WO2014096562A2 - Procede de realisation de preformes a partir de fibres munies d'un liant, et machine correspondante - Google Patents

Procede de realisation de preformes a partir de fibres munies d'un liant, et machine correspondante Download PDF

Info

Publication number
WO2014096562A2
WO2014096562A2 PCT/FR2013/000337 FR2013000337W WO2014096562A2 WO 2014096562 A2 WO2014096562 A2 WO 2014096562A2 FR 2013000337 W FR2013000337 W FR 2013000337W WO 2014096562 A2 WO2014096562 A2 WO 2014096562A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
binder
fiber
draping
fibers
application
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2013/000337
Other languages
English (en)
Other versions
WO2014096562A3 (fr
Inventor
Alexander Hamlyn
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.)
Coriolis Composites SAS
Original Assignee
Coriolis Composites 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 Coriolis Composites SAS filed Critical Coriolis Composites SAS
Publication of WO2014096562A2 publication Critical patent/WO2014096562A2/fr
Publication of WO2014096562A3 publication Critical patent/WO2014096562A3/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B29C70/382—Automated fiber placement [AFP]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • B29B15/122—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex

Definitions

  • the present invention relates to a method of producing preforms by lay-up on a drape surface of fibers provided with a binder.
  • the present invention also relates to a process for producing composite material parts from such preforms, and a fiber draping machine for producing such preforms.
  • Fiber applicator or draping machines are known for automatically draping on draping tools, such as a male or female mold, a broad band formed of one or more fibers, in particular continuous fibers.
  • flat ribbon type in particular carbon fibers consisting of a multitude of carbon threads or filaments.
  • These machines conventionally comprise a fiber application head comprising guiding means for guiding the fiber or fibers to the draping surface.
  • These machines further comprise fiber storage means, and routing means for conveying fibers from said storage means to the head, and possibly a moving system of the drape head.
  • the means for guiding the head make it possible to bring the fibers in the form of a strip to the draping surface, in which the fibers are arranged in a substantially parallel manner. edge to edge, or with a defined spacing between two adjacent fibers.
  • these machines For draping in contact with the fibers, these machines, conventionally called fiber placement machines, comprise a head equipped with a compacting roller intended to come into contact against the draping surface to apply the strip, the guide means guiding the fibers. fibers to the roll in the form of a band.
  • the fibers applied may be fibers pre-impregnated with a thermoplastic or thermosetting resin, dry fibers, and / or dry fibers provided with a binder, conventionally called "Binder", to give a stickiness to the fibers during draping.
  • the preform, said pre-impregnated, obtained after draping is subsequently cured or polymerized by passing through an oven to obtain a piece of composite material.
  • Dry preforms with binder include a small amount of binder, generally less than 5%, to maintain the cohesion of the preform, while allowing its subsequent impregnation.
  • a first technique For the draping of dry fibers provided with a binder, a first technique consists in producing a coating of the binder in line, for example between the exit of the guiding system and the compaction roller, as described in patent WO2006 / 092514. in the name of the plaintiff.
  • This technique has the disadvantage of the implementation of a binder application system for the hot application of the binder, independently on each fiber. Such an application system is cumbersome and complex, and has a significant cost.
  • the binders are generally hot melt, it is necessary to heat the binder in liquid form, which implies a long start time of the machine.
  • a second solution is to implement fibers already coated with a binder by the raw material supplier. It is proposed to date such fibers, called powdered and / or veiled, packaged in coils, in which the binders are in the form of powder and / or a veil on one surface or on each surface of the fibers.
  • This technique has the disadvantage of implementing an expensive product, difficult to use for certain applications, particularly in the automotive field.
  • the object of the present invention is to propose a solution to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the present invention proposes a process for producing preforms by draping continuous fibers on a PT / FR2013 / 000337
  • 3 draping surface comprising conveying at least one dry fiber from a storage and dispensing system to guide means of a draping head for draping said fiber on a draping surface, characterized in that that he understands, when draping a fiber,
  • the on-line application preferably in a continuous manner, against said fiber of a binder
  • the draping head at the level of the draping head, in particular downstream of the guiding means, heating said fiber with the binder to allow adhesion of said fiber to the draping surface and / or one or more fibers provided with binder previously draped on said draping surface.
  • the draping is made from dry fibers, a binder is applied to each dry fiber, upstream of the draping head, and is activated in the draping head with a heating system.
  • the fibers are continuous and preferably comprise a multitude of continuous or non-continuous yarns or filaments, and preferably are in the form of a ribbon having two opposite major faces.
  • the method according to the invention makes it possible to drape dry fibers with binder starting from an inexpensive raw material. Different types of dry fibers can be implemented.
  • the dry fibers used are carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, polyethylene fibers, and / or natural fibers, such as, for example, flax fibers.
  • said application against said fiber of a binder comprises the application of a binder in the form of at least one wire or at least one ribbon.
  • the yarn may be mono-filament or multi-filament.
  • the application of the binder to the fiber comprises bonding said binder to the fiber.
  • Said binding of the binder to the fiber can be obtained by heating said binder.
  • said process then comprises a step of cooling the fiber provided with the binder after application of said binder.
  • the binder is advantageously supplied in the form of wire or ribbon, then optionally applied hot to the fiber.
  • each fiber may have its associated binder yarn package, and the advance of each fiber directly results in its binder yarn.
  • the method according to the invention is then characterized in that it comprises the application of a binder in the form of at least one unwound wire from a reel or a ball, or a ribbon unrolled from a reel, the advancement a fiber during its draping causing the unfolding of the binder wire or the binder tape, said fiber also preferably being unwound from a coil or a ball.
  • One or more binder yarns may be arranged, preferably continuously, in the length of the fiber or zigzag, either on a main face or on both major faces of the fiber, depending on the weight of the yarn used and the desired binder level in the preform.
  • the method comprises
  • each fiber is preferably in the form of a ribbon having two opposite major faces, and / or
  • the binder is applied in the form of a ribbon, for example nonwoven.
  • the binder is applied, not in the form of a solid wire coming from a coil, but in the form of a liquid or pasty wire via a nozzle, said wire being preferably solidified during of the application on the fiber.
  • the binder is applied in the form of powder.
  • the binder is applied at the level of the storage and distribution system which is offset from the draping head, said fiber provided with a binder then being conveyed to the draping head, via routing means comprising for example flexible tubes - each fiber passing in the internal passage of a flexible tube.
  • the storage and distribution system is integrated with the application head.
  • the draping method is a tape placement method comprising draping in contact with a wide web of a broad ribbon type fiber, or a fiber placement method including draping in contact with a web broad formed of several fibers in particular ribbon type.
  • the method then comprises draping webs formed of one or more fibers by means of a draping head provided with a compacting roll for draping in contact with said web against the draping surface, the binder application being carried out independently on each fiber in the case of multi-fiber tape placement.
