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Title:
REINFORCEMENT OF COMPOSITE MATERIAL FOR CURVILINEAR MECHANICAL PARTS, METHOD FOR PRODUCING SUCH PARTS, TOOL FOR PRODUCING SUCH PARTS, AND DAMPER FOR DISTRIBUTING THE MECHANICAL STRESSES APPLIED TO SUCH PARTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/141729
Kind Code:
A2
Abstract:
The present invention relates to a new type of reinforcement for composite material. The composite material reinforcement according to the present invention is characterised in that the constituent fibres thereof are stranded. The present invention also discloses mechanical parts made from composite material in which the reinforcement consists of stranded fibres. In addition, the invention relates to a method for producing composite material, and a tool for carrying out said method. The present invention further relates to a damper that allows mechanical stresses applied to an area close to the attachment of curvilinear mechanical parts to be distributed over a larger area.

Inventors:
MUDERRIS, Ahmet (Lettenweg 69, Lörrach, 76541, DE)
LEJEUNE, Julien (54 Avenue de Laon, Soissons, 02200, FR)
BUCHIN, Jean-Michel (285 Chemin de Chaudon, Lons Le Saunier, 39000, FR)
Application Number:
EP2019/051052
Publication Date:
July 25, 2019
Filing Date:
January 16, 2019
Export Citation:
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Assignee:
COMPOSITES BUSCH SA (Chemin des Grandes-Vies 54, 2900 Porrentruy, 2900, CH)
International Classes:
B29C70/48
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
BOVARD AG (Optingenstrasse 16, 3013 Bern, 3013, CH)
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Claims:
Revendications

1. Renfort (4) de matériau composite caractérisé en ce que les fibres (2) qui le composent sont organisées en torons (1 ).

2. Renfort (4) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les torons (1 ) de fibres (2) sont torsadés.

3. Renfort (4) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’angle de

torsion des torons (1 ) est entre 0° et 20°, préférablement entre 0° et 10°, et encore plus préférablement entre 5° et 10°.

4. Renfort (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres (2) des torons sont soit des fibres de verre, soit des fibres de carbone, soit des fibres d’aramide, soit des fibres céramiques, soit des fibres végétales

5. Renfort (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que le renfort (4) comprend des torons (1 ) de types de fibres (2) différents.

6. Renfort (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que le renfort (4) comprend des torons (1 ) composés de fibres (2) de types différents.

7. Renfort (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que la section (3) des torons (1 ) est de forme circulaire ou ovale.

8. Renfort (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que la section (3) des torons (1 ) est de forme

hexagonale.

9. Renfort (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que les torons (1 ) comprennent entre 1 Ό00 et 100Ό00 fibres (2), préférablement entre 2Ό00 et 50Ό00 et encore plus préférablement entre 5Ό00 et 20Ό00.

10. Pièce mécanique en matériau composite, comprenant une matrice et un renfort (4) selon l’une des revendications 1 à 9. 11. Pièce mécanique en matériau composite selon la revendication 10, caractérisé en ce que la matrice est une résine thermodurcissable ou un thermoplastique.

12. Pièce mécanique en matériau composite selon l’une des revendications 10 ou 11 , caractérisé en ce que des additifs et/ou des charges sont ajoutés à la matrice.

13. Méthode de fabrication de pièces mécanique en matériau composite comprenant les étapes suivantes : a. Alignement de torons (1 ) de fibres (2) dans une pièce femelle (6) d’un moule (5) possédant une indentation (8) dont la forme correspond à la forme de la pièce à fabriquer. b. Ajout de la matrice au renfort. c. Fermeture du moule par une ou plusieurs pièces mâles (7) du moule (5). d. Application d’une pression sur le matériau composite par le biais des pièces mâle (7) et femelle (6) du moule (5) jusqu'à ce que le compactage désiré de la matrice et du renfort (4) soit atteint. e. Polymérisation du matériau composite.

14. Méthode selon la revendication 13, caractérisé en ce que la pression de compactage est entre 5 et 100 bar, de préférence entre 50 et 100 bar.

