CA3070727A1 - Procede de fabrication d'une piece en materiau composite - Google Patents
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
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Abstract
Abrégé Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice organique ayant une porosité réduite. Figure pour l'abrégé : Fig. 5. CA 3070727 2020-01-30
Description
, Description Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite Domaine Technique L'invention concerne le domaine de la fabrication de pièces en matériau composite à
matrice organique, c'est-à-dire comportant un renfort fibreux densifié par une matrice organique.
w Technique antérieure Les étapes nécessaires à la fabrication d'un matériau composite à matrice organique (CMO) consistent habituellement à imprégner une préforme fibreuse à partir d'une résine organique, puis à chauffer la préforme imprégnée afin de faire polymériser la résine.
II a toutefois été constaté que la matrice organique obtenue après polymérisation de la résine pouvait présenter une porosité résiduelle significative du fait de la génération d'espèces volatiles durant la polymérisation. La présence de cette porosité résiduelle conduit à une diminution des propriétés mécaniques du matériau composite fabriqué.
II serait donc souhaitable de réduire le taux de porosité résiduelle de la matrice de la pièce composite obtenue afin d'optimiser les propriétés de résistance mécanique de la pièce.
Exposé de l'invention A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice organique, comprenant au moins :
- une première étape de chauffage d'une préforme imprégnée par une résine de sorte à faire polymériser la résine jusqu'à un premier degré d'avancement de polymérisation compris entre 30% et 40% ;
- une étape d'application d'une pression de compaction sur la préforme une fois le premier degré d'avancement atteint ; et
matrice organique, c'est-à-dire comportant un renfort fibreux densifié par une matrice organique.
w Technique antérieure Les étapes nécessaires à la fabrication d'un matériau composite à matrice organique (CMO) consistent habituellement à imprégner une préforme fibreuse à partir d'une résine organique, puis à chauffer la préforme imprégnée afin de faire polymériser la résine.
II a toutefois été constaté que la matrice organique obtenue après polymérisation de la résine pouvait présenter une porosité résiduelle significative du fait de la génération d'espèces volatiles durant la polymérisation. La présence de cette porosité résiduelle conduit à une diminution des propriétés mécaniques du matériau composite fabriqué.
II serait donc souhaitable de réduire le taux de porosité résiduelle de la matrice de la pièce composite obtenue afin d'optimiser les propriétés de résistance mécanique de la pièce.
Exposé de l'invention A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice organique, comprenant au moins :
- une première étape de chauffage d'une préforme imprégnée par une résine de sorte à faire polymériser la résine jusqu'à un premier degré d'avancement de polymérisation compris entre 30% et 40% ;
- une étape d'application d'une pression de compaction sur la préforme une fois le premier degré d'avancement atteint ; et
2 - une deuxième étape de chauffage avec maintien de la pression de compaction appliquée sur la préforme de sorte à faire polymériser la résine jusqu'à un deuxième degré d'avancement de polymérisation supérieur au premier degré d'avancement et obtenir ainsi la pièce en matériau composite.
Pour une résine donnée, le degré d'avancement de polymérisation atteint après une étape de chauffage peut être déterminé par calorimétrie différentielle à
balayage ( Differential Scanning Calorimetry ; DSC ) classique ou modulée.
Le procédé selon l'invention permet avantageusement de réduire la porosité
existante au sein de la matrice obtenue dans la pièce finale. Durant la première étape de chauffage, la préforme fibreuse imprégnée par la résine génère des espèces volatiles. Ces espèces volatiles passent à l'état gazeux lors du chauffage de la préforme et s'évacuent car la résine est encore suffisamment fluide.