  • the method comprises a calibration operation of each fiber, before the application of the binder to the fiber and / or after the application of the binder to the fiber, for example just before removal, on arrival fibers in the drape head, especially when the binder applied does not ensure good cohesion in width of the fiber.
  • the process according to the invention is a process for producing dry preforms, comprising the application of a binder to dry fibers, to form a dry fiber with a binder comprising less than 10% by weight of binder. , preferably less than 5% by weight of binder, said dry preform obtained will subsequently be subjected to an impregnation operation of a resin to form a composite part.
  • the method is a process for producing pre-impregnated preforms, comprising applying a binder formed from one or more resins to dry fibers to form a binder fiber comprising at least 30% by weight of binder, preferably at least 40% by weight of binder, the preimpregnated preform obtained being not subsequently subjected to an impregnation operation, for impregnation of the binder in the fibers at the core, then a hardening operation.
  • resin is injected or infused into the dry preform prior to the hardening step.
  • the preform, said pre-impregnated is subsequently cured or polymerized.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing composite material parts, characterized in that it comprises
  • a curing step by passing through an oven to obtain a composite material part.
  • the method of manufacturing composite material parts comprises the production of a dry preform, as described above, the impregnation step comprising the addition of one or more resins by infusion or injection.
  • the method comprises the production of a so-called prepreg preform, as described above, the impregnation step comprising heating the preform to impregnate the whole of the preform or the resins forming the binder.
  • the present invention also relates to a fiber lay-up machine comprising
  • a draping head including guiding means for guiding one or more fibers to a draping surface to drape said fibers onto the draping surface, and preferably a compacting roll intended to come into contact with the draping surface;
  • a storage and distribution system comprising storage and distribution means for storing and dispensing at least one fiber
  • conveying means for conveying the fiber or fibers from said storage and dispensing system to the guide means of the drape head, characterized in that the storage and dispensing system further comprises
  • application means for applying said binder against each fiber preferably in the form of at least one wire or at least one ribbon,
  • said draping head comprising heating means for heating each fiber with the binder to allow adhesion of said fiber to the draping surface or to one or more fibers previously draped over said draping surface.
  • the storage and distribution means are capable of storing and dispensing a binder in the form of at least one wire or ribbon, the application means preferably being able to apply to hot at least one binder yarn against each fiber to bond said fiber and said binder yarn.
  • the fiber storage and distribution system comprises a creel for receiving at least one fiber reel and at least one spool of binder yarn per fiber reel.
  • the application means comprise for each fiber, a roller and a counter-roller adapted to receive between them a fiber and the binder, said roller being preferably mounted movably between an inactive position in which the roller is disposed at a distance from its associated counter-roller, and an active position in which the fiber and the binder are clamped between the roller and the counter-roller.
  • each counter-roller is able to be heated to allow binding of the fiber and the binder by heating the binder in the active position of the roller.
  • said application means are able to apply at least one zigzag binder wire on each fiber.
  • the machine according to the invention can be:
  • a so-called tape placement machine for application in contact with a wide band formed of a broad ribbon type fiber or wick, or a so-called fiber placement machine for application in contact with a wide band formed of several fibers or wicks, in particular of the ribbons type, or
  • a machine for non-contact application for example a filament winding machine for applying a strip formed of one or more fibers, in particular of the ribbon type.
  • the head comprises a compacting roll for draping in contact with a web of one or more fibers, said machine preferably comprising in addition to a system for moving the drape head.
  • the storage and dispensing system is disposed at a distance from the drape head, for example placed on the ground or is mounted on one of the elements of the head displacement system.
  • the storage and distribution system is integrated in the application head, the conveying means are for example formed of pulleys carrying the fibers of said storage and distribution system to the guide means of the head, a displacement system for moving the head and the storage and distribution system.
  • the storage and dispensing system comprises a creel for receiving a plurality of fiber bobbins and receiving at least one bobbin thread spool by fiber coil, the binder application means being capable of independently applying at least one binder yarn to each fiber.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a fiber lay-up machine according to one embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged schematic view of the creel of the machine of FIG. 1;
  • FIG. 3 is an enlarged partial view along the plane III-III of FIG. 2, illustrating the system for applying binder yarns to the fibers;
  • FIG. 4 is an enlarged view of the detail D of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a schematic side view of a creel according to an alternative embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic top view of a binder application system according to an alternative embodiment, for the application of zigzag son on the fibers.
  • Figure 1 schematically illustrates a draping machine, or fiber placement machine according to the invention, for draping the contact on a mold of a strip formed of several fibers.
  • the machine comprises a displacement system 1 which is formed of a poly-articulated arm 11 of the six-axis poly-articulated robot type, known per se, mounted mobile on a linear rail 12 fixed to the ground.
  • the poly-articulated arm 11 is fixed by its base 112 on a carriage 13 slidably mounted on the rail 12.
  • the placement head 2 is mounted on the end wrist 11a of the poly-articulated arm.
  • the head comprises, in known manner, guiding means for guiding a plurality of fibers in the form of a band towards a compaction roller 21, the compaction roller being able to come into contact with a mold for applying the band.
  • the head further comprises cutting means for individually cutting each fiber, re-routing means for rerouting each fiber that has just been cut, in order to be able to stop and resume the application of a fiber at any time, as well as to choose the width of the band, and locking means for blocking a fiber that has just been cut.
  • the machine comprises a drape head as described in the patent document WO2008 / 132299.
  • the machine is provided here for the lay-up of fibers, for example carbon fiber type 9, in the form of ribbon, packaged in coils.
  • the storage and dispensing system comprises a creel, diagrammatically represented under the reference 3, for receiving the fiber reels and delivering the fibers independently of one another.
  • Each coil is mounted on a mandrel 32, motorized or not.
  • each mandrel is rotatably mounted and is equipped with an automatic braking system controlled in a closed loop as a function of the tension of the fiber.
  • the creel comprises a support frame carrying the mandrels 32 on which the fiber coils are mounted.
  • the mandrels 32 are arranged substantially horizontally parallel to each other.
  • the creel is also mounted on a follower carriage 31, disposed on the rail 12 and mechanically connected to the carriage 13 carrying the robot.
  • the machine and provided for draping a strip of eight fibers 9 the creel comprising comprises eight coils 90 of fiber.
  • the conveying means for conveying the fibers of the creel to the placement head are here formed of flexible tubes, as described for example in the patent document WO2012 / 160270.
  • the tubes are gathered in a bundle, shown schematically under the reference 40 , and are placed in the internal passage of a flexible sheath 41, optionally cooled to cool and maintain the fibers at a low temperature, at which the fibers remain low tack.
  • the machine comprises binder storage and distribution means and binder application means on the fibers.
  • the binder is in the form of coil-wrapped wire 80.
  • the storage and dispensing means, as well as the application means are arranged at the level of the creel and are intended to apply up to five binder yarn on each fiber.