15. Moule (5) pour la fabrication de pièces en matériaux composites comprenant un renfort (4) selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant une pièce femelle (6) possédant une indentation (8) dont la forme correspond à la forme de la pièce à fabriquer et une ou plusieurs pièces mâles (7) pour appliquer une pression sur le matériau composite.

16. Moule (5) selon la revendication 15, comprenant des évents (10) dans la pièce femelle (6) et dans la ou les pièces mâles (7).

17. Moule (5) selon l’une des revendications 14 ou 15, comprenant des

orifices d’injection (9) dans la ou les pièces mâles (7). 18. Amortisseur (13) pour pièce mécanique curviligne possédant une attache

(11 ), caractérisé en ce qu’il est placé entre l’attache (11 ) et le début de la spire (14) de la pièce curviligne.

19. Amortisseur (13) selon la revendication 18, caractérise en ce qu’il est fabriqué en un matériau possédant un module de Young inférieur au matériau de la pièce mécanique, de préférence 10% inférieur au module de Young du matériau composite.

20. Amortisseur (13) selon l’une des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce que la pièce mécanique est un ressort spiralé.

21.Amortisseur selon l’une quelconque des revendications 18 à 20,

caractérisé en ce que la pièce mécanique est fabriquée dans un matériau composite comprenant un renfort (4) selon une des

revendications 1 à 9.

22. Pièce mécanique curviligne utilisant un amortisseur (13) selon l’une des revendications 18 à 21 pour répartir les contraintes mécaniques appliquées sur la zone d’une pièce mécanique curviligne située à proximité de l’attache (11 ) de celle-ci sur une zone plus élargie.

Description:
Renfort de matériau composite pour pièces mécaniques curvilignes, méthode de fabrication de telles pièces, outil pour la fabrication de telles pièces ainsi qu’un amortisseur pour répartir les contraintes mécaniques appliquées à de telles pièces Domaine technique de l'invention

La présente invention se rapporte au domaine des pièces mécaniques en matériau composite et plus particulièrement au domaine des pièces mécaniques curvilignes en matériau composite. La présente invention se rapporte en particulier au renfort du matériau composite de pièces mécaniques, plus particulièrement des pièces mécaniques curvilignes. La présente invention se rapporte également à des pièces mécaniques en matériau composite, en particulier des pièces mécaniques curvilignes, dont le renfort est selon la présente invention. Elle concerne également la méthode de fabrication de telles pièces ainsi que les outils nécessaires pour mettre en œuvre cette méthode de fabrication.

En outre, la présente invention se rapporte à un amortisseur permettant de répartir les contraintes appliquées à une zone d’une pièce mécanique curviligne, près de l’attache de celle-ci, sur une zone plus large. Elle se rapporte finalement à des pièces mécaniques curvilignes qui utilisent un amortisseur selon la présente invention pour répartir les contraintes

mécaniques et augmenter les performances des pièces mécaniques.

État de la technique

Les matériaux composites trouvent de plus en plus d’applications industrielles car ils permettent de créer des pièces mécaniques possédant des combinaisons de propriétés, telles que par exemple légèreté et rigidité, que des matériaux traditionnels ne possèdent pas.

Un matériau composite est essentiellement composé de deux phases : le renfort et la matrice. Le renfort représente l'armature du matériau composite et reprend l'essentiel des efforts mécaniques. Quant à elle, la matrice transmet les efforts mécaniques au renfort et protège celui-ci vis-à-vis des conditions environnementales. Elle permet également de donner la forme voulue à la pièce en matériau composite.

Les matériaux composites sont utilisés pour fabriquer toutes sortes de différentes pièces mécaniques. Ainsi, il est même connu des ressorts spiralés fabriqués en matériau composite. Les ressorts spiralés ont des applications dans différents domaines, tels que le domaine automobile ou ferroviaire. Les ressorts spiralés dans ces domaines sont soumis à

d’importantes contraintes mécaniques, particulièrement en traction, et leur résistance à ces contraintes est essentielle. Dans de nombreux cas, il serait avantageux de pouvoir remplacer les ressorts spiralés normalement fabriqués en métal par des ressorts spiralés en matériau composite. Cela aurait l’avantage de diminuer le poids des ressorts et les coûts de fabrication.