L'évacuation de ces espèces volatiles conduit à la création de porosité qui va ensuite être comblée par l'écoulement de la résine au sein de celle-ci. La pression de compaction exercée sur la préforme, après que le premier degré d'avancement ait été atteint, permet en effet de faire s'écouler la résine dans la porosité existante à l'issue de la première étape de chauffage et contribue donc à limiter cette porosité. Cette pression de compaction oblige la résine à fluer dans la porosité, comblant ainsi les vides laissés lors de l'étape précédente par les matières volatiles. Le premier degré
d'avancement est choisi de manière à ce que la résine soit encore suffisamment fluide pour autoriser un tel écoulement ainsi que la compaction de la préforme. Ainsi, afin de garantir cette fluidité suffisante pour la résine, le premier degré
d'avancement de polymérisation est choisi comme inférieur ou égal à 40%. Ce degré d'avancement est par ailleurs choisi de manière à ce que la résine ne soit pas non plus trop fluide, afin de limiter tout risque d'écoulement de la résine hors de la chambre qui contient la préforme lorsque la pression de compaction est appliquée. Ainsi, afin que la résine ne soit pas trop fluide, le premier degré d'avancement de polymérisation est choisi comme supérieur ou égal à 30% afin de garantir une viscosité suffisante pour la résine. En outre, le maintien de la pression de compaction durant la deuxième étape de chauffage empêche les espèces volatiles présentes dans la préforme de passer à
l'état gazeux lors de cette étape, limitant ainsi la création de porosité
supplémentaire.
Pour une résine donnée, le degré d'avancement de polymérisation atteint après une étape de chauffage peut être déterminé par calorimétrie différentielle à
balayage ( Differential Scanning Calorimetry ; DSC ) classique ou modulée.
Le procédé selon l'invention permet avantageusement de réduire la porosité
existante au sein de la matrice obtenue dans la pièce finale. Durant la première étape de chauffage, la préforme fibreuse imprégnée par la résine génère des espèces volatiles. Ces espèces volatiles passent à l'état gazeux lors du chauffage de la préforme et s'évacuent car la résine est encore suffisamment fluide.
L'évacuation de ces espèces volatiles conduit à la création de porosité qui va ensuite être comblée par l'écoulement de la résine au sein de celle-ci. La pression de compaction exercée sur la préforme, après que le premier degré d'avancement ait été atteint, permet en effet de faire s'écouler la résine dans la porosité existante à l'issue de la première étape de chauffage et contribue donc à limiter cette porosité. Cette pression de compaction oblige la résine à fluer dans la porosité, comblant ainsi les vides laissés lors de l'étape précédente par les matières volatiles. Le premier degré
d'avancement est choisi de manière à ce que la résine soit encore suffisamment fluide pour autoriser un tel écoulement ainsi que la compaction de la préforme. Ainsi, afin de garantir cette fluidité suffisante pour la résine, le premier degré
d'avancement de polymérisation est choisi comme inférieur ou égal à 40%. Ce degré d'avancement est par ailleurs choisi de manière à ce que la résine ne soit pas non plus trop fluide, afin de limiter tout risque d'écoulement de la résine hors de la chambre qui contient la préforme lorsque la pression de compaction est appliquée. Ainsi, afin que la résine ne soit pas trop fluide, le premier degré d'avancement de polymérisation est choisi comme supérieur ou égal à 30% afin de garantir une viscosité suffisante pour la résine. En outre, le maintien de la pression de compaction durant la deuxième étape de chauffage empêche les espèces volatiles présentes dans la préforme de passer à
l'état gazeux lors de cette étape, limitant ainsi la création de porosité
supplémentaire.
3 Dans un exemple de réalisation de ce procédé, le premier degré d'avancement est compris entre 35% et 40%.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, le deuxième degré d'avancement est supérieur ou égal à 90%.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, la préforme imprégnée est présente dans une chambre délimitée par une paroi, et la pression de compaction est imposée par application d'un fluide sur la paroi.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, le fluide est un liquide ou un gel.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, la préforme est obtenue par tissage tridimensionnel ou aiguilletage de strates superposées.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, la préforme imprégnée est présente dans une chambre, et la résine génère des espèces volatiles durant la première étape de chauffage, ces espèces volatiles étant aspirées à l'extérieur de la chambre durant au moins la première étape de chauffage.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, la préforme est une préforme de pièce de turbomachine.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, la préforme comprend des fils céramiques et/ou carbone.
Brève description des dessins [Fig. 1] La figure 1 illustre, de manière schématique, une étape d'un exemple de procédé selon l'invention.
[Fig. 2] La figure 2 illustre, de manière schématique, une étape d'un exemple de procédé selon l'invention.
[Fig. 3] La figure 3 illustre, de manière schématique, une étape d'un exemple de procédé selon l'invention.