  • the storage and distribution means of the binder are formed here of mandrels 51, mounted on the support frame of the creel and arranged parallel to the mandrels 32 for receiving fiber coils.
  • Each mandrel 32 for receiving a fiber reel is associated with a mandrel 51 for receiving at least one binder wire spool.
  • Each mandrel is intended to receive here five bobbins of binder yarn.
  • the application means 6 comprise for each fiber a roller 61 and a heating counter-roller 62 between which are fed a fiber and the five binder son 8 coming from coils 80 mounted on the same mandrel 51.
  • Each roller 61 is operable via actuating means 63 between an inactive position in which the roller is arranged at a distance its associated counter-roller 62, and an active position in which the fiber and the five son are pinched between the roller 61 and the counter-roller 62.
  • the actuating means 63 comprise for example for each roller a cylinder, preferably pneumatic.
  • Each roller is rotatably mounted on a yoke 64 which is fixed to the end of the rod 63a of its associated cylinder.
  • the counter-rollers 62 are rotatably mounted, independently of one another, on a common rod 65, said rod is heated by heating means (not shown), for example of the ultrasound type, in order to heat the counter-rollers.
  • First guiding means 33 preferably pulleys, guide the fibers to the binder application means.
  • Second guide means guide the binder son to the application system, to bring five son, substantially parallel to each other, against the main face of a fiber which is opposed to the counterwheel 62 heating.
  • These second guide means may comprise pulley and / or eyelet systems, represented diagrammatically under the reference 52, and / or comb systems diagrammatically represented under the reference 53.
  • each roller advantageously has a recess 61a for receiving the fibers and son, in which is inserted the counter roller 61 in the active position of the roller.
  • the fibers advantageously pass through a calibration system 7, making it possible to calibrate the fibers to a desired width.
  • This calibration system comprises a set of rollers 71 fixed and / or mobile over which the fibers pass so as to obtain a development of the fibers, as well as lateral guidance systems to calibrate the fibers in width.
  • the fibers are dry carbon fibers, consisting of a multitude of carbon filaments and a small amount of so-called sizing resin, of the order of 0.2% by weight, for to give some cohesion to said filaments.
  • the machine is used to produce a dry preform, by hot applying five son of binder on each fiber.
  • the binder son consist for example of one or more thermoplastic polymers, for example son of co-PES (polyethersulfone) type fusible multi-filament, sold under the trade name Grilon, under the reference KE-60, including 220 dtex, and having a melting point of about 60 ° C.
  • the counter rollers are heated to a temperature to activate the son of binder at a temperature above their melting temperature, to ensure their binding to the fibers.
  • the fiber After application of the five binder yarns, the fiber comprises about 5% by weight of binder.
  • the temperature in the creel ensures cooling of the fibers at a temperature at which the fibers are little or not tacky.
  • cooling means are provided for cooling the fibers exiting the application system.
  • the placement head 2 is equipped with heating means for heating the fiber provided with the binder and softening said binder in order to promote the adhesion of the fiber to the layup support and / or the previously draped fibers.
  • the heating means shown schematically under the reference 22 in Figure 1, are formed for example of an infrared lamp type heating system, for heating the fiber provided with the binder at a temperature above its melting temperature.
  • the progress of the fiber causes the unwinding of its five associated binder son.
  • the roller 61 of the fiber is in the active position for hot application of the five binder son on the fiber.
  • the binder of the fiber is reactivated by the heating means 22 of the head.
  • the heating means furthermore make it possible to heat the drape support and / or the previously draped fibers.
  • FIG. 3 illustrates the position of the rollers of the application system during draping of a strip formed of the four central fibers.
  • the rollers of these four central fibers are in the active position in order to apply in line the binder son on these four fibers.
  • the rollers of the un-draped fibers are in the inactive position so that the five threads of binder of these fibers are not heated by their respective counter-rollers.
  • the fiber is brought to the head so that it comes against the roll by its opposite side to that against which the binder threads were applied.
  • the dry preform After producing a dry preform by draping several folds, the dry preform can be subjected to an infusion or resin injection operation and then a hardening operation to obtain a composite part.
  • a preform in the form of a plate with the desired dimensions can be obtained by draping several plies.
  • the binder applied to the fibers allows deformation of the preform. This may be placed in a mold corresponding to the final shape of the desired composite part in which the resin impregnation operation will be carried out by injection or infusion.
  • the machine is used for the production of pre-impregnated preforms, by applying to each fiber five binder son, without bond between the fiber and the five binder son.
  • the binder son are for example made of one or more thermoplastic resins.
  • the counter rollers are not heated, and the rollers are optionally maintained in the inactive position.
  • Each fiber and its five wires are routed to the head at which the heating means, formed for example of a laser heating system, heat the son to the melting temperature of the thermoplastic resin, for example of the order of 300 ° C to 400 ° C.
  • the pre-impregnated preform obtained comprises at least 40% by weight of resin.
  • the preform can then be subjected to a heating and pressurizing operation to impregnate the resin homogeneously throughout the preform, then a consolidation operation to obtain a composite part.
  • FIG. 5 illustrates an embodiment variant in which the binder threads 8 are packaged in conical 180 coils, also called fusettes.
  • the coils are fitted, fixed in rotation, on vertical axes 151.
  • a support 154 mounted on the support frame of the creel, carries five vertical axes to receive five coils of binder son.
  • the son pass in guide means of eyelet type 152 and in a comb 153. While draping a fiber, its five associated binder son are unwound from their coils.
  • FIG. 6 illustrates a fiber 9 provided with a binder obtained by means of an application system allowing the zigzagging of a binder thread 8 on one of the main faces of a fiber.
  • a fiber is for example obtained using wire guiding means, placed upstream of the rollers and heating rollers, comprising for each wire an eyelet 66 in which the wire passes, the eyelets are attached to the same rod 67 moved back and forth, transversely to the direction of advancement of the fibers, by actuating means, for example of pneumatic cylinder type 68.
  • the application of a binder yarn to a fiber is obtained by heating the fiber, the thus heated fiber and the binder yarn are pressed together at the level of a fiber. pulley to ensure the connection.
  • the application means comprise for example a heating tunnel through which the fiber passes, said tunnel being for example continuously heated by means of a hot air torch. At the end of the tunnel, the fiber is pressed against a pulley, with the binder wire interposed between said pulley and the fiber.
  • the pulley is advantageously cooled by an air or liquid cooling system. Binding the binder to the fiber by heating the binder is obtained by applying the binder to a previously heated fiber.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé de réalisation de préformes, par drapage de fibres sur une surface de drapage, comprenant l'acheminement d'au moins une fibre (9) sèche depuis un système (3) de stockage et de distribution jusqu'à une tête (2) de drapage pour draper ladite fibre sur une surface de drapage, caractérisé en ce qu'il comprend, lors du drapage d'une fibre, l'application contre ladite fibre d'un liant (8), de préférence sous la forme d'au moins un fil ou d'au moins un ruban, l'acheminement de la fibre avec le liant jusqu'à la tête de drapage, et le chauffage de ladite fibre avec le liant pour permettre l'adhésion de ladite fibre à la surface de drapage et/ou à une ou plusieurs fibres munies de liant préalablement drapées. L'invention concerne également une machine de drapage correspondante, et un procédé de réalisation de pièces en matériau composite à partir de telles préformes.