Malheureusement, les matériaux composites connus, en particulier les renforts de matériaux composites, et leurs méthodes de fabrication ne permettent pas de fabriquer des pièces mécaniques curvilignes, telles que des ressorts spiralés, possédant une santé matière suffisante. La santé matière définit la qualité d’un matériau, cette dernière étant inversement proportionnelle au nombre de défauts que le matériau possède. Elle définit également comment ce matériau réagit aux contraintes mécaniques auxquelles la pièce est soumise. Dans le cas de pièces mécaniques curvilignes en matériau composite, en particulier des ressorts spiralés, il est difficile d’atteindre une santé matière suffisante car il est impossible d’appliquer la pression nécessaire au compactage et à la polymérisation du matériau composite de manière isotrope sur toutes les parties de la pièce et dans toutes les directions et de maintenir une distribution homogène du renfort dans le matériau composite.

En effet, le renfort d’un matériau composite est normalement constitué de fibres qui sont alignées et orientées pour former l’armature de la pièce à fabriquer. Lors du compactage nécessaire pour atteindre un certain taux volumique de fibres, ces fibres peuvent se déplacer et tourner dans la matrice réduisant ainsi l’homogénéité de la distribution des fibres et les performances du matériau composite. Une manière de réduire partiellement ce problème est d’organiser les fibres dans des sortes de tissus de fibre. Lors de la fabrication des pièces curvilignes en matériau composite, ces tissus sont drapés en superposant des plis du matériau composite les uns sur les autres. Ainsi, une pièce d’une épaisseur définie peut être atteinte. Ce principe impose d’avoir lors du compactage et de la polymérisation une pression nécessaire afin d’atteindre la santé matière requise, dans un plan précis et unique, celui de son épaisseur. Les Figures 1 a et 1 b, dans lesquelles les flèches schématisent la pression qu’il faut exercer, illustrent ce problème dans le cas d’un ressort spiralé.

L’application d’une pression dans la troisième direction, perpendiculaire à l’épaisseur de la pièce, engendrerait des ondulations des plis et par conséquent une perte de performance mécanique. L’application d’une pression dans cette direction diminuerait également l’effet de la pression appliquée dans la direction de l’épaisseur de la pièce. Pour remédier à ce problème différentes solutions ont été proposées, telles que l’utilisation d’une interface en silicone ou un décalage des spires du ressort. Ces différentes techniques sont coûteuses et ne permettent pas d’assurer une pression suffisante pour atteindre la santé matière requise. De plus, ces techniques ne sont que très peu reproductibles. Le décalage de spires engendre en outre des ondulations qui nuisent à la performance de la pièce curviligne en particulier dans le cas d’un ressort spiralé.

Afin de pouvoir être utilisées, les pièces mécaniques curvilignes, en particulier les ressorts spiralés, doivent souvent être accouplées

mécaniquement à d’autres pièces mécaniques, tel que par exemple un système de transmission. Dans le cas de pièces curvilignes métalliques cette attache fait partie intégrante de la pièce curviligne. Dans le cas des pièces curvilignes en matériau composite, l’attache ne peut, à cause de sa forme, que très

difficilement être également fabriquée en matériau composite. Ainsi

usuellement, une pièce d’accouplement en métal est attachée à la pièce en matériau composite. Ceci augmente le poids de la pièce et réduit les

performances de celle-ci. Un autre problème rencontré avec les pièces curvilignes en matériau composite, en particulier les ressorts spiralés, est la grande contrainte mécanique qui est appliquée à la pièce dans la région située à la sortie des tours morts autour de la pièce à accoupler. Cette zone, dénotée Z dans la Figure 2, est souvent la région où la pièce mécanique cède sous contraintes.