[Fig. 4] La figure 4 illustre, de manière schématique, une étape d'un exemple de procédé selon l'invention.
[Fig. 5] La figure 5 illustre, de manière schématique, une étape d'un exemple de procédé selon l'invention.
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Dans un exemple de réalisation de ce procédé, le deuxième degré d'avancement est supérieur ou égal à 90%.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, la préforme imprégnée est présente dans une chambre délimitée par une paroi, et la pression de compaction est imposée par application d'un fluide sur la paroi.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, le fluide est un liquide ou un gel.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, la préforme est obtenue par tissage tridimensionnel ou aiguilletage de strates superposées.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, la préforme imprégnée est présente dans une chambre, et la résine génère des espèces volatiles durant la première étape de chauffage, ces espèces volatiles étant aspirées à l'extérieur de la chambre durant au moins la première étape de chauffage.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, la préforme est une préforme de pièce de turbomachine.
Dans un exemple de réalisation de ce procédé, la préforme comprend des fils céramiques et/ou carbone.
Brève description des dessins [Fig. 1] La figure 1 illustre, de manière schématique, une étape d'un exemple de procédé selon l'invention.
[Fig. 2] La figure 2 illustre, de manière schématique, une étape d'un exemple de procédé selon l'invention.
[Fig. 3] La figure 3 illustre, de manière schématique, une étape d'un exemple de procédé selon l'invention.
[Fig. 4] La figure 4 illustre, de manière schématique, une étape d'un exemple de procédé selon l'invention.
[Fig. 5] La figure 5 illustre, de manière schématique, une étape d'un exemple de procédé selon l'invention.
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4 Description des modes de réalisation Les figures 1 à 5 illustrent différentes étapes d'un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite selon l'invention.
L'étape illustrée sur la figure 1 correspond à l'imprégnation d'une préforme 1 fibreuse par une composition d'imprégnation. La préforme 1 est destinée à
former un renfort fibreux d'un matériau composite à matrice organique (CMO) et est présente dans un outillage 100.
La préforme 1 est réalisée de façon connue par tissage au moyen d'un métier à
tisser de type Jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou lo torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame ou inversement.
La préforme 1 peut être réalisée par empilement de strates ou plis obtenus par tissage bidimensionnel (2D). La préforme 1 peut être également réalisée directement en une seule pièce par tissage tridimensionnel (3D).
La préforme 1 peut également être une préforme aiguilletée formée par empilement de strates fibreuses uni ou bidimensionnelles liées entre elles par aiguilletage.
Par tissage bidimensionnel , on entend ici un mode de tissage classique par lequel chaque fil de trame passe d'un côté à l'autre de fils d'une seule couche de chaîne ou inversement.
Par tissage tridimensionnel ou tissage 3D , on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de fils de chaîne ou inversement suivant un tissage correspondant à
une armure de tissage qui peut être notamment choisie parmi une des armures suivantes : interlock, multi-toile, multi-satin et multi-sergé.
Par armure ou tissu interlock , on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de fils de chaîne lie plusieurs couches de fils de trame avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Par armure ou tissu multi-toile , on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à
une armure de type toile classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
. , Par armure ou tissu multi-satin , on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à
une armure de type satin classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
L'étape illustrée sur la figure 1 correspond à l'imprégnation d'une préforme 1 fibreuse par une composition d'imprégnation. La préforme 1 est destinée à
former un renfort fibreux d'un matériau composite à matrice organique (CMO) et est présente dans un outillage 100.
La préforme 1 est réalisée de façon connue par tissage au moyen d'un métier à
tisser de type Jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou lo torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame ou inversement.
La préforme 1 peut être réalisée par empilement de strates ou plis obtenus par tissage bidimensionnel (2D). La préforme 1 peut être également réalisée directement en une seule pièce par tissage tridimensionnel (3D).
La préforme 1 peut également être une préforme aiguilletée formée par empilement de strates fibreuses uni ou bidimensionnelles liées entre elles par aiguilletage.
Par tissage bidimensionnel , on entend ici un mode de tissage classique par lequel chaque fil de trame passe d'un côté à l'autre de fils d'une seule couche de chaîne ou inversement.
