FR3129867A1 - LIGHTWEIGHT CORE IN EPOXY RESIN FOR HOLLOW COMPOSITE PARTS - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, une résine époxyde allégée obtenue par le procédé de l’invention, et leurs utilisations pour la production de noyau pour pièces creuses destinées notamment aux industries aéronautique, aérospatiale et automobile, technologies médicales et éoliennes, et wagons, navires, etarticles de sport. Figure pour l'abrégé : NéantThe present invention relates to a process for manufacturing a lightweight epoxy resin core, a lightweight epoxy resin obtained by the process of the invention, and their uses for the production of cores for hollow parts intended in particular for the aeronautical, aerospace and automotive industries. , medical and wind technologies, and wagons, ships, and sporting goods. Figure for abstract: None
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, une résine époxyde allégée obtenue par le procédé de l’invention, et leurs utilisations pour la production de noyau pour pièces creuses, notamment destinées aux industries aéronautique, aérospatiale et automobile, aux technologies médicales, aux éoliennes, aux wagons et navires et aux articles de sport.The present invention relates to a process for the manufacture of a lightweight epoxy resin core, a lightweight epoxy resin obtained by the process of the invention, and their uses for the production of cores for hollow parts, in particular intended for the aeronautical, aerospace and automotive, medical technology, wind turbines, railcars and ships, and sporting goods.
Arrière-plan techniqueTechnical background
Pour la réalisation de pièces ou structures creuses en composite renforcé, telles que des aubes en composites tissés 3D creuses ou des aubes directrices de sortie, désignées également par l’acronyme OGV pour « Outlet Guide Vane » en anglais, il est généralement utilisé un noyau mousse qui reste dans la pièce ou un noyau qui doit être retiré par la suite.For the production of hollow parts or structures in reinforced composite, such as hollow 3D woven composite vanes or outlet guide vanes, also designated by the acronym OGV for "Outlet Guide Vane" in English, a core is generally used. foam that remains in the room or a core that must be removed later.
Le retrait du noyau apporte un allègement le plus important mais est aussi la plus difficile à industrialiser car, pour ce faire, il n’est pas toujours aisé de retirer le noyau.Removing the core provides the most significant relief but is also the most difficult to industrialize because, to do this, it is not always easy to remove the core.
En effet, s’il est, par exemple utilisé, un noyau fusible, il est impératif d’apporter les calories nécessaires à le faire fondre tout en veillant à ne pas endommager la pièce.Indeed, if it is used, for example, a fusible core, it is imperative to provide the necessary calories to melt it while taking care not to damage the part.
Par ailleurs, il est nécessaire de prévoir un orifice de sortie permettant d’évacuer les résidus du noyau. Or, un agencement d’un tel orifice de sortie est contraignant car il est impératif de tenir compte d’une concentration de contraintes générée à proximité orifice de sortie.In addition, it is necessary to provide an outlet opening allowing the residues of the core to be evacuated. However, an arrangement of such an outlet orifice is restrictive because it is imperative to take into account a concentration of stresses generated near the outlet orifice.
De telles de structures creuses en composite réalisent leur plein potentiel lorsque le noyau est léger, résistant à la compression, au cisaillement et à la pression, même à des températures élevées (notamment supérieure à 100°C).Such hollow composite structures realize their full potential when the core is light, resistant to compression, shear and pressure, even at high temperatures (in particular above 100° C.).
Cependant, trouver un matériau permettant, d’une part, de concevoir le meilleur noyau possible en termes de masse, de résistance à la compression, au cisaillement, de coût, etc. et, d’autre part, qui soit compatible avec la matière constitutive de la pièce ou de la structure en composite, en particulier une résine époxyde renforcée par des fibres de verre, de carbone ou d’aramide, de préférence, par des fibres de carbone, n’est pas aisé.However, finding a material that allows, on the one hand, to design the best possible core in terms of mass, resistance to compression, shear, cost, etc. and, on the other hand, which is compatible with the constituent material of the part or of the composite structure, in particular an epoxy resin reinforced with glass, carbon or aramid fibres, preferably with carbon, is not easy.