Il existe par conséquent un besoin pour un renfort de matériau composite permettant de produire des pièces mécaniques curvilignes

possédant des performances supérieures à celles connues. Il existe aussi un besoin pour un renfort de matériau composite qui permet d’intégrer, directement dans la pièce mécanique, une partie d’accouplement avec d’autres pièces mécaniques. Il existe également un besoin pour un moyen de répartir les charges mécaniques importantes appliquées sur la zone d’une pièce

mécanique curviligne située à proximité de la partie d’accouplement sur une zone plus élargie. Résumé de l'invention

Un but de la présente invention est donc de proposer un renfort de matériau composite inventif permettant de surmonter les limitations

mentionnées préalablement. Un autre but est de proposer des pièces

mécaniques en matériau composite possédant une haute santé matière. Un but supplémentaire est de proposer un outil et une méthode de fabrication permettant d’atteindre de telles pièces. Finalement, un but de l’invention est de proposer un amortisseur permettant de diminuer les contraintes mécaniques sur la zone d’une pièce mécanique curviligne située à proximité de l’attache de cette dernière. Selon l’invention, ces buts sont atteints grâce aux objets des cinq revendications indépendantes. Les aspects plus spécifiques de la présente invention sont décrits dans les revendications dépendantes ainsi que dans la description.

De manière plus spécifique, un but de l’invention est atteint grâce à un renfort de matériau composite caractérisé en ce que les fibres qui le composent sont organisées en torons. Le fait que les fibres soient organisées en torons permet d’atteindre, lors du compactage et de la polymérisation du matériau composite contenant le renfort selon la présente invention, un taux volumique de fibre homogène. Ainsi, une santé matière supérieure peut être obtenue. Il est à noter que les torons peuvent être pré-imprégnés ou non.

Dans un mode de réalisation préféré, les torons de fibres sont torsadés. Le torsadage des torons apporte une rigidité plus importante dans les directions autres que celle de l’axe principal du toron. Cette rigidité permet d’appliquer lors du compactage une pression dans toutes les directions et d’atteindre ainsi une meilleure santé matière du matériau composite

comprenant un renfort avec des torons torsadés.

Selon un mode de réalisation préféré, l’angle de torsion des torons est entre 0° et 20°, préférablement entre 0° et 10°, et encore plus

préférablement entre 5° et 10°. L’angle de torsion des torons est choisi en fonction de la pièce mécanique à fabriquer sur la base d’un renfort de matériau composite selon la présente invention et en fonction des performances mécaniques à atteindre. Différents tests ont montré que l’angle de torsion a une grande influence sur les qualités mécaniques du matériau composite.

Selon un autre mode de réalisation, les fibres des torons sont soit des fibres de verre, soit des fibres de carbone, soit des fibres d’aramide, soit des fibres céramiques, soit des fibres végétales. L’homme du métier saura choisir quel type de fibres est le mieux approprié pour l’application spécifique envisagée du renfort de matériau composite selon la présente invention.

Selon un autre mode de réalisation, le renfort de matériau composite comprend des torons de types de fibres différents. Des propriétés supérieures du matériau composite peuvent être atteintes en combinant des torons ayant des fibres différentes, et tirant profite des propriétés spécifiques de chaque toron lié avec le choix de matériau pour ces fibres. Par exemple, le renfort et par conséquent le matériau composite peuvent être plus légers tout en gardant une rigidité suffisante pour certaines applications. Selon un mode de réalisation supplémentaire, le renfort de matériau composite comprend des torons composés de fibres de types différents. Des propriétés supérieures du matériau composite peuvent être atteintes en combinant des torons composés de types de fibres différents, donc de sorte à tirer profit des propriétés des matériaux des fibres pour créer des torons avec des propriétés souhaitées. Comme dans le cas ou des torons homogènes mais de types différents sont combinés, on peut par exemple, atteindre un renfort et par conséquent un matériau composite plus léger mais gardant une rigidité suffisante pour certaines applications. Selon un mode de réalisation, la section des torons est de forme circulaire ou ovale. Ces formes de sections permettent de créer des espaces vides entre les torons lors de leur superposition ; espaces vides qui seront remplis par la matrice lors du processus de fabrication d’une pièce en matériau composite.