Par tissage tridimensionnel ou tissage 3D , on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de fils de chaîne ou inversement suivant un tissage correspondant à
une armure de tissage qui peut être notamment choisie parmi une des armures suivantes : interlock, multi-toile, multi-satin et multi-sergé.
Par armure ou tissu interlock , on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de fils de chaîne lie plusieurs couches de fils de trame avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Par armure ou tissu multi-toile , on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à
une armure de type toile classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
. , Par armure ou tissu multi-satin , on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à
une armure de type satin classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
5 Par armure ou tissu multi-sergé , on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à
une armure de type sergé classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
Les fils utilisés pour tisser la préforme 1 fibreuse destinée à former le renfort fibreux io de la pièce en matériau composite peuvent être formés de fibres d'un des matériaux suivants: carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou d'un mélange de plusieurs de ces matériaux.
Dans l'exemple illustré, la préforme 1 est disposée dans une première chambre 100a de l'outillage 100, la première chambre 100a formant ici une chambre d'imprégnation.
L'outillage 100 ici illustré comprend un moule 110 formé d'un support 111 rigide et de deux parois 112, 113 latérales, les parois 112, 113 comportant respectivement au moins un port d'injection 114 équipé d'une vanne et au moins un évent 115.
La préforme 1 comporte une première face la en regard d'une paroi 120 mobile de zo l'outillage 100 et une deuxième face lb en appui sur le fond 111 du moule 110.
La paroi 120, une fois l'outillage 100 assemblé, sépare la première chambre 100a dans laquelle est placée la préforme 1 fibreuse d'une deuxième chambre 100b.
La paroi 120 présente une face interne 120a située en regard de la première face la de la préforme 1. La deuxième chambre 100b, séparée de la première chambre 100a par la paroi 120 peut quant à elle être délimitée par un couvercle non-illustré.
La paroi 120 peut être déplacée en direction de la préforme 1 et peut éventuellement être au moins en partie déformable. La paroi 120 peut comporter, notamment être constituée de, un matériau choisi parmi : les silicones renforcés ou non, les polymères thermoplastiques, par exemple le polyamide, le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le téflon (PTFE) ou le polyimide, et leurs mélanges, cette liste n'étant pas exhaustive.
une armure de type sergé classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
Les fils utilisés pour tisser la préforme 1 fibreuse destinée à former le renfort fibreux io de la pièce en matériau composite peuvent être formés de fibres d'un des matériaux suivants: carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou d'un mélange de plusieurs de ces matériaux.
Dans l'exemple illustré, la préforme 1 est disposée dans une première chambre 100a de l'outillage 100, la première chambre 100a formant ici une chambre d'imprégnation.
L'outillage 100 ici illustré comprend un moule 110 formé d'un support 111 rigide et de deux parois 112, 113 latérales, les parois 112, 113 comportant respectivement au moins un port d'injection 114 équipé d'une vanne et au moins un évent 115.
La préforme 1 comporte une première face la en regard d'une paroi 120 mobile de zo l'outillage 100 et une deuxième face lb en appui sur le fond 111 du moule 110.
La paroi 120, une fois l'outillage 100 assemblé, sépare la première chambre 100a dans laquelle est placée la préforme 1 fibreuse d'une deuxième chambre 100b.
La paroi 120 présente une face interne 120a située en regard de la première face la de la préforme 1. La deuxième chambre 100b, séparée de la première chambre 100a par la paroi 120 peut quant à elle être délimitée par un couvercle non-illustré.
La paroi 120 peut être déplacée en direction de la préforme 1 et peut éventuellement être au moins en partie déformable. La paroi 120 peut comporter, notamment être constituée de, un matériau choisi parmi : les silicones renforcés ou non, les polymères thermoplastiques, par exemple le polyamide, le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le téflon (PTFE) ou le polyimide, et leurs mélanges, cette liste n'étant pas exhaustive.
6 La figure 1 illustre le dispositif 100 durant l'introduction d'une résine 2 organique dans la première chambre 100a. La résine 2 peut être une résine à
polycondensation, comme une résine phénolique. La résine 2 est injectée via le port d'injection 114 dans la première chambre 100a et imprègne la préforme 1, l'excédent de résine étant évacué par l'évent 115.
La figure 2 montre la préforme 1 imprégnée par la résine suite à l'injection de cette dernière.
