BR112017017462B1 - Estrutura fibrosa, peça de material compósito, e, processo de fabricação de uma estrutura fibrosa. - Google Patents

Abstract

ESTRUTURA FIBROSA, PEÇA DE MATERIAL COMPÓSITO, E, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA ESTRUTURA FIBROSA. Uma estrutura fibrosa (200) compreende uma pluralidade de camadas de trama (tl-t34) e de camadas de urdidura (C1-C12) ligadas entre si em um tecimento tridimensional ou em multicamadas, a estrutura fibrosa (200) compreendendo pelo menos primeira e segunda partes (203, 204) que são adjacentes na direção de urdidura, a primeira parte (203) apresentando, em uma direção perpendicular às direções de urdidura e trama, uma espessura que é superior à espessura da segunda parte (204). Camadas de trama (tl3-t22) situadas no núcleo (2031) da primeira parte (203) da estrutura fibrosa (200) compreendem tranças (10). As camadas de trama (tl-tl2; t23-t34) se estendem de cada lado das camadas de trama (tl3-t22) compreendendo as tranças (10) e até na pele (2032; 2033) da primeira parte (203) compreendem fios ou filamentos (20; 21; 22), as tranças (10) apresentando uma seção superior à seção dos fios ou filamentos (20; 21; 22).

Description

Fundamentos da invenção

[001] A presente invenção refere-se à realização de peças de material compósito e mais particularmente da realização de estruturas fibrosas de reforço para tais peças por tecelagem tridimensional (3D) ou em multicamadas.

[002] Um campo de aplicação da invenção é a realização de peças de material compósito estrutural, isto é, peças de estrutura de reforço fibroso densificadas por uma matriz. Os materiais compósitos permitem realizar peças tendo uma massa global menos elevada que estas mesmas peças quando elas são realizadas em material metálico.

[003] A invenção refere-se mais particularmente às peças de material compósito comportando localmente uma ou várias partes de sobre-espessura como é o caso por exemplo da raiz de uma pá de motor aeronáutico que corresponde a uma zona de forte variação de espessura na peça de material compósito. No caso de uma peça de material compósito apresentando uma espessura evolutiva, a variação de espessura é controlada no nível da estrutura fibrosa destinada a formar o reforço da peça.

[004] Propostas foram feitas para a realização de pás de material compósito para turbomáquina. Referência pode ser feitam em particular ao pedido de patente US 2011/0311368 depositado conjuntamente por Snecma e Snecma Propulsion Solide. Esse pedido descreve a fabricação de uma pá de turbomáquina de material compósito compreendendo um reforço fibroso densificado por uma matriz, o esboço fibroso destinado a constituir o reforço é realizado por tecelagem em multicamadas e comporta uma primeira parte de espessura reduzida formando pré-forma de aerofólio e uma segunda parte de sobre-espessura formando pré-forma de raiz de pá. Neste caso, a pré-forma de raiz de pá é realizada utilizando um inserto a fim de formar uma região em forma de bolbo na parte da pá correspondendo à sua raiz.

[005] Entretanto, esta técnica de formação de raiz de pá torna mais complexa a fabricação industrial da pá e aumenta seu custo de fabricação porque ela gera perdas de matéria importantes e demanda manipulações delicadas que desaceleram a velocidade de produção. Além disso, o inserto, que também é feito de material compósito, deve ser densificado e usinado, o que acarreta um custo suplementar e eventualmente rejeitos de peças.

[006] O têxtil da pré-forma, móvel por natureza, interage mecanicamente com o inserto e pode conduzir notadamente a cisalhamentos do têxtil, rotações do inserto, desligamentos entre o inserto e o têxtil, etc.

[007] Além do mais, a moldagem e a densificação da parte da pré- forma destinada a formar a raiz de pá se revelam delicadas em particular porque as tolerâncias sobre o perfil da raiz em forma de bolbo são muito baixas (da ordem do décimo de milímetro) e porque as exigências em termos de propriedades mecânicas desta parte da pá são elevadas, a raiz da pá concentrando a maioria dos esforços aplicados sobre a pá.

[008] Uma outra solução notadamente descrita nos documentos US 7 101 154 e US 2011/0311368 consiste em aumentar o peso (e logo a seção transversal) dos fios nas partes de sobre-espessura na estrutura fibrosa a fim de reduzir a capacidade de diminuição de espessura durante uma conformação da estrutura fibrosa 3D com compressão. Entretanto, a utilização de fios de peso elevado aumenta localmente a taxa de fibras na pré-forma. Se a taxa de fibras for muito elevada, a rede de porosidade resultante pode não ser suficiente para permitir um bom acesso dos constituintes da matriz ao núcleo da pré-forma e para obter, consequentemente, um material compósito homogêneo apresentando boas propriedades mecânicas.

Objeto e sumário da invenção

[009] É pois desejável poder dispor de estruturas fibrosas 3D ou em multicamadas comportando partes de sobre-espessura que não apresentem os inconvenientes acima citados.