Selon un mode de réalisation, la section des torons est de forme hexagonale. Grâce à une section hexagonale des torons, ceux-ci peuvent être superposés et combinés de façon à obtenir le plus grand taux volumique de torons et de fibres avant le processus de compactage.

Selon un autre mode de réalisation, les torons comprennent entre 1 Ό00 et 100Ό00 fibres, préférablement entre 2Ό00 et 50Ό00 et encore plus préférablement entre 5Ό00 et 20Ό00. Le nombre de fibres dans les torons est choisi en fonction de la pièce mécanique à fabriquer sur la base d’un renfort de de matériau composite selon la présente invention et en fonctions des performances mécaniques à atteindre. Le nombre de fibres dans les torons déterminent entre autre l’épaisseur de pièce qui peut être atteinte. Un toron avec un grand nombre de fibres possède une plus grande section et permet de créer une pièce avec une plus grande épaisseur.

Un but de la présente invention est aussi atteint grâce à une pièce mécanique en matériau composite, comprenant une matrice et un renfort selon la présente invention, c’est-à-dire comprenant des fibres organisées en torons. Une telle pièce mécanique a des propriétés supérieures aux pièces mécaniques en matériaux composites traditionnels. Plus particulièrement, elle possède une santé matière supérieure ce qui permet d’utiliser une telle pièce dans des conditions dans lesquelles d’importantes contraintes mécaniques sont présentes. Plus particulièrement, il est possible de créer des pièces

mécaniques curvilignes et plus précisément des ressorts spiralés à hautes performances mécaniques en matériau composite.

Selon un mode de réalisation, la matrice de la pièce mécanique en matériau composite est une résine thermodurcissable ou un thermoplastique.

En utilisant de telles matrices, la polymérisation de la pièce mécanique peut être accélérée en cuisant le matériau composite.

Selon un autre mode de réalisation, des additifs et/ou des charges sont ajoutés à la matrice. Les charges qui peuvent être des matières

organiques, minérales, métalliques ou synthétiques permettent de modifier de manière sensible les propriétés du matériau composite et d’atteindre les propriétés désirées. Les additifs qui sont ajoutés à la résine peuvent améliorer le comportement rhéologique ou les propriétés mécaniques de la pièce en matériau composite.

Un but de l’invention est aussi atteint grâce à une méthode de fabrication des pièces mécaniques en matériau composite comprenant les étapes suivantes: a. Alignement des torons selon la présente invention dans une pièce femelle d’un moule possédant une indentation dont la forme correspond à la forme de la pièce à fabriquer. b. Ajout de la matrice au renfort. c. Fermeture du moule par une ou plusieurs pièces mâles du moule. d. Application d’une pression sur le matériau composite par le biais des pièces mâle et femelle du moule jusqu ' à ce que le compactage désiré de la matrice et du renfort soit atteint. e. Polymérisation du matériau composite.

Grâce à cette méthode de fabrication, des pièces mécaniques en matériau composite de hautes performances peuvent être obtenues. En particulier, des pièces mécaniques curvilignes et plus précisément des ressorts spiralés.

Selon un mode de réalisation, la pression de compactage est entre 5 et 100 bar, de préférence entre 50 et 100 bar. En choisissant la pression de compactage, le taux volumique de fibres peut être adapté pour atteindre les performances mécaniques de la pièce désirées. Un but de la présente invention est aussi atteint grâce à un outil pour la fabrication de pièces en matériaux composites comprenant un renfort selon la présente invention, comprenant une pièce femelle possédant une indentation dont la forme correspond à la forme de la pièce à fabriquer et une ou plusieurs pièces mâles pour appliquer une pression sur le matériau composite. Grâce à un tel outil la fabrication des pièces mécaniques en matériau composite comprenant un renfort selon la présente invention est particulièrement aisée. La pression de compactage peut être directement appliquée sur la ou les parties mâles du moule.