Description

PROCEDE DE REALISATION DE PREFORMES A PARTIR DE FIBRES MUNIES D'UN LIANT, ET MACHINE
CORRESPONDANTE
La présente invention concerne un procédé de réalisation de préformes par drapage sur une surface de drapage de fibres munies d'un liant. La présente invention concerne également un procédé de réalisation de pièces en matériau composite à partir de telles préformes, et une machine de drapage de fibres pour la réalisation de telles préformes.
Il est connu des machines d'application ou de drapage de fibres pour le drapage automatique sur un outillage de drapage, tel qu'un moule mâle ou femelle, d'une bande large formée d'une ou plusieurs fibres, en particulier des fibres continues plates de type rubans, notamment des fibres de carbone constituées d'une multitude de fils ou filaments de carbone.
Ces machines comprennent classiquement une tête d'application de fibres comportant des moyens de guidage pour guider la ou les fibres vers la surface de drapage. Ces machines comprennent en outre des moyens de stockage de fibres, et des moyens d'acheminement pour acheminer des fibres desdits moyens de stockage vers la tête, et éventuellement un système de déplacement de la tête de drapage. Dans le cas d'une bande formée de plusieurs fibres, appelées également mèches, les moyens de guidage de la tête permettent d'amener vers la surface de drapage les fibres sous la forme d'une bande, dans laquelle les fibres sont disposées parallèlement sensiblement bord à bord, ou avec un espacement défini entre deux fibres adjacentes. Pour un drapage au contact des fibres, ces machines, appelées classiquement machines de placement de fibres, comprennent une tête équipée d'un rouleau de compactage destiné à venir en contact contre la surface de drapage pour appliquer la bande, les moyens de guidage guidant les fibres vers le rouleau sous la forme d'une bande.
Les fibres appliquées peuvent être des fibres pré-imprégnées d'une résine thermoplastique ou thermodurcissable, des fibres sèches, et/ou des fibres sèches munies d'un liant, classiquement appelé « binder », pour conférer un caractère collant aux fibres lors du drapage.
Dans le cas d'un drapage de fibres pré-imprégnées de résine, la préforme, dite pré-imprégnée, obtenue après drapage, est par la suite durcie ou polymérisée par passage dans un four pour obtenir une pièce en matériau composite.
Dans le cas de fibres sèches, avec ou sans liant, de la résine est injectée ou infusée dans la préforme, dite sèche, avant une étape de durcissement. Les préformes sèches avec liant comprennent une faible quantité de liant, généralement inférieure à 5 % , permettant de maintenir la cohésion de la préforme, tout en autorisant son imprégnation ultérieure.
Pour le drapage de fibres sèches munies d'un liant, une première technique consiste à réaliser une enduction du liant en ligne, par exemple entre la sortie du système de guidage et le rouleau de compactage, telle que décrit dans le document brevet WO2006/092514 au nom de la demanderesse. Cette technique a pour inconvénient la mise en œuvre d'un système d'application de liant permettant l'application à chaud du liant, de manière indépendante sur chaque fibre. Un tel système d'application s'avère encombrant et complexe, et présente un coût important. De plus, les liants étant généralement thermofusibles, il est nécessaire de mettre en température le liant sous forme liquide, ce qui implique un temps de démarrage long de la machine.
Une deuxième solution consiste à mettre en œuvre des fibres déjà revêtues d'un liant par le fournisseur de matière première. Il est proposé à ce jour de telles fibres, dites poudrées et/ou voilées, conditionnées en bobines, dans lesquelles les liants se présentent sous la forme de poudre et/ou d'un voile sur une surface ou sur chaque surface des fibres. Cette technique a pour inconvénient de mettre en œuvre un produit coûteux, difficilement utilisable pour certaines applications, notamment dans le domaine automobile.
Le but de la présente invention est de proposer une solution visant à pallier les inconvénients précités.
A cet effet, la présente invention propose un procédé de réalisation de préformes, par drapage de fibres continues sur une P T/FR2013/000337
3 surface de drapage, comprenant l'acheminement d'au moins une fibre sèche depuis un système de stockage et de distribution jusqu'à des moyens de guidage d'une tête de drapage pour draper ladite fibre sur une surface de drapage, caractérisé en ce qu'il comprend, lors du drapage d'une fibre,
- en amont des moyens de guidage de la tête de drapage, l'application en ligne, de préférence de manière continue, contre ladite fibre d'un liant,
- l'acheminement de la fibre avec le liant jusqu'à la tête de drapage, en particulier jusqu'aux moyens de guidage de la tête de drapage,
- au niveau de la tête de drapage, en particulier en aval des moyens de guidage, le chauffage de ladite fibre avec le liant pour permettre l'adhésion de ladite fibre à la surface de drapage et/ou à une ou plusieurs fibres munies de liant préalablement drapées sur ladite surface de drapage.
Selon l'invention, le drapage est réalisé à partir de fibres sèches, un liant est appliqué sur chaque fibre sèche, en amont de la tête de drapage, et est activé dans la tête de drapage avec un système chauffant. Les fibres sont continues et comprennent de préférence une multitude de fils ou filaments continus ou non continus, et de préférence sont sous la forme d'un ruban présentant deux faces principales opposées. Le procédé selon l'invention permet de draper des fibres sèches avec liant en partant d'une matière première peu onéreuse. Différents types de fibres sèches peuvent être mise en œuvre. A titre d'exemple non limitatif, les fibres sèches utilisées sont des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres d'aramide, des fibres de polyéthylène, et/ou des fibres naturelles, telles que par exemple des fibres de lin.
Selon un mode de réalisation, ladite application contre ladite fibre d'un liant comprend l'application d'un liant sous la forme d'au moins un fil ou d'au moins un ruban. Dans le cas d'un fil de liant, le fil peut être mono-filament ou multi-filaments.
Selon un mode de réalisation, l'application du liant sur la fibre comprend la liaison dudit liant à la fibre. Ladite liaison du liant à la fibre peut être obtenue par chauffage dudit liant. Avantageusement, ledit procédé comprend alors une étape de refroidissement de la fibre munie du liant après application dudit liant.
Selon un mode de réalisation, le liant est avantageusement approvisionné sous forme de fil ou de ruban, puis éventuellement appliqué à chaud sur la fibre. Par exemple, chaque fibre peut avoir sa bobine de fil de liant associée, et l'avance de chaque fibre entraîne directement son fil de liant. Le procédé selon l'invention se caractérise alors en ce qu'il comprend l'application d'un liant sous la forme d'au moins un fil déroulé depuis une bobine ou une pelote, ou un ruban déroulé depuis une bobine, l'avancement d'une fibre lors de son drapage entraînant le déroulement du fil de liant ou du ruban de liant, ladite fibre étant également de préférence déroulée depuis une bobine ou une pelote.
Un ou plusieurs fils de liant peuvent être disposés, de préférence en continue, dans la longueur de la fibre ou en zigzag, soit sur une face principale, soit sur les deux faces principales de la fibre, en fonction du grammage du fil utilisé et du taux de liant recherché dans la préforme. Ainsi, selon des modes de réalisation, le procédé comprend
- l'application de plusieurs fils de liant sur ladite fibre, de préférence, en continu et sensiblement parallèlement les uns aux autres, chaque fibre se présente de préférence sous la forme d'un ruban présentant deux faces principales opposées, et/ou
- l'application d'au moins un fil de liant en zigzag sur la fibre, ladite fibre se présentant de préférence sous la forme d'un ruban.
En variante, au lieu d'un fil, le liant est appliqué sous la forme d'un ruban, par exemple de non tissé.
Selon un autre mode de réalisation, le liant est appliqué, non pas sous la forme d'un fil solide provenant d'une bobine, mais sous la forme d'un fil liquide ou pâteux via une buse, ledit fil étant de préférence solidifié lors de l'application sur la fibre. Selon un autre mode de réalisation, le liant est appliqué sous la forme de poudre.
Selon un mode de réalisation, l'application de liant est réalisée au niveau du système de stockage et de distribution qui est déporté de la tête de drapage, ladite fibre munie d'un liant étant ensuite acheminée jusqu'à la tête de drapage, via des moyens d'acheminement comprenant par exemple des tubes flexibles -, chaque fibre passant dans le passage interne d'un tube flexible.
Selon un autre mode de réalisation, le système de stockage et de distribution est intégré à la tête d'application.
De préférence, le procédé de drapage est un procédé de placement de bande comprenant le drapage au contact d'une bande large formée d'une fibre large de type ruban, ou un procédé de placement de fibres comprenant le drapage au contact d'une bande large formée de plusieurs fibres en particulier de type ruban. Le procédé comprend alors le drapage de bandes formées d'une ou plusieurs fibres au moyen d'une tête de drapage munie d'un rouleau de compactage pour draper au contact ladite bande contre la surface de drapage, l'application de liant étant effectuée de manière indépendante sur chaque fibre dans le cas du placement de bande formée de plusieurs fibres.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une opération de calibrage de chaque fibre, avant l'application du liant sur la fibre et/ou après l'application du liant sur la fibre, par exemple juste avant la dépose, à l'arrivée des fibres dans la tête de drapage, notamment lorsque le liant appliqué ne permet pas de garantir une bonne cohésion en largeur de la fibre.