[0010] Para isto, de acordo com a invenção, é proposta uma estrutura fibrosa de reforço de peça de material compósito compreendendo uma pluralidade de camadas de trama e de camadas de urdidura ligadas entre si segundo uma tecelagem tridimensional ou em multicamadas, a estrutura fibrosa compreendendo pelo menos primeira e segunda partes adjacentes na direção de urdidura, a primeira parte apresentando, em uma direção perpendicular às direções de urdidura e trama, uma espessura superior à espessura da segunda parte, caracterizada pelo fato de que camadas de trama situadas no núcleo da primeira parte da estrutura fibrosa compreendem tranças e em que as camadas de trama estendendo-se de cada lado das camadas de trama compreendendo as tranças e até na pele da dita primeira parte compreendem fios ou filamentos, as tranças apresentando uma seção superior à seção dos fios ou filamentos.

[0011] Como explicado mais em detalhes abaixo, a utilização de tranças no núcleo da estrutura fibrosa permite obter uma grande variação de espessura entre a primeira e a segunda partes enquanto se controla a taxa de fibras no núcleo na primeira parte. Além disso, graças à sua estrutura trançada e sua geometria tubular, as tranças permitem uma infiltração muito boa no núcleo da estrutura fibrosa dos constituintes da matriz.

[0012] A estrutura fibrosa da invenção é inteiramente têxtil (i.e., sem adição de inserto) e os fios desta última são ligados entre si por tecelagem 3D ou em multicamadas o que permite que a estrutura seja não delaminável.

[0013] De acordo com um primeiro aspecto particular da estrutura da invenção, a primeira e a segunda partes compreendem o mesmo número de fios de urdidura tecidos continuamente entre as ditas primeira e segunda partes. As camadas de fios de urdidura presentes no núcleo da primeira parte são explodidas de maneira a dispor de um número de camadas de fios de urdidura mais elevado na primeira parte que na segunda parte. A primeira parte compreende no núcleo um número de camadas de fios de urdidura superior ao número de camadas de fios de urdidura presentes no núcleo da segunda parte.

[0014] Dividindo assim (i.e., fazendo variar a contagem) das camadas de fios de urdidura no núcleo na primeira parte, é possível controlar a taxa de fibra no núcleo na primeira parte enquanto se mantém uma razão urdidura/trama satisfatória na pele sobre toda a estrutura fibrosa. A primeira parte pode por exemplo compreender no núcleo um número de fios de urdidura correspondendo ao dobro do número de camadas de fios de urdidura presentes no núcleo da segunda parte.

[0015] De acordo com um segundo aspecto particular da estrutura da invenção, uma ou várias camadas de trama situadas na vizinhança das camadas de trama compreendendo as tranças compreendem fios ou filamentos tendo um peso superior ao peso dos fios ou filamentos das camadas de trama situadas na pele da primeira parte.

[0016] Isto permite controlar a taxa de fibras em uma parte da estrutura onde a espessura varia.

[0017] De acordo com um terceiro aspecto particular da estrutura da invenção, pelo menos uma parte das camadas de trama situadas no núcleo da primeira parte compreendem tranças ou fios ou filamentos tendo uma seção decrescente na direção da segunda parte.

[0018] Isto permite igualmente controlar a taxa de fibras em uma parte da estrutura onde a espessura varia.

[0019] De acordo com um quarto aspecto particular da estrutura da invenção, as tranças apresentam um ângulo de trançamento de cerca de 45°. Um ângulo de 45° permite aumentar a rede de macroporosidades no núcleo e melhorar, em consequência, a infiltrabilidade da estrutura.

[0020] A invenção tem igualmente por objeto uma peça de material compósito compreendendo um reforço fibroso densificado por uma matriz, o dito reforço fibroso sendo constituído por uma estrutura fibrosa de acordo com a invenção.

[0021] Esta peça pode notadamente corresponder a uma pá de turbina, a primeira parte da estrutura fibrosa constituindo a parte de raiz de pá do reforço fibroso.

[0022] A invenção tem ainda por objeto um processo de fabricação de uma estrutura fibrosa por tecelagem tridimensional ou em multicamadas entre uma pluralidade de camadas de trama e de camadas de urdidura, a estrutura fibrosa compreendendo pelo menos primeira e segunda partes adjacentes na direção de urdidura, a primeira parte apresentando, em uma direção perpendicular às direções de urdidura e trama, uma espessura superior à espessura da segunda parte, caracterizado pelo fato de que se insere tranças nas camadas de trama situadas no núcleo da primeira parte da estrutura fibrosa e em que utiliza-se fios ou filamentos nas camadas de trama estendendo-se de cada lado das camadas de trama compreendendo tranças e até na pele da dita primeira parte, as tranças apresentando uma seção superior à seção dos fios ou filamentos.