Selon un mode de réalisation, la pièce femelle et la pièce mâle du moule possèdent des évents. Ces derniers permettent de chasser l’air ainsi que l’excédent de résine et d’obtenir une pièce avec un taux volumique de fibres désiré.

Selon un autre mode de réalisation, la pièce mâle du moule comprend en plus des orifices d’injection par lesquels la matrice peut être ajoutée au renfort du matériau composite.

Un but de l’invention est atteint grâce à un amortisseur pour pièce mécanique curviligne possédant une attache, caractérisé en ce qu’il est placé à proximité des tours morts de l’attache. Grâce à cette pièce amortissante les contraintes mécaniques importantes qui sont imposées à la région de la pièce mécanique curviligne à proximité de l’attache peuvent être réparties sur une plus grande région.

Selon un mode de réalisation préféré, l’amortisseur est fabriqué dans un matériau possédant un module de Young inférieur à celui du matériau de la pièce mécanique curviligne. Des simulations ont montré qu’en choisissant un tel module de Young, la répartition des charges mécaniques est particulièrement efficace.

Selon un mode de réalisation préféré, la pièce mécanique est un ressort spiralé. Grâce à l’amortisseur selon la présente invention, on peut obtenir des ressorts spiralés résistants à de plus grandes charges mécaniques, particulièrement des charges en traction.

Selon un mode de réalisation préféré, la pièce mécanique est fabriquée en matériau composite comprenant un renfort selon la présente invention. En utilisant un amortisseur en combinaison avec une pièce

mécanique en matériau composite possédant un renfort selon la présente invention, ces pièces mécaniques en matériau composite peuvent être utilisées dans des conditions dans lesquelles elles sont assujetties à des contraintes mécaniques importantes.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques avantageuses ressortiront plus clairement de la description qui suit de plusieurs modes particuliers de réalisation de l'invention donné à titre d'exemples non limitatifs et représentés par les dessins annexés, dans lesquels :

- la Figure 1 a est une vue schématique de dessus d’un ressort spiralé illustrant le problème de l’art antérieur ;

- la Figure 1 b est une vue en coupe d’un ressort spiralé illustrant le problème de l’art antérieur ; - la Figure 2 est une vue en perspective de l’attache d’un ressort spiralé dénotant spécialement la zone du ressort spiralé soumis à d’importantes contraintes mécaniques ;

- La Figure 3 est une vue schématique en perspective d’un toron de fibres qu’il est la base du renfort de matériau composite selon la présente invention ;

- La Figure 4 est une vue schématique en perspective de quatre torons combinés pour former un renfort de matériau composite selon la présente invention pour fabriquer une pièce mécanique curviligne ; - La Figure 5 est une vue schématique en perspective de six torons combinés pour former un renfort de matériau composite selon la présente invention pour fabriquer un ressort spiralé ;

- La Figure 6 est une vue schématique en perspective de l’outil selon la présente invention utilisé pour fabriquer les pièces mécaniques en matériau composite ;

- La Figure 7 est une vue schématique en perspective d’un ressort spiralé en matériau composite fabriqué selon la méthode de la présente invention ;

- La Figure 8 est une vue schématique en perspective de l’attache d’un ressort spiralé et d’un amortisseur selon la présente invention avant que l’amortisseur ne soit placé dans la position désirée ; et

La Figure 9 est une vue schématique en perspective de l’attache d’un ressort spiralé et d’un amortisseur selon la présente invention après que l’amortisseur ait été placé dans la position désirée.