Actuellement, dans l’industrie aéronautique, les résines époxydes à base de diglycidyléther du bisphénol F, désignées également par l’acronyme DGEBF, et/ou à base de diglycidyléther du bisphénol A, désignées également par l’acronyme DGEBA, tel que, par exemple, la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay, est très couramment utilisée pour fabriquer les pièces ou les structures en composites, comme les aubes de soufflante, les carters ou les cales, par un procédé de moulage par transfert de résine sous vide, désigné également par l’acronyme VARTM pour « Vacuum Assisted Resin Transfer Molding » en anglais, dans lequel le moule extérieur est remplacé par une membrane soumise à une pression d’huile.Currently, in the aeronautical industry, epoxy resins based on diglycidyl ether of bisphenol F, also designated by the acronym DGEBF, and/or based on diglycidyl ether of bisphenol A, also designated by the acronym DGEBA, such as, by example, the epoxy resin with the name PR520 marketed by the Solvay company, is very commonly used to manufacture composite parts or structures, such as fan blades, casings or shims, by a resin transfer molding process under vacuum, also designated by the acronym VARTM for "Vacuum Assisted Resin Transfer Molding" in English, in which the outer mold is replaced by a membrane subjected to oil pressure.
Un tel procédé de moulage par transfert de résine sous vide est notamment décrit, par exemple, dans la publication « Modeling the VARTM Composite Manufacturing Process Xiaolan Song, Alfred C. Loos, Brian W. Grimsley, Roberto J. Cano, Pascal Hubert. ».Such a vacuum resin transfer molding process is described in particular, for example, in the publication “Modeling the VARTM Composite Manufacturing Process Xiaolan Song, Alfred C. Loos, Brian W. Grimsley, Roberto J. Cano, Pascal Hubert. ".
Dans le cadre de développement de nouvelles pièces ou structures creuses en composite renforcé, en particulier les aubes directrices de sortie ou les aube de soufflante, l’incorporation d’un noyau en mousse, autrement dit un matériau alvéolaire en particulier de type, polyuréthane, polystyrène, mélamine … est souhaitée pour diminuer la masse globale tout en assurant les caractéristiques mécaniques et les tenues vibratoires recherchées.As part of the development of new parts or hollow structures in reinforced composite, in particular outlet guide vanes or fan blades, the incorporation of a foam core, in other words a cellular material in particular of the polyurethane type, polystyrene, melamine, etc. is desired to reduce the overall mass while ensuring the mechanical characteristics and vibration resistance sought.
A ce jour, les mousses connues sont onéreuses et posent problème lors de l’opération d’injection, notamment par une incompatibilité avec la résine utilisée, en particulier avec la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay.To date, the known foams are expensive and pose problems during the injection operation, in particular by incompatibility with the resin used, in particular with the epoxy resin with the name PR520 marketed by the company Solvay.
D’autre part, les noyaux dont le matériau constitutif se révèle compatible avec la composition de la résine époxyde à base de diglycidyléther du bisphénol F, comme par exemple la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay, seront de facto compatibles avec d’autres résines époxydes à base de diglycidyléther du bisphénol F et/ou à base de diglycidyléther du bisphénol A pour lesquelles la température de cuisson est d’au moins 170°C.On the other hand, the cores whose constituent material proves to be compatible with the composition of the epoxy resin based on diglycidyl ether of bisphenol F, such as for example the epoxy resin with the name PR520 marketed by the company Solvay, will be de facto compatible with d other epoxy resins based on diglycidyl ether of bisphenol F and/or based on diglycidyl ether of bisphenol A for which the curing temperature is at least 170°C.
Dans le cadre de développement de pièces ou structures creuses en composite renforcé, il existe donc un réel besoin de disposer d’un matériau constitutif du noyau qui soit compatible avec les pièces ou structures en composite, permettant d’améliorer la liaison noyau/pièce ou noyau/structures.In the context of the development of hollow parts or structures in reinforced composite, there is therefore a real need to have a material constituting the core which is compatible with the parts or structures in composite, making it possible to improve the core/part connection or core/structures.