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention est un procédé de réalisation de préformes sèches, comprenant l'application d'un liant sur des fibres sèches, pour former une fibre sèche avec liant comprenant moins de 10% eii poids de liant, de préférence moins de 5% en poids de liant, ladite préforme sèche obtenue sera par la suite soumise à une opération d'imprégnation d'une résine pour former une pièce composite.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé est un procédé de réalisation de préformes de type pré-imprégnées, comprenant l'application d'un liant formé d'une ou plusieurs résines sur des fibres sèches pour former une fibre avec liant comprenant au moins 30% en poids de liant, de préférence au moins de 40% en poids de liant, la préforme pré-imprégnée obtenue étant pas la suite soumise à une opération d'imprégnation, pour une imprégnation à cœur du liant dans les fibres, puis une opération de durcissement. Dans le cas de fibres sèches avec liant, de la résine est injectée ou infusée dans la préforme sèche avant l'étape de durcissement. Dans le cas d'un drapage de fibres pré-imprégnées de résine, la préforme, dite pré-imprégnée, est par la suite durcie ou polymérisée.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de pièces en matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend
- la réalisation d'une préforme par drapage de fibres selon le procédé défini précédemment,
- une étape d'imprégnation de résine dans la préforme, après une éventuelle étape d'ajout de résine à ladite préforme par infusion ou injection, et
- une étape de durcissement par passage dans un four pour obtenir une pièce en matériau composite.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication de pièces en matériau composite comprend la réalisation d'une préforme sèche, tel que décrit précédemment, l'étape d'imprégnation comprenant l'ajout d'une ou plusieurs résines par infusion ou injection. Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend la réalisation d'une préforme dite pré-imprégnée, tel que décrit précédemment, l'étape d'imprégnation comprenant le chauffage de la préforme pour imprégner dans l'ensemble de la préforme la ou les résines formant le liant.
La présente invention a également pour objet une machine de drapage de fibres comprenant
- une tête de drapage comportant des moyens de guidage pour guider une ou plusieurs fibres vers une surface de drapage afin de draper lesdites fibres sur la surface de drapage, et de préférence un rouleau de compactage destiné à venir en contact contre la surface de drapage,
- un système de stockage et de distribution comprenant des moyens de stockage et de distribution pour stocker et distribuer au moins une fibre, et
- des moyens d'acheminement pour acheminer la ou les fibres dudit système de stockage et distribution vers les moyens de guidage de la tête de drapage, caractérisée en ce que le système de stockage et de distribution comprend en outre
- des moyens de stockage et de distribution pour stocker et distribuer un liant, et
- des moyens d'application pour appliquer ledit liant contre chaque fibre, de préférence sous la forme d'au moins un fil ou d'au moins un ruban,
ladite tête de drapage comprenant des moyens de chauffage pour chauffer chaque fibre avec le liant pour permettre l'adhésion de ladite fibre à la surface de drapage ou à une ou plusieurs fibres préalablement drapées sur ladite surface de drapage.
Selon un mode de réalisation, les moyens de stockage et de distribution sont aptes à stocker et distribuer un liant sous la forme d'au moins d'un fil ou d'un ruban, les moyens d'application étant de préférence aptes à appliquer à chaud au moins un fil de liant contre chaque fibre pour lier ladite fibre et ledit fil de liant.
Selon un mode de réalisation, le système de stockage et de distribution de fibres comprend un cantre pour la réception d'au moins d'une bobine de fibre et d'au moins une bobine de fil de liant par bobine de fibre.
Selon un mode de réalisation, les moyens d'application comprennent pour chaque fibre, un galet et un contre-galet aptes à recevoir entre eux une fibre et le liant, ledit galet étant de préférence monté mobile entre une position inactive dans laquelle le galet est disposé à distance de son contre-galet associé, et une position active dans laquelle la fibre et le liant sont pincés entre le galet et le contre- galet. Selon une variante, chaque contre-galet est apte à être chauffé pour permettre une liaison de la fibre et du liant par chauffage du liant dans la position active du galet.
Selon un mode de réalisation, lesdits moyens d'application sont aptes à appliquer au moins un fil de liant en zigzag sur chaque fibre.
La machine selon l'invention peut être :
- une machine dite de placement de bande pour l'application au contact d'une bande large formée d'une fibre ou mèche large de type ruban, ou - une machine dite de placement de fibres pour l'application au contact d'une bande large formée de plusieurs fibres ou mèches en particulier de type rubans, ou
- une machine pour l'application sans contact, par exemple une machine d'enroulement filamentaire pour l'application d'une bande formée d'une ou plusieurs fibres, en particulier de type ruban.
Dans le cas d'une machine de placement de bande ou d'une machine de placement de fibres, la tête comprend un rouleau de compactage pour le drapage au contact d'une bande d'une ou plusieurs fibres, ladite machine comprenant de préférence en outre un système de déplacement de la tête de drapage.
Selon un mode de réalisation, le système de stockage et de distribution est disposé à distance de la tête de drapage, par exemple disposé au sol ou est monté sur un des éléments du système de déplacement de la tête. Selon un autre mode de réalisation, le système de stockage et de distribution est intégré à la tête d'application, les moyens d'acheminement sont par exemple formés de poulies acheminant les fibres dudit système de stockage et de distribution jusqu'aux moyens de guidage de la tête, un système de déplacement permettant de déplacer la tête et le système de stockage et de distribution.
Selon un mode de réalisation, pour le drapage d'une bande formée de plusieurs fibres, le système de stockage et de distribution comprend un cantre pour la réception de plusieurs bobines de fibre et la réception d'au moins une bobine de fil de liant par bobine de fibre, les moyens d'application de liant étant aptes à appliquer de manière indépendante au moins un fil de liant sur chaque fibre.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est line vue schématique de côté d'une machine de drapage de fibres selon un mode de réalisation ;
- la figure 2 est une vue schématique agrandie du cantre de la machine de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue partielle agrandie selon le plan III-III de la figure 2, illustrant le système d'application des fils de liant sur les fibres ;
- la figure 4 est une vue agrandie du détail D de la figure 3 ;
- la figure 5 est une vue schématique de côté d'un cantre selon une variante de réalisation ; et,
- la figure 6 est une vue schématique de dessus d'un système d'application de liant selon une variante de réalisation, pour l'application de fils en zigzag sur les fibres.
La figure 1 illustre de manière schématique une machine de drapage, ou machine de placement de fibres selon l'invention, permettant le drapage au contact sur un moule d'une bande formée de plusieurs fibres.
La machine comprend un système de déplacement 1 qui est formé d'un bras poly-articulé 11, du type robot poly-articulé six axes, connu en soi, monté mobile sur un rail linéaire 12 fixé au sol. Le bras poly-articulé 11 est fixé par son embase 112 sur un chariot 13 monté coulissant sur le rail 12.
La tête de placement 2 est montée au poignet d'extrémité l ia du bras poly-articulé. La tête comprend de manière connue, des moyens de guidage pour guider plusieurs fibres sous la forme d'une bande vers un rouleau de compactage 21 , le rouleau de compactage étant apte à venir en contact avec un moule pour appliquer la bande. La tête comprend en outre des moyens de coupe pour couper individuellement chaque fibre, des moyens de réacheminement pour réacheminer chaque fibre venant d'être coupée, afin de pouvoir à tout moment stopper et reprendre l'application d'une fibre, ainsi que choisir la largeur de la bande, et des moyens de blocage afin de bloquer une fibre venant d'être coupée. A titre d'exemple, la machine comprend une tête de drapage telle que décrite dans le document brevet WO2008/ 132299.
La machine est prévue ici pour le drapage de fibres, par exemple de type fibres de carbone 9, sous forme de ruban, conditionnées en bobines. Le système de stockage et de distribution comprend un cantre, schématiquement représenté sous la référence 3, pour recevoir les bobines de fibres et délivrer les fibres indépendamment les unes des autres. Chaque bobine est montée sur un mandrin 32, motorisé ou non. A titre d'exemple, chaque mandrin est monté libre en rotation et est équipé d'un système de freinage automatique asservi en boucle fermée en fonction de la tension de la fibre. Le cantre comprend un cadre support portant les mandrins 32 sur lesquels sont montées les bobines de fibre. Les mandrins 32 sont disposés sensiblement horizontalement parallèlement les uns aux autres. Le cantre est également monté sur un chariot suiveur 31, disposé sur le rail 12 et relié mécaniquement au chariot 13 portant le robot. Dans le mode de réalisation illustré, la machine et prévue pour le drapage d'une bande de huit fibres 9, le cantre comprenant comprend huit bobines 90 de fibre.
Les moyens d'acheminement pour acheminer les fibres du cantre à la tête de placement sont formés ici de tubes flexibles, tels que décrits par exemple dans le document brevet WO2012/ 160270. Les tubes sont rassemblés en un faisceau, représenté schématiquement sous la référence 40, et sont placés dans le passage interne d'une gaine 41 flexible, éventuellement refroidie pour refroidir et maintenir les fibres à une température basse, à laquelle les fibres restent peu collantes.