Description détaillée Comme mentionné ci-dessus, la présente invention propose d’utiliser et de combiner des torons de fibres pour former le renfort de matériau composite pour la fabrication de pièces mécaniques curvilignes. Dans le mode de réalisation préféré présenté dans la Figure 3, les torons de fibres 1 sont de préférence torsadés ce qui permet d’obtenir une rigidité plus importante dans les directions autres que l’axe principal du toron. De préférence l’angle de torsion est entre 0 et 20°, encore plus préférablement entre 0 et 10°, et encore plus préférablement entre 5 et 10°. Comme on peut le voir dans cette Figure, les torons peuvent être courbés pour former des formes quelconques. L’utilisation de torons de fibres et surtout de torons torsadés, permet lors de la fabrication de la pièce curviligne de comprimer la pièce dans toutes les directions et permet également de réaliser des attaches, pour connecter la pièce en matériau composite à une ou plusieurs autres pièces mécaniques, entièrement constituées en matériau composite. Les torons de la présente invention possèdent un nombre de fibres 2 qui permettent d’atteindre la santé matière requise. Il n’est pas inhabituel d’utiliser des torons possédant des milliers de fibres, des dizaines de milliers voire des centaines de milliers de fibres. De plus, les fibres des torons peuvent être par exemple des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d’aramide, des fibres céramiques ou des fibres végétales. Différents types de fibres peuvent être combinées dans un même toron ou des torons ayant des fibres de types différents peuvent être combinés pour former le renfort du matériau composite.

La section 3 des torons peut être, comme dans le mode de réalisation préféré illustré dans la Figure 3, circulaire mais également elliptique, ovale ou de toute autre forme adéquate. En particulier, une section de forme hexagonale a l’avantage de permettre d’atteindre le taux volumique de toron le plus élevé avant compactage.

Afin de fabriquer une pièce mécanique en matériau composite de forme quelconque, par exemple curviligne, telle qu’illustrée dans le mode de réalisation de la Figure 4, plusieurs torons de fibres sont combinés pour former le renfort de matériau composite 4. Les torons peuvent être, comme illustré dans cette figure, superposés afin d’obtenir les dimensions de la pièce désirée. De préférence, le diamètre de la section 3 des torons correspond à l’épaisseur de la pièce à fabriquer. Cependant les torons peuvent aussi être combinés pour atteindre l’épaisseur désirée de la pièce. L’homme du métier voudra bien entendu comprendre que bien que quatre torons soient schématiquement représentés dans le mode de réalisation préféré de la Figure 4, le nombre de torons peut être différent afin d’accommoder la hauteur et/ou la largeur de la pièce à fabriquer. Comme mentionné ci-dessus, les torons peuvent être utilisés pour créer des pièces de formes quelconques, par exemple des ressorts spiralés comme illustré dans le mode de réalisation préféré qui est présenté dans la Figure 5 dans laquelle six torons de fibres 1 sont combinés. Dans cette Figure, uniquement une partie restreinte d’un ressort spiralé est présentée mais l’homme du métier comprendra sans peine, qu’un ressort spiralé complet peut être fabriqué en suivant le même principe.

La superposition des torons ainsi que présentée dans les Figures 4 et 5 représente le renfort (l’armature) de la pièce à fabriquer. Afin d’obtenir la pièce en matériau composite finie, la matrice doit être ajoutée au renfort et le tout doit être compacté et polymérisé. A cette fin, un moule 5, tel que

représenté schématiquement dans le mode de réalisation de la Figure 6, est utilisé.

Dans le mode de réalisation préféré, présenté dans la Figure 6, le moule 5 est composé d’une partie femelle 6 et de deux parties mâles 7

(inférieure et supérieure) qui jouent le rôle de pistons. Les torons 1 sont placés dans la partie femelle 6 du moule 5 qui possède une indentation 8 dont la forme correspond à celle de la pièce à réaliser. Le moule 5 est ensuite fermé par les parties mâles 7 de celui-ci. Les parties mâles 7 sont conçues avec des orifices d’injection 9, qui permettent l’ajout de la matrice aux torons 1. Il est bien entendu aussi possible d’utiliser un moule 5 dans lequel une seule partie mâle 7 est nécessaire. Dans ce cas, l’indentation 8 de la partie femelle n’est pas traversant. Il est aussi tout à fait possible, lors de la mise en œuvre de la présente invention, d’utiliser des torons 1 pré-imprégnés. Dans ce cas, les torons 1 pré-imprégnés sont alignés dans le moule 5 et le compactage et la polymérisation s’effectue sans ajout de matrice ou avec un ajout de matrice complémentaire à celle imprégnant déjà les torons. La pression exercée par le biais des parties mâles 7 et femelle 6 du moule permet d’obtenir un compactage homogène du composite sur tout son volume. Une pression entre 5 et 100 bar peut être utilisée, préférablement une pression entre 70 et 90 bar est utilisée. Des évents 10 dans le moule