En particulier, il existe un réel besoin de disposer d’un matériau pour le noyau des pièces ou structures creuses en composite renforcé, qui soitIn particular, there is a real need to have a material for the core of reinforced composite hollow parts or structures, which is
- léger, c’est-à-dire présentant une masse volumique inférieure ou égale à 300 kg/m3, en particulier inférieure ou égale à 200 kg/m3,light, that is to say having a density less than or equal to 300 kg/m 3 , in particular less than or equal to 200 kg/m 3 ,
- résistant à la compression, c’est-à-dire présentant en particulier une résistance à la compression inférieure à 10 MPa, en particulier à des températures élevées, notamment une température d’au moins 150°C), etresistant to compression, that is to say having in particular a compressive strength of less than 10 MPa, in particular at high temperatures, in particular a temperature of at least 150°C), and
- aisé de mise en œuvre dans des conditions industriellement intéressantes, notamment en termes de coût.easy to implement under industrially attractive conditions, particularly in terms of cost.
La présente invention a précisément pour but de répondre à ces besoins, en fournissant un procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, notamment ayant une masse volumique inférieure ou égale à 1000 kg/m3, comportant au moins :The purpose of the present invention is precisely to meet these needs, by providing a process for manufacturing a lightweight epoxy resin core, in particular having a density less than or equal to 1000 kg/m3, including at least:
- une étape d’incorporation (A), au cours de laquelle du bicarbonate, notamment du bicarbonate de sodium, est incorporé à une résine époxyde, notamment une résine époxyde à base dean incorporation step (A), during which bicarbonate, in particular sodium bicarbonate, is incorporated into an epoxy resin, in particular an epoxy resin based on
- diglycidyléther du bisphénol F, et/oubisphenol F diglycidyl ether, and/or
- diglycidyléther du bisphénol A,bisphenol A diglycidyl ether,
en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ;in particular at a temperature between 60° C. and 100° C.;
- une étape d’introduction (B), au cours de laquelle la résine modifiée de l’étape d’incorporation (A) est introduite dans un moule fermé, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; etan introduction step (B), during which the modified resin from the incorporation step (A) is introduced into a closed mould, in particular at a temperature between 60°C and 100°C; And
- une étape de cuisson, au cours de laquelle la résine modifiée de introduite dans un moule fermé est cuite à une température de polymérisation de la résine.a curing step, during which the modified resin of introduced into a closed mold is cured to a polymerization temperature of the resin.
L’un des avantage du procédé de l’invention est que le matériau du noyau est compatible avec les pièces creuses, notamment les pièces creuses en composite comprenant un tel noyau.One of the advantages of the method of the invention is that the core material is compatible with hollow parts, in particular hollow composite parts comprising such a core.
A l’étape d’introductionB), le noyau en résine époxyde modifiée peut être fabriqué en moule fermé par injection basse pression (par exemple à une pression inférieure 0,7 MPa) ou tout simplement par introduction d’une quantité de résine par coulée avant fermeture du moule.At the introduction step B) , the modified epoxy resin core can be manufactured in a closed mold by low pressure injection (for example at a pressure below 0.7 MPa) or quite simply by introducing a quantity of resin by casting before closing the mould.
Un procédé de moulage par compression ou par compression-transfert peut également être mis en œuvre.A compression or compression-transfer molding process can also be implemented.
Il suit alors le cycle de cuisson de la résine puisque la même résine est utilisée pour la pièce finale.It then follows the resin curing cycle since the same resin is used for the final piece.
Le procédé de l’invention permet de fabriquer un noyau dont la masse est allégée conduisant à l’allègement des pièces, notamment des pièces en composite, dans lesquelles il est intégré.The process of the invention makes it possible to manufacture a core whose mass is lightened leading to the lightening of the parts, in particular the composite parts, in which it is integrated.
L’invention concerne également une résine époxyde allégée à base de diglycidyléther du bisphénol F et/ou de diglycidyléther du bisphénol A obtenue par une étape d’incorporation (A) d’un procédé selon l’invention.The invention also relates to a lightened epoxy resin based on bisphenol F diglycidyl ether and/or bisphenol A diglycidyl ether obtained by an incorporation step (A) of a process according to the invention.
