avant-pièce (1) composite, l'allongement relatif (AL/L) en regard de la zone de bordure étant supérieur à l'allongement relatif (AL/L) en regard de la zone distale.
Il - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise, à titre d'organe (8) de pressurisation, au moins une vessie (10) adaptée pour, dans un état gonflé, être appliquée au contact de ladite face pressée de ladite avant-pièce composite au moins entre ladite zone de pressurisation maximale et ladite zone (4) d'évacuation de gaz.
8/ - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on applique ladite pression sur la face pressée à l'aide d'au moins une vessie (10) comprenant :
au moins une cavité interne (14), ladite cavité interne comprenant au moins un orifice (12) d'entrée d'un fluide de gonflement de ladite vessie,
au moins une membrane flexible, ladite vessie étant adaptée pour pouvoir se conformer à ladite avant-pièce composite lorsque la vessie (10) est au contact de ladite avant-pièce (1) composite.
91 - Procédé selon la revendication 3 et l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'on dispose la vessie (10) dans un état gonflé à une pression inférieure à la pression de déformation à une distance prédéterminée de la face pressée (2) de Γ avant-pièce (1) composite, ladite distance prédéterminée variant entre ladite zone distale et ladite zone de bordure, ladite distance prédéterminée en regard de la zone de bordure étant supérieure à la distance prédéterminée en regard de la zone distale.
10/ - Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'on gonfle ladite vessie à l'aide d'azote gazeux.
11/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que simultanément à ladite étape de durcissement, on réalise un traitement thermique de ladite avant-pièce composite.
12/ - Dispositif pour la fabrication d'une pièce, dite pièce composite, formée d'au moins un matériau composite comprenant au moins une couche d'une structure de renfort imprégnée d'une matrice au sein de laquelle s'étend la structure de renfort, ledit dispositif comprenant :
une avant-pièce, dite avant-pièce (1) composite, de ladite pièce composite, ladite avant-pièce composite présentant au moins un état, dit état non- durci, dans lequel la matrice polymère est au moins en partie non solidifiée, ladite avant-pièce (1) composite présentant au moins une face, dite face pressée, de ladite avant-pièce composite, sur laquelle une pression est exercée,
caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe (8) de pressurisation de ladite avant-pièce composite, ledit organe (8) de pressurisation étant adapté pour pouvoir exercer ladite pression sous la forme d'un gradient de pression, ladite pression étant appliquée sur ladite face pressée de ladite avant-pièce composite entre au moins une première zone, dite zone de pressurisation maximale, de ladite face pressée, et au moins une deuxième zone, dite zone (4) d'évacuation de gaz, de ladite face pressée, ladite zone de pressurisation maximale étant différente de ladite zone (4) d'évacuation de gaz, ledit organe (8) de pressurisation étant appliqué au contact de ladite zone de pressurisation maximale et au contact de ladite zone (4) d'évacuation de gaz de ladite face pressée de ladite avant-pièce composite et ledit gradient de pression étant orienté vers ladite zone de pressurisation maximale, de façon à faire circuler le gaz présent au sein de Γ avant-pièce composite depuis ladite zone de pressurisation maximale jusqu'à ladite zone (4) d'évacuation de gaz.
13/ - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit organe (8) de pressurisation comprend au moins une vessie (10) gonflable présentant au moins une face, dite face (17) de pressurisation, adaptée pour être disposée, après gonflage de la vessie par une pression, dite pression de déformation, en contact avec la face pressée de ladite avant-pièce (1) composite, et au moins une face, dite face (19) pressurisée, opposée à ladite face de pressurisation.
14/ - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite vessie (10) est formée d'au moins un matériau choisi dans le groupe des matériaux élastomères.
15/ - Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un support (20) de pressurisation adapté pour maintenir en position ladite avant-pièce composite (1) lorsque ledit organe (8) de pressurisation est disposé au contact de ladite avant-pièce composite (1).
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