[0023] De acordo com um primeiro aspecto particular do processo da invenção, a primeira e a segunda partes compreendem o mesmo número de fios de urdidura tecidos continuamente entre as ditas primeira e segunda partes. As camadas de fios de urdidura presentes no núcleo da primeira parte são explodidas de maneira a dispor de um número de camadas de fios de urdidura mais eleve na primeira parte que na segunda parte. A primeira parte compreende no núcleo um número de camadas de fios de urdidura superior ao número de camadas de fios de urdidura presentes no núcleo da segunda parte. A primeira parte pode por exemplo compreender no núcleo um número de fios de urdidura correspondendo ao dobro do número de camadas de fios de urdidura presentes no núcleo da segunda parte.

[0024] De acordo com um segundo aspecto particular do processo da invenção, uma ou várias camadas de trama situadas na vizinhança das camadas de trama compreendendo tranças compreendem fios ou filamentos tendo um peso superior ao peso dos fios ou filamentos das camadas de trama situadas na pele da primeira parte.

[0025] De acordo com um terceiro aspecto particular do processo da invenção, pelo menos uma parte das camadas de tramas situadas no núcleo da primeira parte compreendem tranças ou fios ou filamentos tendo uma seção decrescente na direção da segunda parte.

[0026] De acordo com um quarto aspecto particular do processo da invenção, as tranças apresentam um ângulo de trançamento de cerca de 45°.

Breve descrição dos desenhos

[0027] Outras características e vantagens da invenção vão ressaltar da descrição que se segue de modos particulares de realização da invenção, dados a título de exemplos não limitativos, com referência aos desenhos anexos, sobre os quais: - a Figura 1 é uma vista esquemática ilustrando o tecelagem em multicamadas de uma estrutura fibrosa para a fabricação de uma pá de motor aeronáutico conforme um modo de realização da invenção, - as Figuras 2A a 2X são vistas em core de trama em escala ampliada representando parcialmente 24 planos sucessivos de uma armadura de tecelagem de uma parte de sobre-espessura da estrutura fibrosa da figura 1, - a Figura 3 é uma vista esquemática em perspectiva de uma pré-forma fibrosa de pá proveniente da estrutura fibrosa da figura 1, - a Figura 4 é uma vista esquemática em perspective de uma pá de material compósito obtida por densificação por uma matriz da pré-forma da figura 4.

Descrição detalhada de modos de realização

[0028] A invenção se aplica de uma maneira geral à realização de estruturas fibrosas aptas a constituir reforços fibrosos, ou pré-formas, para a fabricação de peças de material compósito, em particular pás de motores aeronáuticos, as peças sendo obtidas por densificação das estruturas fibrosas por uma matriz. A matriz é tipicamente uma resina, no caso de materiais compósitos utilizados a temperatura relativamente pouco elevada, tipicamente até 300°C, ou um material refratário tal como o carbono ou cerâmica no caso de compósitos termoestruturais.

[0029] A estrutura fibrosa da invenção é obtida por tecelagem tridimensional ou por tecelagem em multicamadas.

[0030] Por "tecelagem tridimensional" ou "tecelagem 3D", entende-se aqui um modo de tecelagem pelo qual pelo menos alguns dos fios de urdidura ligam fios de trama sobre várias camadas de trama.

[0031] Por "tecelagem em multicamadas", designa-se aqui uma tecelagem 3D com várias camadas de trama cuja armadura de base de cada camada é equivalente a uma armadura de tecido 2D clássica, tal como uma armadura de tipo tela, seda ou sarja, mas com alguns pontos da armadura que ligam as camadas de trama entre si.

[0032] A realização da estrutura fibrosa por tecelagem 3D ou em multicamadas permite obter uma ligação entre as camadas, e assim ter uma boa resistência mecânica da estrutura fibrosa e da peça de material compósito obtida, em uma única operação têxtil.

[0033] É vantajoso favorecer a obtenção, após densificação, de um estado de superfície isento de irregularidades importantes, ou seja, um bom estado de acabamento para evitar ou limitar operações de acabamento por usinagem ou para evitar a formação de bolsas de resina no caso de compósitos com matriz de resina. Para isto, no caso de uma estrutura fibrosa tendo uma parte interna, ou núcleo, e uma parte externa, ou pele adjacente a uma superfície exterior da estrutura fibrosa, a pele é realizada de preferência por tecelagem com uma armadura de tipo tela, cetim ou sarja a fim de limitar as irregularidades de superfície, uma armadura de tipo cetim obtendo ainda um aspecto de superfície lisa. Uma variação de armadura de tecelagem em pele pode ser realizada na superfície exterior da estrutura fibrosa para conferir propriedades particulares desejadas por exemplo passando de uma armadura de tipo tela privilegiando uma ligação apertada a uma armadura de tipo cetim privilegiando um estado de superfície lisa,

[0034] De acordo com a invenção, a fim de formar uma porção de grande espessura na estrutura fibrosa enquanto se controla a taxa de fibras nesta porção, tranças são utilizadas para o tecelagem no núcleo da estrutura fibrosa. Fios ou filamentos de pesos diferentes entre núcleo e pele e/ou entre urdidura e trama podem igualmente ser utilizados para obter uma razão em limites desejados entre a taxa em volume de fibras em urdidura e a taxa em volume de fibras em trama.