La masse volumique de cette résine époxyde allégée, pouvant également être dénommée mousse ou résine-mousse, est inférieure ou égale à 1000 kg/m3, en particulier comprise entre 100 et 1000 kg/m3, notamment comprise entre 150 kg/m3et 800 kg/m3, plus particulièrement entre 150 kg/m3et 250 kg/m3, spécifiquement égale à 205 kg/m3.The density of this lightened epoxy resin, which can also be called foam or resin-foam, is less than or equal to 1000 kg/m 3 , in particular between 100 and 1000 kg/m 3 , in particular between 150 kg/m 3 and 800 kg/m 3 , more particularly between 150 kg/m 3 and 250 kg/m 3 , specifically equal to 205 kg/m 3 .
La résine époxyde allégée obtenue par le procédé de l’invention présente une résistance à la compression comprise entre 1 et 25 MPa, notamment comprise entre 1 et 10 MPa, plus particulièrement comprise entre 2 MPa et 8 MPa, spécifiquement supérieure ou égale à 2 MPa, en particulier égale à 7,1 MPa.The lightened epoxy resin obtained by the process of the invention has a compressive strength of between 1 and 25 MPa, in particular between 1 and 10 MPa, more particularly between 2 MPa and 8 MPa, specifically greater than or equal to 2 MPa , in particular equal to 7.1 MPa.
L’invention concerne également l’utilisation d’un procédé selon l’invention et/ou d’une résine époxyde allégée obtenu par le procédé de l’invention.The invention also relates to the use of a method according to the invention and/or of a lightened epoxy resin obtained by the method of the invention.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de production de pièces ou de structures creuses mettant en œuvre une étape de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée par un procédé selon l’invention et/ou une résine époxyde allégée obtenu par le procédé de l’invention.Another object of the invention relates to a method for producing hollow parts or structures implementing a step of manufacturing a core in lightened epoxy resin by a method according to the invention and/or a lightened epoxy resin obtained by process of the invention.
L’invention concerne, en outre, une pièce creuse en résine époxyde renforcée notamment par des fibres de carbone, comprenant un noyau en résine époxyde allégée obtenu par un procédé selon l’invention.The invention also relates to a hollow part made of epoxy resin reinforced in particular with carbon fibers, comprising a core made of lightened epoxy resin obtained by a process according to the invention.
Brève description des figuresBrief description of figures
L’invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux dessins annexés présentés à titre d’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, dans lesquels :The invention will be better understood and other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following detailed description comprising embodiments given by way of illustration with reference to the appended drawings presented by way of non-limiting examples, which may be used to complete the understanding of the present invention and the description of its realization and, where appropriate, contribute to its definition, in which:
Claims (10)
- une étape d’incorporation(A), au cours de laquelle du bicarbonate, notamment du bicarbonate de sodium, est incorporé à une résine époxyde, notamment une résine époxyde à base de
- diglycidyléther du bisphénol F, et/ou
- diglycidyléther du bisphénol A,
- une étape d’introduction(B), au cours de laquelle la résine modifiée de l’étape d’incorporation(A)est introduite dans un moule fermé, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; et
- une étape de cuisson, au cours de laquelle la résine modifiée de introduite dans un moule fermé est cuite à une température de polymérisation de la résine.
- an incorporation step (A) , during which bicarbonate, in particular sodium bicarbonate, is incorporated into an epoxy resin, in particular an epoxy resin based on
- bisphenol F diglycidyl ether, and/or
- bisphenol A diglycidyl ether,
- an introduction step (B) , during which the modified resin from the incorporation step (A) is introduced into a closed mould, in particular at a temperature between 60° C. and 100° C.; And
- a curing step, during which the modified resin of introduced into a closed mold is cured to a polymerization temperature of the resin.
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| CN108705829A (en) * | 2018-04-04 | 2018-10-26 | 南京诺邦新材料有限公司 | A kind of lightweight epoxy foam base battenboard and preparation method thereof |
-
2021
- 2021-12-03 FR FR2112921A patent/FR3129867A1/en active Pending
-
2022
- 2022-11-23 WO PCT/FR2022/052157 patent/WO2023099831A1/en unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN108705829A (en) * | 2018-04-04 | 2018-10-26 | 南京诺邦新材料有限公司 | A kind of lightweight epoxy foam base battenboard and preparation method thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIAOLAN SONGALFRED C. LOOSBRIAN W. GRIMSLEYROBERTO J. CANOPASCAL HUBERT., MODELING THE VARTM COMPOSITE MANUFACTURING PROCESS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023099831A1 (en) | 2023-06-08 |
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