Afin de faire polymériser la résine 2 et obtenir ainsi une matrice organique, la préforme 1 imprégnée subit ensuite une première étape de chauffage. Comme indiqué précédemment, cette première étape de chauffage est réalisée de manière à
faire polymériser la résine 2 jusqu'à un premier degré d'avancement. La première étape de chauffage de la résine 2 conduit à générer au sein de la préforme 1 imprégnée des espèces volatiles, à l'état gazeux, qui s'évacuent de la préforme 1.
Durant cette première étape de chauffage, les espèces volatiles générées peuvent alors être aspirées à l'extérieur de la première chambre 100a par un dispositif de tirage de vide. En outre, aucune pression de compaction n'est appliquée sur la préforme 1 durant la première étape de chauffage. La paroi 120 peut ne pas être en appui sur la préforme 1 durant la première étape de chauffage.
A titre d'exemple, une température supérieure ou égale à 60 C, par exemple comprise entre 60 C et 80 C, peut être imposée durant la première étape de chauffage. A titre d'exemple, la durée de la première étape de chauffage peut être supérieure ou égale à 10 heures, par exemple comprise entre 10 heures et 30 heures.
La figure 3 illustre, suite à la première étape de chauffage, la préforme 1 imprégnée pour laquelle la résine a atteint le premier degré d'avancement de polymérisation.
Le premier degré d'avancement de polymérisation est choisi, d'une part, de manière à pouvoir compacter la résine 2 et la préforme 1 afin de réduire la porosité
présente dans la préforme 1, qui résulte notamment de l'évacuation des espèces volatiles à
l'état gazeux durant la première étape de chauffage. Cette compaction est exercée sur la préforme 1 après que le premier degré d'avancement de polymérisation ait été
atteint, c'est-à-dire ultérieurement à la première étape de chauffage.
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polycondensation, comme une résine phénolique. La résine 2 est injectée via le port d'injection 114 dans la première chambre 100a et imprègne la préforme 1, l'excédent de résine étant évacué par l'évent 115.
La figure 2 montre la préforme 1 imprégnée par la résine suite à l'injection de cette dernière.
Afin de faire polymériser la résine 2 et obtenir ainsi une matrice organique, la préforme 1 imprégnée subit ensuite une première étape de chauffage. Comme indiqué précédemment, cette première étape de chauffage est réalisée de manière à
faire polymériser la résine 2 jusqu'à un premier degré d'avancement. La première étape de chauffage de la résine 2 conduit à générer au sein de la préforme 1 imprégnée des espèces volatiles, à l'état gazeux, qui s'évacuent de la préforme 1.
Durant cette première étape de chauffage, les espèces volatiles générées peuvent alors être aspirées à l'extérieur de la première chambre 100a par un dispositif de tirage de vide. En outre, aucune pression de compaction n'est appliquée sur la préforme 1 durant la première étape de chauffage. La paroi 120 peut ne pas être en appui sur la préforme 1 durant la première étape de chauffage.
A titre d'exemple, une température supérieure ou égale à 60 C, par exemple comprise entre 60 C et 80 C, peut être imposée durant la première étape de chauffage. A titre d'exemple, la durée de la première étape de chauffage peut être supérieure ou égale à 10 heures, par exemple comprise entre 10 heures et 30 heures.
La figure 3 illustre, suite à la première étape de chauffage, la préforme 1 imprégnée pour laquelle la résine a atteint le premier degré d'avancement de polymérisation.
Le premier degré d'avancement de polymérisation est choisi, d'une part, de manière à pouvoir compacter la résine 2 et la préforme 1 afin de réduire la porosité
présente dans la préforme 1, qui résulte notamment de l'évacuation des espèces volatiles à
l'état gazeux durant la première étape de chauffage. Cette compaction est exercée sur la préforme 1 après que le premier degré d'avancement de polymérisation ait été
atteint, c'est-à-dire ultérieurement à la première étape de chauffage.
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7 Suite à la première étape de chauffage, la résine 2 doit donc être encore suffisamment fluide pour permettre la compaction de la préforme 1 et permettre de colmater la porosité existante du fait de l'évacuation des espèces volatiles durant la première étape de chauffage.