[0035] É vantajoso também para obter propriedades mecânicas tão pouco não homogêneas quanto possível dentro de uma peça de material compósito, favorecer uma densificação da estrutura fibrosa de reforço, com um gradiente de densificação tão baixo quanto possível entre o núcleo da estrutura fibrosa e a pele desta última, notadamente no caso de densificação CVI. Para isso, para favorecer o acesso ao núcleo da pré-forma, o tecelagem no núcleo pode ser realizado por tecelagem interlock, que oferece uma comunicação facilitada entre várias camadas de tecido.

[0036] Por "tecelagem interlock", entende-se aqui uma armadura de tecelagem 3D de que cada camada de urdidura liga várias camadas de tramas com todos os fios da mesma coluna de urdidura tendo o mesmo movimento no plano da armadura.

[0037] Pode-se também realizar o núcleo e a pele por tecelagem em multicamadas com armaduras diferentes, notadamente uma armadura de tipo cetim no núcleo e uma armadura de tipo tela ou sarja na pele.

[0038] É possível também fazer variar a armadura de tecelagem tridimensional na parte de núcleo, por exemplo combinando diferentes armaduras interlock, ou uma armadura interlock e uma armadura de tecelagem em multicamadas, ou ainda diferentes armaduras de tecelagem em multicamadas. É possível ainda fazer variar a armadura de tecelagem na pele ao longo da superfície exterior.

[0039] Pode ser desejável fazer variar o peso, ou seja, a seção transversal, dos fios ou filamentos utilizados para o tecelagem da estrutura fibrosa, em particular utilizando fios ou filamentos de pesos diferentes entre o núcleo e a pele e/ou entre urdidura e trama. Um peso decrescente entre núcleo e pele favorece o acesso a núcleo do gás através da pele no caso de densificação CVI. Os pesos podem também ser escolhidos para obter uma razão nos limites desejados entre a taxa em volume de fibras em urdidura e a taxa em volume de fibras em trama.

[0040] Pode ainda ser desejável utilizar fios de naturezas químicas diferentes entre diferentes partes da estrutura fibrosa, notadamente entre núcleo e pele para conferir propriedades particulares à peça de material compósito obtida, notadamente em termos de resistência à oxidação ou ao desgaste.

[0041] Assim, no caso de uma peça de material compósito termoestrutural com reforço de fibras refratárias, poder-se-á utilizar uma pré- forma com fibras de carbono no núcleo e fibras de cerâmica, por exemplo de carboneto de silício (SiC), em pele a fim de aumentar a resistência ao desgaste e à oxidação da peça compósita no nível desta parte de pele.

[0042] Um modo de realização de uma estrutura fibrosa de acordo com a invenção é descrito agora. Neste exemplo, o tecelagem é realizado sobre um tear de tipo Jacquard.

[0043] A figura 1 mostra muito esquematicamente uma estrutura fibrosa 200 destinada a formar o reforço fibroso de uma pá de motor aeronáutico.

[0044] A estrutura fibrosa 200 é obtida por tecelagem tridimensional, ou tecelagem 3D, ou por tecelagem em multicamadas realizado de modo conhecido por meio de um tear de tipo jacquard sobre o qual dispôs-se um feixe de fios de urdiduras ou filamentos 201 em uma pluralidade de camadas, os fios de urdiduras sendo ligados por camadas de trama 202 igualmente dispostas em uma pluralidade de camadas, algumas camadas de tramas compreendendo tranças como explicado abaixo em detalhe. Um exemplo detalhado de realização de uma pré-forma fibrosa destinada a formar o reforço fibroso de uma pá para motor aeronáutico é notadamente descrito em detalhe nos documentos US 7 101 154, US 7 241 112 e WO 2010/061140 cujo conteúdo é incorporado aqui a título de referência.

[0045] A estrutura fibrosa 200 é tecida sob forma de uma tira estendendo-se de modo geral em uma direção X correspondente à direção longitudinal da pá a realizar. A estrutura fibrosa apresenta uma espessura variável determinada em função da espessura longitudinal e do perfil do aerofólio lâmina da pá a realizar. Na sua parte destinada a formar uma pré- forma de raiz, a estrutura fibrosa 200 apresenta uma parte de sobre-espessura 203 determinada em função da espessura da raiz da pá a realizar. A estrutura fibrosa 200 se prolonga por uma parte de espessura decrescente 204 destinada a formar a espiga da pá depois por uma parte 205 destinada a formar o aerofólio da pá. A parte 205 apresenta em uma direção perpendicular à direção X um perfil com espessura variável entre sua borda 205a destinada a formar a borda de ataque da pá e sua borda 205b destinada a formar a borda de fuga da pá a realizar.