permettent de chasser l’air ainsi que l’excédent de matrice pour obtenir une pièce avec un taux volumique de fibres désiré. La pression des pièces mâles 7 va également permettre un fluage de la matrice dans les extrémités et dans les évents 10. Ce fluage engendre un mouvement des fibres et un réalignement de celles-ci. Ainsi, une santé matière supérieure est atteinte et il n’existe pas d’ondulations de fibres qui voudraient limiter les performances de la pièce mécanique.

La matrice utilisée pour la fabrication de la pièce en matériau composite est par exemple une résine thermodurcissable, un thermoplastique, une matrice céramique ou une matrice métallique. Dans tous les cas des additifs peuvent être ajoutés à la matrice. La polymérisation du matériau composite s’effectue de préférence à une température entre 80 et 160°C.

Si la pièce en matériau composite doit être couplée à une autre pièce, par exemple un système d’entrainement, il est avantageux que l’attache 11 fasse partie intégrante de la pièce en matériau composite, comme illustré dans la Figure 7. Pour ce faire, lors de la dépose des torons dans le moule, des tours morts sont réalisés autour d’une ou plusieurs empreintes représentant la ou les futures interfaces, créant ainsi la forme de l’attache 11.

Comme mentionné plus haut, la zone Z située à la sortie des tours morts est une zone très sollicitée mécaniquement. Ceci est particulièrement pertinent pour des pièces curvilignes réalisées en matériau composite et spécialement pour des pièces mécaniques en matériau composite dont le renfort est constitué de torons et fabriqué selon la méthode décrite ci-dessus. En effet, les pièces ainsi fabriquées possèdent une épaisseur 12 continue sur toute la longueur de la pièce comme illustré dans la Figure 7. Dans ce cas de figure, la zone Z de la pièce située à proximité de l’attache est soumise à des contraintes mécaniques très importantes. En effet dans cette zone, les fibres travaillent en flexion, ce qui est loin d’être idéal pour le matériau composite. Afin d’améliorer la situation et de diminuer les contraintes mécaniques sur la zone Z, et plus particulièrement de répartir les efforts sur une plus grande région de la pièce en matériaux composite, la présente invention propose l’utilisation d’un amortisseur 13 qui est une pièce réalisée dans un matériau possédant préférablement un module de Young inférieure à celui du composite de la pièce mécanique. Comme schématisé dans les Figures 8 et 9, l’amortisseur 13 est placé entre l’attache 11 et la spire 14 de la pièce curviligne. Bien entendu, la forme de l’amortisseur 13 peut être variée afin de s’adapter au mieux à la contrainte souhaitée sans bloquer le ressort et plus particulièrement sans diminuer sa course. Par exemple, la section, la longueur et la hauteur de l’amortisseur 13 peuvent être ajustées pour atteindre une répartition optimale des contraintes mécaniques.

Dans le mode de réalisation préféré d’un amortisseur 13 selon la présente invention présenté dans la Figure 9, un exemple d’amortisseur 13 est illustré lorsqu’il est inséré entre l’attache 11 et la spire 14 d’un ressort spiralé. L’homme du métier comprendra bien entendu que de tels amortisseurs 13 sont utiles non seulement pour répartir les contraintes mécaniques dans des pièces en matériau composite mais qu’ils peuvent également être utilisés pour répartir les contraintes dans des pièces réalisées dans d’autres matériaux, par exemple des métaux ou des alliages de métaux.

Il est évident que la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en œuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation non limitatifs aient été décrits à titre d’exemple, on comprend bien qu’il n’est pas concevable d’identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. Toutes ces modifications font partie des connaissances communes d’un homme du métier dans le domaine des pièces composites.