Selon l'invention, la machine comprend des moyens de stockage et de distribution de liant et des moyens d'application de liant sur les fibres. Dans ce mode de réalisation, le liant est sous la forme de fil 8 conditionné en bobine 80. Les moyens de stockage et de distribution, ainsi que les moyens d'application sont disposés au niveau du cantre et sont prévus pour appliquer jusqu'à cinq fils de liant sur chaque fibre.
Les moyens de stockage et de distribution du liant sont formés ici de mandrins 51, montés sur le cadre support du cantre et disposés parallèlement aux mandrins 32 pour la réception des bobines de fibre. A chaque mandrin 32 pour la réception d'une bobine de fibre est associé un mandrin 51 pour la réception d'au moins une bobine de fil de liant. Chaque mandrin est destiné recevoir ici cinq bobines de fil de liant.
Pour l'application des cinq fils de liant sur une fibre, les moyens d'application 6 comprennent pour chaque fibre un galet 61 et un contre- galet 62 chauffant entre lesquels sont amenées une fibre et les cinq fils de liant 8 provenant de bobines 80 montées sur un même mandrin 51. Chaque galet 61 est manœuvrable via des moyens d'actionnement 63 entre une position inactive dans laquelle le galet est disposé à distance de son contre-galet 62 associé, et une position active dans laquelle la fibre et les cinq fils sont pincés entre le galet 61 et le contre-galet 62. Les moyens d'actionnement 63 comprennent par exemple pour chaque galet un vérin, de préférence pneumatique. Chaque galet est monté rotatif sur une chape 64 qui est fixé à l'extrémité de la tige 63a de son vérin associé. Les contre-galets 62 sont montés rotatifs, indépendamment les uns des autres, sur une tige 65 commune, ladite tige est chauffée par des moyens de chauffage (non représentés), par exemple de type à ultrason, afin de chauffer les contre-galets.
Des premiers moyens de guidage 33, de préférence de type poulies, guident les fibres vers les moyens d'application de liant. Des seconds moyens de guidage guident les fils de liant vers le système d'application, pour amener cinq fils, sensiblement parallèlement les uns aux autres, contre la face principale d'une fibre qui est opposée au contre-galet 62 chauffant. Ces seconds moyens de guidage peuvent comprendre des systèmes de poulies et/ou d' œillets, représentés schématiquement sous la référence 52, et/ou des systèmes de peigne représentés schématiquement sous la référence 53.
Pour assurer le positionnement des fibres sur les galets 61 , chaque galet présent avantageusement un renfoncement 61a pour la réception des fibres et des fils, dans lequel vient s'insérer le contre- galet 61 dans la position active du galet.
En amont des moyens d'application, les fibres passent avantageusement dans un système de calibration 7, permettant de calibrer les fibres à une largeur souhaitée. Ce système de calibration comprend un ensemble de rouleaux 71 fixes et/ou mobiles sur lesquels passent les fibres de manière à obtenir un épanouissement des fibres, ainsi que des systèmes de guidage latéral pour calibrer en largeur les fibres.
A titre d'exemple, les fibres sont des fibres de carbone sèches, constituées d'une multitude de filaments de carbone et d'une faible quantité de résine dite d'ensimage, de l'ordre de 0,2% en poids, pour conférer une certaine cohésion auxdits filaments.
Selon un premier exemple, la machine est utilisée pour réaliser une préforme sèche, en appliquant à chaud cinq fils de liant sur chaque fibre. Les fils de liant sont par exemple constitués d'un ou plusieurs polymères thermoplastiques, par exemple des fils de co-PES (Polyéthersulfone) de type thermocollant multi-filaments, commercialisé sous la dénomination commerciale Grilon, sous la référence KE-60, notamment de 220 dtex, et ayant un point de fusion d'environ 60°C.
Les contre-galets sont chauffés à une température permettant d'activer les fils de liant à une température supérieure à leur température de fusion, pour assurer leur liaison aux fibres. Après application des cinq fils de liant, la fibre comprend environ 5 % en poids de liant.
En sortie du système d'application, la température dans le cantre assure un refroidissement des fibres à une température à laquelle les fibres sont peu ou pas collantes. En variante, des moyens de refroidissement sont prévus pour refroidir les fibres sortant du système d'application.
La tête de placement 2 est équipée de moyens de chauffage pour chauffer la fibre munie du liant et ramollir ledit liant afin de favoriser l'adhésion de la fibre au support de drapage et/ou aux fibres préalablement drapées. Les moyens de chauffage, représentés schématiquement sous la référence 22 sur la figure 1 , sont formés par exemple d'un système de chauffe de type lampe infrarouge, permettant de chauffer la fibre munie du liant à une température supérieure à sa température de fusion.
En cours de drapage d'une fibre, l'avancement de la fibre entraîne le déroulement de ses cinq fils de liant associés. Le galet 61 de la fibre est en position active pour appliquer à chaud les cinq fils de liant sur la fibre. Au niveau de la tête, le liant de la fibre est réactivé par les moyens de chauffage 22 de la tête. Avantageusement, les moyens de chauffage permettent en outre de chauffer le support de drapage et/ou les fibres préalablement drapées.
La figure 3 illustre la position des galets du système d'application en cours de drapage d'une bande formée des quatre fibres centrales. Les galets de ces quatre fibres centrales sont en position active afin d'appliquer en ligne les fils de liant sur ces quatre fibres. Les galets des fibres non drapées sont en position inactive de sorte que les cinq fils de liant de ces fibres ne soient pas chauffés par leurs contre-galets respectifs.
Pour garantir un bon chauffage du liant et une meilleure adhésion de la fibre au support de drapage, et éviter un encrassement du rouleau, la fibre est amenée à la tête de sorte qu'elle vienne contre le rouleau par sa face opposée à celle contre laquelle ont été appliqués les fils de liant.
Après réalisation d'une préforme sèche par drapage de plusieurs plis, la préforme sèche peut être soumise à une opération d'infusion ou d'injection de résine puis une opération de durcissement pour obtenir une pièce composite.
Une préforme sous forme de plaque aux dimensions souhaitées peut être obtenue par drapage de plusieurs plis. Le liant appliqué aux fibres autorise une déformation de la préforme. Celle-ci peut être placée dans un moule correspondant à la forme finale de la pièce composite souhaitée dans lequel sera réalisé l'opération d'imprégnation de résine par injection ou infusion.
Selon un autre exemple, la machine est utilisée pour la réalisation de préformes pré-imprégnées, en appliquant sur chaque fibre cinq fils de liant, sans liaison entre la fibre et les cinq fils de liant. Les fils de liant sont par exemple constitués d'une ou plusieurs résines thermoplastiques. Les contre-galets ne sont pas chauffés, et les galets sont éventuellement maintenus en position inactive. Chaque fibre et ses cinq fils sont acheminés jusqu'à la tête au niveau de laquelle les moyens de chauffage, formés par exemple d'un système de chauffage de type laser, chauffent les fils à la température de fusion de la résine thermoplastique, par exemple de l'ordre de 300°C à 400°C. La préforme pré-imprégnée obtenue comprend au moins 40% en poids de résine. La préforme peut ensuite être soumise à une opération de chauffage et de mise en pression pour imprégner la résine de manière homogène dans l'ensemble de la préforme, puis une opération de consolidation pour obtenir une pièce composite.
La figure 5 illustre une variante de réalisation dans laquelle les fils 8 de liant sont conditionnés en bobines 180 coniques, appelées également fusettes. Les bobines sont emmanchées, fixes en rotation, sur des axes 151 verticaux. Pour chaque fibre, un support 154, monté sur le cadre support du cantre, porte cinq axes verticaux pour recevoir cinq bobines de fils de liant. Les fils passent dans des moyens de guidage de type œillets 152 et dans un peigne 153. En cours de drapage d'une fibre, ses cinq fils de liant associés se déroulent de leurs bobines.
La figure 6 illustre une fibre 9 munie d'un liant obtenue au moyen d'un système d'application permettant l'application en zigzag d'un fil 8 de liant sur l'une des faces principales d'une fibre. Une telle fibre est par exemple obtenue en utilisant des moyens de guidage de fil, placés en amont des galets et contre-galets chauffant, comprenant pour chaque fil un œillet 66 dans lequel passe le fil, les œillets sont fixés à une même tige 67 déplacée en va-et-vient, transversalement à la direction d'avancement des fibres, par des moyens d'actionnement, par exemple de type vérin pneumatique 68.
Selon une autre variante de réalisation, l'application d'un fil de liant sur une fibre est obtenue par chauffage de la fibre, la fibre ainsi chauffée et le fil de liant sont plaqués l'un contre l'autre au niveau d'une poulie pour assurer la liaison. Les moyens d'application comprennent par exemple un tunnel de chauffage dans lequel passe la fibre, ledit tunnel étant par exemple chauffé continûment au moyen d'une torche à air chaud. En sortie de tunnel, la fibre est plaquée contre une poulie, avec le fil de liant intercalé entre ladite poulie et la fibre. La poulie est avantageusement refroidie par un système de refroidissement par air ou liquide. La liaison du liant à la fibre par chauffage du liant est obtenue par application du liant sur une fibre préalablement chauffée.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec différents modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