[0046] A estrutura fibrosa 200 é tecida em uma só peça e deve apresentar, depois de recorte dos fios não tecidos, a forma e as dimensões quase definitivas da pá («net shape»). Para isto, nas partes de variações de espessura da estrutura fibrosa, como na parte de espessura decrescente 204, a diminuição de espessura da pré-forma é obtida retirando progressivamente camadas de trama no curso do tecelagem.

[0047] Em todo o texto que se segue e em todos os desenhos, é mencionado e representado por convenção e razões de comodidade, que são os fios de urdidura que são desviados de seus trajetos para ligar fios ou tranças de uma camada de trama ou de várias camadas de tramas. Todavia, uma inversão dos papéis entre urdidura e trama é possível, e deve ser considerada como coberta também pelas reivindicações.

[0048] As figuras 2A a 2X representam parcialmente 24 planos sucessivos de uma armadura de tecelagem da parte de sobre-espessura 203 e da parte de espessura decrescente 204 da estrutura fibrosa 200 obtidas por tecelagem 3D, as camadas de trama sendo visíveis em corte.

[0049] A estrutura fibrosa 200 compreende, na sua parte de sobre- espessura 203, 17 camadas de trama, ou seja 34 semicasadas t1 a t34. No núcleo 2031 situado entre as peles opostas 2032 e 2033, o tecelagem 3D é de tipo interlock. Nas peles 2032 e 2033 o tecelagem é bidimensional com uma armadura de tipo cetim irregular. O tecelagem de cetim não se aplica senão às semicasadas de trama t1 e t2 e as semicasadas de trama t33 e t34. Vai-se notar que o tecelagem 3D interlock do núcleo se estende até as semicasadas extremas t1, t34 das peles a fim de ligar estas semicasadas àquelas do núcleo.

[0050] Na sua parte de espessura decrescente 204, camadas de trama são progressivamente retiradas até atingir um número de camadas de trama compatível com a parte 205 destinada a formar o aerofólio da pá. Na porção da parte de espessura decrescente 204 representada nas figuras 2A a 2X, a estrutura fibrosa compreende 15 camadas de trama, ou seja, 30 semicasadas t3 a t32. No núcleo 2041 situado entre as peles opostas 2042 e 2043, o tecelagem 3D é de tipo interlock enquanto que nas peles 2032 e 2033 o tecelagem é bidimensional com uma armadura de tipo cetim irregular que não se aplica senão às semicasadas de trama t3 e t4 e às semicasadas de trama t31 e t32.

[0051] De acordo com a invenção, tranças são utilizadas nas camadas de tramas as mais próximas do núcleo da parte de sobre-espessura 203 da estrutura fibrosa 200. No exemplo descrito aqui, tranças 10 são utilizadas nas semicasadas t13 a t22. A título de exemplo, cada trança pode ser constituída de 8 fios apresentando, cada um, um peso de 500K (500 filamentos), estes fios sendo tranças em torno de uma alma composta de 2 fios lado a lado apresentando cada um, igualmente um peso de 500K. Neste caso, o diâmetro ou a seção da trança é de 1,5 mm, o ângulo de trançamento dos fios permitindo obter uma trança cuja seção global é superior à adição das seções dos fios presentes na trança. A natureza e/ou o peso dos fios utilizados na trança podem ser diferentes.

[0052] A inserção das tranças 10 nas camadas de trama no núcleo da estrutura fibrosa permite aumentar de modo considerável a espessura da estrutura fibrosa enquanto se controla a taxa média de fibras no núcleo, o que não é o caso quando se utiliza fios tendo um peso elevado. Efetivamente, utilizando fios tendo um peso elevado no núcleo da estrutura, é certamente possível aumentar localmente a espessura da estrutura, mas isto acarreta um aumento da taxa média de fibras no núcleo incompatível com as propriedades mecânicas requisitadas. Quando a taxa média de fibras no núcleo é muito elevada, não é possível ter uma rede de porosidades suficiente para permitir um bom acesso dos constituintes da matriz ao núcleo da estrutura fibrosa. A quantidade de matriz presente no núcleo é então insuficiente, o que não permite obter uma peça de material compósito que apresente, de modo homogêneo, as propriedades mecânicas requisitadas.

[0053] Este problema é resolvido pela utilização de tranças que, graças à sua seção transversal elevada e sua capacidade de conservar sua estrutura tubular (sem achatamento da trança durante seu tecelagem na estrutura fibrosa), permitem aumentar localmente a espessura da estrutura enquanto limita o aumento da taxa média de fibras. Obtém-se assim uma estrutura fibrosa que oferece nas suas partes de sobre-espessura um acesso muito bom ao núcleo para os constituintes da matriz durante sua densificação.