Le premier degré d'avancement de polymérisation est choisi, d'autre part, de manière à ce que la résine 2 ne soit pas non plus trop fluide, afin de limiter tout risque d'écoulement de la résine 2 hors de la première chambre 100a lorsqu'une pression de compaction est appliquée sur la préforme 1.
Le premier degré d'avancement de polymérisation a été identifié comme devant être compris entre 30% et 40%. En d'autres termes, le premier degré d'avancement peut être choisi comme :
- supérieur ou égal à 30% afin que la résine 2 ne présente pas un caractère trop fluide lors de l'application de la pression de compaction sur la préforme 1, et - inférieur ou égal à 40% afin que la résine 2 autorise la compaction de la préforme 1 et puisse colmater la porosité.
Le premier degré d'avancement de polymérisation est préférentiellement choisi de manière à être compris entre 35% et 40%.
Une fois le premier degré d'avancement de polymérisation atteint par la résine 2, on procède à l'application de la pression de compaction sur la préforme 1, symbolisée par les flèches P présentes sur la figure 4.
Cette pression P de compaction peut à titre d'exemple être réalisée par injection d'un fluide de compression 130, par exemple de l'huile, dans la deuxième chambre 100b. Le fluide de compression 130 applique une pression sur une face externe 120b de la paroi 120 opposée à la face interne 120a. La face interne 120a vient alors exercer une pression P de compaction sur la première face la préforme 1.
L'application de cette pression P de compaction conduit alors à une diminution de l'épaisseur de la préforme 1 qui passe d'une épaisseur el en l'absence de pression de compaction (voir figures 2 et 3) à une épaisseur e2 (voir figure 4) sous l'effet de la pression de compaction. e2 est inférieure à el, en particulier e2 peut être inférieure ou égale à 0,9*el.
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Le premier degré d'avancement de polymérisation est choisi, d'autre part, de manière à ce que la résine 2 ne soit pas non plus trop fluide, afin de limiter tout risque d'écoulement de la résine 2 hors de la première chambre 100a lorsqu'une pression de compaction est appliquée sur la préforme 1.
Le premier degré d'avancement de polymérisation a été identifié comme devant être compris entre 30% et 40%. En d'autres termes, le premier degré d'avancement peut être choisi comme :
- supérieur ou égal à 30% afin que la résine 2 ne présente pas un caractère trop fluide lors de l'application de la pression de compaction sur la préforme 1, et - inférieur ou égal à 40% afin que la résine 2 autorise la compaction de la préforme 1 et puisse colmater la porosité.
Le premier degré d'avancement de polymérisation est préférentiellement choisi de manière à être compris entre 35% et 40%.
Une fois le premier degré d'avancement de polymérisation atteint par la résine 2, on procède à l'application de la pression de compaction sur la préforme 1, symbolisée par les flèches P présentes sur la figure 4.
Cette pression P de compaction peut à titre d'exemple être réalisée par injection d'un fluide de compression 130, par exemple de l'huile, dans la deuxième chambre 100b. Le fluide de compression 130 applique une pression sur une face externe 120b de la paroi 120 opposée à la face interne 120a. La face interne 120a vient alors exercer une pression P de compaction sur la première face la préforme 1.
L'application de cette pression P de compaction conduit alors à une diminution de l'épaisseur de la préforme 1 qui passe d'une épaisseur el en l'absence de pression de compaction (voir figures 2 et 3) à une épaisseur e2 (voir figure 4) sous l'effet de la pression de compaction. e2 est inférieure à el, en particulier e2 peut être inférieure ou égale à 0,9*el.
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8 Comme exposé plus haut, l'application d'une pression P de compaction est rendue possible du fait qu'au stade du premier degré d'avancement de polymérisation choisi, la résine 2 est encore suffisamment fluide.
Avantageusement, l'application de la pression P de compaction sur la préforme permet, d'une part, de faire s'écouler la résine 2 dans la porosité existante.
La résine 2 qui est alors encore suffisamment fluide, grâce au choix du premier degré
d'avancement, s'écoule dans la porosité et vient colmater au moins en partie cette porosité. D'autre part, le maintien de la pression P de compaction exercée sur la préforme 1 permet d'empêcher les espèces volatiles de passer à l'état gazeux au fur et à mesure de la polymérisation de la résine durant la deuxième étape de chauffage.