15 REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation de préformes, par drapage de fibres sur une surface de drapage, comprenant l'acheminement d'au moins une fibre (9) sèche depuis un système (3) de stockage et de distribution jusqu'à une tête (2) de drapage pour draper ladite fibre sur une surface de drapage, caractérisé en ce qu'il comprend, lors du drapage d'une fibre,
- l'application contre ladite fibre d'un liant (8),
- l'acheminement de la fibre avec le liant jusqu'à la tête de drapage,
- le chauffage de ladite fibre avec le liant pour permettre l'adhésion de ladite fibre à la surface de drapage et/ou à une ou plusieurs fibres munies de liant préalablement drapées sur ladite surface de drapage.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite application contre ladite fibre d'un liant comprend l'application d'un liant sous la forme d'au moins un fil ou d'au moins un ruban.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'application du liant (8) sur la fibre (9) comprend la liaison dudit liant à la fibre.
4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite liaison du liant (8) à la fibre (9) est obtenue par chauffage dudit liant.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de refroidissement de la fibre (9) munie du liant (8) après application dudit liant.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend l'application d'un liant (8) sous la forme d'au moins un fil déroulé depuis une bobine (80, 180), l'avancement d'une fibre lors de son drapage entraînant le déroulement du fil de liant.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend l'application d'au moins un fil de liant en zigzag sur la fibre.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'application de liant (8) est réalisée au niveau du système (3) de stockage et de distribution des fibres qui est déporté de la tête de drapage. 16
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend le drapage de bandes formées d'une ou plusieurs fibres au moyen d'une tête (2) de drapage munie d'un rouleau (21) de compactage pour draper au contact ladite bande contre la surface de drapage, l'application de liant étant effectuée de manière indépendante sur chaque fibre.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'application d'un liant (8) sur des fibres (9) sèches pour former une fibre sèche avec liant comprenant moins de 10% en poids de liant.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend l'application d'un liant (8) comprenant une ou plusieurs résines sur des fibres (9) sèches pour former une fibre avec liant comprenant au moins de 40% en poids de liant.
12. Procédé de fabrication de pièces en matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend
- la réalisation d'une préforme par drapage de fibres selon l'une des revendications 1 à 11 ,
- une étape d'imprégnation de résine dans la préforme, et
- une étape de durcissement.
13. Machine de drapage de fibres comprenant
- une tête (2) de drapage comportant des moyens de guidage pour guider une ou plusieurs fibres vers une surface de drapage,
- un système (3) de stockage et de distribution comprenant des moyens (32) de stockage et de distribution pour stocker et distribuer au moins une fibre (9), et
- des moyens d'acheminement (40) pour acheminer la ou les fibres dudit système de stockage et distribution vers les moyens de guidage de la tête de drapage,
caractérisée en ce que le système de stockage et de distribution comprend en outre
- des moyens (51 ; 151) de stockage et de distribution pour stocker et distribuer un liant (8), et
- des moyens (6) d'application pour appliquer ledit liant contre chaque fibre, ladite tête de drapage comprenant des moyens de chauffage (22) pour chauffer chaque fibre avec le liant pour permettre l'adhésion de ladite fibre à la surface de drapage ou à une ou plusieurs fibres préalablement drapées.
14. Machine selon la revendication 13, caractérisée en ce que les moyens (51 ; 151) de stockage et de distribution sont aptes à stocker et distribuer un liant (8) sous la forme d'au moins d'un fil ou d'un ruban, les moyens (6) d'application étant aptes à appliquer à chaud au moins un fil de liant contre chaque fibre pour lier ladite fibre et ledit fil de liant.
15. Machine selon la revendication 14, pour le drapage d'une bande formée de plusieurs fibres, caractérisée en ce que le système (3) de stockage et de distribution comprend un cantre pour la réception de plusieurs bobines (90) de fibre (9) et la réception d'au moins une bobine (80) de fil de liant (80) par bobine de fibre, les moyens (6) d'application de liant étant aptes à appliquer de manière indépendante au moins un fil de liant sur chaque fibre.
PCT/FR2013/000337 2012-12-21 2013-12-12 Procede de realisation de preformes a partir de fibres munies d'un liant, et machine correspondante Ceased WO2014096562A2 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1203631 2012-12-21
FR1203631A FR2999973B1 (fr) 2012-12-21 2012-12-21 Procede de realisation de preformes a partir de fibres munies d'un liant et machine correspondante