[0054] Como ilustrado nas figuras 2A a 2X, utiliza-se aqui o mesmo número de fios de urdidura na porção de sobre-espessura 203 que na parte de espessura decrescente 204. Para isto, as camadas de fios de urdidura presentes no núcleo na parte de sobre-espessura 203 são explodidas de maneira a dispor de um número de camadas de fios de urdidura mais eleve na parte de sobre- espessura 203 que na parte de espessura decrescente 204. As camadas de fios de urdidura presentes no núcleo da parte de sobre-espessura 203 apresentam então uma contagem mais baixa que as camadas de fios de urdidura presentes na parte de espessura decrescente 204. Por "contagem", designa-se aqui o número de fios por unidade de comprimento em sentido urdidura e em sentido trama.

[0055] No modo de realização descrito aqui, a estrutura fibrosa 200 é tecida com 12 camadas de fios de urdidura Cl a C12. As camadas de fios de urdidura C6 e C7 presentes no núcleo da estrutura 200 são, cada uma, explodidas em duas camadas C61, C62, por um lado, e C71 e C72, por outro lado, na parte de sobre-espessura 203. As camadas C61, C62 ou C71, C72 apresentam uma contagem 2 vezes inferior àquela da camada C6 ou C7 presente na parte de espessura decrescente 204. Esta variação de contagem nas camadas de fios de urdidura presentes no núcleo entre a parte de sobre- espessura 203 e a parte de espessura decrescente 204 permite controlar a taxa de fibras no núcleo da parte 203. Esta variação de contagem apenas no núcleo da estrutura permite ainda manter uma razão urdidura/trama satisfatória, por exemplo da ordem de 50%, na pele da estrutura. Assegura-se assim uma boa resistência mecânica na superfície da peça resultante.

[0056] A fim de controlar a taxa média de fibras entre o núcleo e as peles na parte de sobre-espessura 203, as camadas de trama situadas na proximidade das camadas de trama compreendendo as tranças compreendem fios ou filamentos tendo um peso superior àquele dos fios ou filamentos das camadas de trama situadas na pele da parte de sobre-espessura 203. No exemplo descrito aqui, as semicasadas de trama t9 a t12 e t23 a t26 presentes de cada lado das semicasadas de trama t13 a t22 compreendendo as tranças 10 compreendem, sobre um comprimento determinado na direção de urdidura, fios 21 e 22 tendo um peso mais elevado que os fios 20 das semicasadas t1 a t8 e t27 a t34 situadas na pele da parte 203.

[0057] Além disso, a fim de controlar a taxa de fibras em uma zona 203a correspondente à passagem entre o fim da parte de sobre-espessura 203 e o início da parte de espessura decrescente 204, ou seja, a zona onde a espessura da estrutura fibrosa começa a diminuir, diminui-se progressivamente o número de tranças utilizado e/ou a seção das tranças e/ou dos filamentos das camadas de trama presentes no núcleo na estrutura fibrosa. No exemplo descrito aqui, as tranças 10 presentes nas semicasadas de trama t13 a t22 na parte de sobre-espessura 203 são progressivamente substituídas na direção de urdidura por filamentos ou fios 21 ou 22 tendo um peso correspondente a uma seção inferior àquela das tranças 10. Os filamentos ou fios 21 ou 22 são em seguida substituídos por fios 20 tendo o mesmo peso que os fios de trama 24 presentes na parte de espessura decrescente 204 e nas peles da estrutura fibrosa. Da mesma maneira, nas semicasadas de trama t9 a t12 e t23 a t26, os fios ou filamentos 21 são substituídos progressivamente na direção urdidura por fios ou filamentos 22 ou por fios 20 tendo uma seção inferior.

[0058] A estrutura fibrosa de acordo com a invenção pode ser tecida notadamente, mas não exclusivamente, a partir de fios de fibras de carbono, de fibras cerâmicas tais como de carboneto de silício, ou de fibras de óxido tal como de alumina.

[0059] Uma vez o tecelagem da estrutura fibrosa 200 atingido, corta- se os fios não tecidos. Obtém-se então a pré-forma fibrosa 100 ilustrada na figura 3 e tecida em uma só peça.

[0060] Procede-se em seguida à densificação da pré-forma fibrosa 100 a fim de formar uma pá 10 de material compósito ilustrada na figura 4. A densificação da pré-forma fibrosa destinada a formar o reforço fibroso da peça a fabricar consiste em preencher a porosidade da pré-forma, em todo o ou parte do volume desta última, pelo material constitutivo da matriz. Esta densificação pode ser realizada de modo conhecido em si conforme o processo por via líquida (CVL) ou o processo por via gasosa (CVI), ou ainda de acordo com um encadeamento destes dois processos.

[0061] O processo por via líquida consiste em impregnar a pré-forma por uma composição líquida contendo um precursor do material da matriz. O precursor se apresenta habitualmente sob forma de um polímero, tal como uma resina de epóxido de alto desempenho, eventualmente diluído em um solvente. A pré-forma é colocada em um molde que pode ser fechado de maneira estanque com um alojamento tendo a forma da pá final moldada. Em seguida, torna-se a fechar o molde e injeta-se o precursor líquido de matriz (por exemplo uma resina) em todo o alojamento para impregnar toda a parte fibrosa da pré-forma.

[0062] A transformação do precursor em matriz, a saber sua polimerização, é realizada por tratamento térmico, geralmente por aquecimento do molde, após eliminação do solvente eventual e reticulação do polímero, a pré-forma sendo sempre mantida no molde tendo uma forma correspondente àquela da peça a realizar.

[0063] No caso da formação de uma matriz de carbono ou cerâmica, o tratamento térmico consiste a pirolisar o precursor para transformar a matriz em uma matriz de carbono ou cerâmica conforme o precursor utilizado e as condições de pirólise. A título de exemplo, precursores líquidos de cerâmica, notadamente de SiC, podem ser resinas de tipo policarbossilano (PCS) ou polititanocarbossilano (PTCS) ou polissilazano (PSZ), enquanto que precursores líquidos de carbono podem ser resinas com taxa de coque relativamente elevada, tais como resinas fenólicas. Vários ciclos consecutivos, desde a impregnação até o tratamento térmico, podem ser realizados para chegar ao grau de densificação desejado.

[0064] De acordo com um aspecto da invenção, no caso notadamente da formação de uma matriz orgânica, a densificação da pré-forma fibrosa pode ser realizada pelo processo bem conhecido de moldagem por transferência dito RTM ("Resin Transfert Moulding"). De acordo com o processo RTM, coloca-se a pré-forma fibrosa em um molde apresentando a forma exterior da peça a realizar. Uma resina termoendurecível é injetada no espaço interno do molde que compreende a pré-forma fibrosa. Um gradiente de pressão é geralmente estabelecido neste espace interno entre o lugar onde é injetada a resine e os orifícios de evacuação desta última a fim de controlar e otimizar a impregnação da pré-forma pela resina.

[0065] A densificação da pré-forma fibrosa pode ser igualmente realizada, de modo conhecido, por via gasosa por infiltração química em fase vapor da matriz (CVI). A pré-forma fibrosa correspondente ao reforço fibroso da pá a realizar é colocada em um forno no qual é admitida uma fase gasosa reacional. A pressão e a temperatura reinantes no forno e a composição fase gasosa são escolhidas de maneira a permitir a difusão da fase gasosa dentro da porosidade da pré-forma para ali formar a matriz por depósito, no núcleo do material em contato com as fibras, de um material sólido resultante de uma decomposição de um constituinte fase gasosa ou de uma reação entre vários constituintes, contrariamente às condições de pressão e temperaturas próprias dos processos CVD ("Chemical Vapor Deposition") que conduzem exclusivamente a um depósito na superfície do material.

[0066] A formação de uma matriz SiC pode ser obtida com o metiltriclorossilano (MTS) dando o SiC por decomposição do MTS enquanto que uma matriz de carbono pode ser obtida com gases de hidrocarbonetos tais como metano e/ou propano dando o carbono por craqueamento.

[0067] Uma densificação combinando via líquida e via gasosa pode ser igualmente utilizada para facilitar a execução, limitar os custos e os ciclos de fabricação ao mesmo tempo em que se obtém características satisfatórias para a utilização considerada.

[0068] Os processos de densificação descritos anteriormente permitem realizar, a partir da estrutura fibrosa da invenção, principalmente peças de material compósito com matriz orgânica (CMO), com matriz de carbono (C/C) e com matriz cerâmica (CMC).

[0069] No caso da realização de uma peça de material compósito óxido/óxido, a estrutura fibrosa é impregnada com uma pasta fluida carregada de partículas de óxido refratário. Depois da eliminação da fase líquida da pasta fluida, a pré-forma assim obtida é submetida a um tratamento térmico a fim de sinterizar as partículas e obter uma matriz de óxido refratário. A impregnação da estrutura pode ser realizada com processos utilizando um gradiente de pressão, como os processos de tipo moldagem por injeção ditos «RTM» ou aspiração de pó submicrônico ditos «APS».

[0070] Depois de densificação, obtém-se uma pá 10 de material compósito que, como ilustrada na figura 4, comporta na sua parte inferior uma raiz 103 formada pela parte de sobre-espessura 203 da estrutura fibrosa 200 que se prolonga por uma espiga 104 formada pela parte de espessura decrescente 204 da estrutura 200 e um aerofólio 105 formado pela parte 205 da estrutura fibrosa 200.