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014096562A2 true WO2014096562A2 (fr) 2014-06-26
WO2014096562A3 WO2014096562A3 (fr) 2014-09-12

Family

ID=47754593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2013/000337 Ceased WO2014096562A2 (fr) 2012-12-21 2013-12-12 Procede de realisation de preformes a partir de fibres munies d'un liant, et machine correspondante

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2999973B1 (fr)
WO (1) WO2014096562A2 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117734200A (zh) * 2024-02-20 2024-03-22 太原理工大学 纤维铺放机械手与自行走装置、纤维铺放方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3043010B1 (fr) 2015-10-28 2017-10-27 Coriolis Composites Machine d'application de fibres avec systemes de coupe particuliers
FR3048373B1 (fr) 2016-03-07 2018-05-18 Coriolis Group Procede de realisation de preformes avec application d'un liant sur fibre seche et machine correspondante
FR3056438B1 (fr) 2016-09-27 2019-11-01 Coriolis Group Procede de realisation de pieces en materiau composite par impregnation d'une preforme particuliere.
FR3070623B1 (fr) 2017-09-04 2020-10-09 Coriolis Composites Procede de realisation d’une piece en materiau composite par aiguilletage oriente d’une preforme
FR3070625B1 (fr) 2017-09-07 2020-10-09 Coriolis Composites Procede de realisation de preformes avec application d’un liant sur fibre seche formee de plusieurs fibres initiales
US11325324B2 (en) 2020-02-28 2022-05-10 Tsudakoma Kogyo Kabushiki Kaisha Automated fiber bundle placement apparatus
US12391010B2 (en) 2023-01-13 2025-08-19 Rtx Corporation Methods of manufacture for composite blades

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006092514A2 (fr) 2005-03-03 2006-09-08 Coriolis Composites Machine d'application de fibres
WO2008132299A2 (fr) 2007-03-06 2008-11-06 Coriolis Composites Tete d'application de fibres avec systemes de coupe de fibres particuliers
WO2012160270A1 (fr) 2011-05-20 2012-11-29 Coriolis Composites Machine d'application de fibres avec tubes flexibles d'acheminement de fibres munis de lames flexibles

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4741873A (en) * 1986-04-15 1988-05-03 Kaiser Aerotech, A Division Of Sowa & Sons Method for forming rigid composite preforms
FR2853914B1 (fr) * 2003-04-17 2005-11-25 Hexcel Fabrics Procede et installation de fabrication d'une preforme de renfort
ES2373640T3 (es) * 2007-06-12 2012-02-07 Hexcel Reinforcements Procedimiento de fabricación de un material compuesto en el que al menos se coloca un hilo retorcido y el material compuesto que se obtiene de este modo.
DE102008019147A1 (de) * 2008-04-16 2009-10-22 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren zur Herstellung von Faservorformlingen
DE102011102950A1 (de) * 2011-05-31 2012-02-16 Daimler Ag Legekopf und ein Verfahren zur Herstellung von Textilvorformlingen aus Carbonfasern enthaltende Faseranordnungen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006092514A2 (fr) 2005-03-03 2006-09-08 Coriolis Composites Machine d'application de fibres
WO2008132299A2 (fr) 2007-03-06 2008-11-06 Coriolis Composites Tete d'application de fibres avec systemes de coupe de fibres particuliers
WO2012160270A1 (fr) 2011-05-20 2012-11-29 Coriolis Composites Machine d'application de fibres avec tubes flexibles d'acheminement de fibres munis de lames flexibles

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117734200A (zh) * 2024-02-20 2024-03-22 太原理工大学 纤维铺放机械手与自行走装置、纤维铺放方法
CN117734200B (zh) * 2024-02-20 2024-04-16 太原理工大学 纤维铺放机械手与自行走装置、纤维铺放方法

Also Published As

Publication number Publication date
FR2999973B1 (fr) 2015-04-10
FR2999973A1 (fr) 2014-06-27
WO2014096562A3 (fr) 2014-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014096562A2 (fr) Procede de realisation de preformes a partir de fibres munies d'un liant, et machine correspondante
EP3426452B1 (fr) Procédé de réalisation de préformes avec application d'un liant sur fibre sèche, et machine correspondante
EP2358516B1 (fr) Materiau intermediaire de largeur constante pour la realisation de pieces composites par procede direct et procédé correspondant
FR2982793B1 (fr) Tete d'application de fibres bi-directionnelle
EP2480400B1 (fr) Dispositif et procédé pour le drapage automatisé de composites
EP3096941B1 (fr) Procédé de réalisation de préformes a partir de fibres avec application en ligne d'un liant, et machine correspondante
CA3033317A1 (fr) Procede de realisation de pieces en materiau composite par impregnation d'une preforme particuliere
EP3271159A1 (fr) Tête d'application de fibres avec système de chauffage infrarouge
FR3037330A1 (fr) Cantre pour bobine de fibre
EP3606734B1 (fr) Procédé de réalisation de pièces en matériau composite a partir de préformes aiguilletées en présence d'agent lubrifiant
WO2019048744A1 (fr) Procédé de réalisation de préformés avec application d'un liant sur fibre sèche formée de plusieurs fibres initiales
EP3606735A1 (fr) Procédé de réalisation de pièces en matériau composite à partir de préformes aigilletées
EP3140105A1 (fr) Procédé et machine pour la réalisation de préformes par application sans compactage de fibres orientées
EP4304847B1 (fr) Nouveaux matériaux de renfort à base de fils torsadés s et z, adaptés à la constitution de pièces composites, procédés et utilisation
TWI589422B (zh) 用於強化纖維束之控制沉積的沉積裝置
WO2014013141A1 (fr) Machine d'application de fibres avec moyens d'acheminement de fibres a bandes sans fin
FR2943689A1 (fr) Renfort textile pour materiau composite et procede de fabrication d'un tel renfort

Legal Events

Date Code Title Description
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13821843

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2