[0071] A estrutura fibrosa e seu processo de fabricação de acordo com a presente invenção podem notadamente ser utilizados para realizar pás de turbomáquina apresentando uma geometria mais complexa que a pá representada na figura 4, como pás comportando, além daquela da figura 4, uma ou várias plataformas permitindo realizar funções como aquelas de estanqueidade de veio, de anti-basculamento, etc.

Claims (12)

1. Estrutura fibrosa (200) compreendendo uma pluralidade de camadas de trama (t1-t34) e uma pluralidade de camadas de urdidura (C1C12) ligadas entre si segundo uma tecelagem tridimensional ou em multicamadas, a estrutura fibrosa (200) compreendendo pelo menos primeira e segunda partes (203, 204) que são adjacentes na direção de urdidura, a primeira parte (203) apresentando, em uma direção perpendicular às direções de urdidura e trama, uma espessura que é superior à espessura da segunda parte (204), a estrutura caracterizada pelo fato de que camadas de trama (t13-t22) situadas no núcleo (2031) da primeira parte (203) da estrutura fibrosa (200) compreendem tranças (10) e em que as camadas de trama (t1- t12; t23-t34) se estendem de cada lado das camadas de trama (t13-t22) compreendendo as tranças (10) e indo até onde a pele (2032; 2033) da primeira parte (203) compreende fios ou filamentos (20; 21; 22), as tranças (10) apresentando uma seção superior à seção dos fios ou filamentos (20; 21; 22).

2. Estrutura fibrosa de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira e a segunda partes (203, 204) compreendem o mesmo número de fios de urdidura tecidos continuamente entre a primeira e a segunda partes (203, 204) e em que as camadas de fios de urdidura presentes no núcleo (2031) da primeira parte (203) são explodidas de maneira a dispor de um número de camadas de fios de urdidura mais elevado na primeira parte que na segunda parte.

3. Estrutura fibrosa de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que uma ou mais camadas de trama (t9-t12; t23-t26) situadas na vizinhança das camadas de trama (t13-t22) compreendendo as tranças (10) compreendem fios ou filamentos (20; 21; 22) tendo um peso superior ao peso dos fios ou filamentos (20) das camadas de trama (t1-t8; t27-t34) situadas na pele (2032; 2033) da primeira parte (203).

4. Estrutura fibrosa de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que pelo menos algumas das camadas de trama (t13-t22) situadas no núcleo (2031) da primeira parte compreendem tranças ou fios ou filamentos (20; 21; 22) de seção que decrescente na direção da segunda parte (204).

5. Estrutura fibrosa de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que as tranças (10) apresentam um ângulo de trançamento de cerca de 45°.

6. Peça (10) de material compósito, caracterizada pelo fato de que compreende um reforço fibroso densificado por uma matriz, o reforço fibroso sendo constituído por uma estrutura fibrosa (200) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

7. Peça de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que corresponde a uma pá de turbina, a primeira parte (203) da estrutura fibrosa constituindo a parte de raiz de pá do reforço fibroso.

8. Processo de fabricação de uma estrutura fibrosa (200) por tecelagem tridimensional ou em multicamadas entre uma pluralidade de camadas de trama (t1-t34) e uma pluralidade de camadas de urdidura (C1C12), a estrutura fibrosa (200) compreendendo pelo menos primeira e segunda partes (203, 204) que são adjacentes na direção de urdidura, a primeira parte (203) apresentando, em uma direção perpendicular às direções de urdidura e de trama, uma espessura superior à espessura da segunda parte (204), o processo caracterizado pelo fato de que tranças (10) são inseridas nas camadas de trama (t13-t22) situadas no núcleo (2031) da primeira parte (203) da estrutura fibrosa (200), e em que fios ou filamentos (20; 21; 22) são utilizados nas camadas de trama (t1-t12; t23-t34) que se estendem de cada lado das camadas de trama (t13-t22) compreendendo tranças (10) e indo até a pele (2032; 2033) da primeira parte (203), as tranças (10) apresentando uma seção superior à seção dos fios ou filamentos (20; 21; 22).

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda partes (203, 204) compreendem o mesmo número de fios de urdidura tecidos continuamente entre as primeira e segunda partes, e em que as camadas de fios de urdidura presentes no núcleo (2031) da primeira parte (203) são explodidas de maneira a dispor de um número maior de camadas de fios de urdidura na primeira parte do que na segunda parte.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que uma ou várias camadas de trama (t9-t12; t23-t26) situadas na vizinhança das camadas de trama (t13-t22) compreendendo as tranças (10) compreendem fios ou filamentos (20; 21; 22) tendo um peso superior ao peso dos fios ou filamentos (20) das camadas de trama (t1-t8; t27-t34) situadas na pele (2032; 2033) da primeira parte (203).

11. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte das camadas de trama (t13-t22) situadas no núcleo (2031) da primeira parte compreendem tranças ou fios ou filamentos (20; 21; 22) de seção que decrescente na direção da segunda parte (204).

12. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que as tranças apresentam um ângulo de trançamento de cerca de 45°.

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