Ainsi, à partir du moment où la pression P de compaction est exercée sur la préforme 1, les espèces volatiles restent piégées dans celle-ci et la résine s'écoule de manière à colmater la porosité présente au premier degré d'avancement. Les produits de la réaction de polymérisation tels que l'eau ne peuvent pas passer à
l'état gazeux à cause de la pression de compaction et restent piégés dans le réseau polymérique. De la sorte, on réduit la porosité obtenue pour la matrice dans la pièce finale sans créer de nouvelles porosités.
A titre d'exemple, la pression de compaction peut être supérieure ou égale à 5 bar, par exemple comprise entre 5 bar et 25 bar.
Une deuxième étape de chauffage est ensuite appliquée à la préforme 1 de sorte à
continuer la polymérisation de la résine et obtenir ainsi une pièce en matériau composite. Comme il peut être vu sur la figure 5, durant cette deuxième étape de chauffage, la pression P de compaction appliquée sur la préforme 1 est maintenue jusqu'à un deuxième degré d'avancement de polymérisation supérieur au premier degré d'avancement.
Ainsi, le maintien de la pression P de compaction jusqu'à l'atteinte du deuxième degré d'avancement de polymérisation de la résine 2 permet de garantir que plus aucune espèce volatile ne puisse s'échapper de la résine 2 et qu'au moins une partie de la porosité initialement présente dans la résine 2 ait pu être colmatée par fluage de la résine.
Avantageusement, l'application de la pression P de compaction sur la préforme permet, d'une part, de faire s'écouler la résine 2 dans la porosité existante.
La résine 2 qui est alors encore suffisamment fluide, grâce au choix du premier degré
d'avancement, s'écoule dans la porosité et vient colmater au moins en partie cette porosité. D'autre part, le maintien de la pression P de compaction exercée sur la préforme 1 permet d'empêcher les espèces volatiles de passer à l'état gazeux au fur et à mesure de la polymérisation de la résine durant la deuxième étape de chauffage.
Ainsi, à partir du moment où la pression P de compaction est exercée sur la préforme 1, les espèces volatiles restent piégées dans celle-ci et la résine s'écoule de manière à colmater la porosité présente au premier degré d'avancement. Les produits de la réaction de polymérisation tels que l'eau ne peuvent pas passer à
l'état gazeux à cause de la pression de compaction et restent piégés dans le réseau polymérique. De la sorte, on réduit la porosité obtenue pour la matrice dans la pièce finale sans créer de nouvelles porosités.
A titre d'exemple, la pression de compaction peut être supérieure ou égale à 5 bar, par exemple comprise entre 5 bar et 25 bar.
Une deuxième étape de chauffage est ensuite appliquée à la préforme 1 de sorte à
continuer la polymérisation de la résine et obtenir ainsi une pièce en matériau composite. Comme il peut être vu sur la figure 5, durant cette deuxième étape de chauffage, la pression P de compaction appliquée sur la préforme 1 est maintenue jusqu'à un deuxième degré d'avancement de polymérisation supérieur au premier degré d'avancement.
Ainsi, le maintien de la pression P de compaction jusqu'à l'atteinte du deuxième degré d'avancement de polymérisation de la résine 2 permet de garantir que plus aucune espèce volatile ne puisse s'échapper de la résine 2 et qu'au moins une partie de la porosité initialement présente dans la résine 2 ait pu être colmatée par fluage de la résine.
9 Une température supérieure ou égale à 150 C peut être imposée durant la deuxième étape de chauffage. La durée de la deuxième étape de chauffage peut être supérieure ou égale à 1 heure.
La pièce composite finalement obtenue comporte alors une porosité résiduelle significativement diminuée, ce qui contribue à améliorer ses propriétés mécaniques.
La pièce peut être une pièce de turbomachine, par exemple une pièce de turbomachine aéronautique.
L'expression compris(e) entre ... et ... doit se comprendre comme incluant les bornes.
La pièce composite finalement obtenue comporte alors une porosité résiduelle significativement diminuée, ce qui contribue à améliorer ses propriétés mécaniques.
La pièce peut être une pièce de turbomachine, par exemple une pièce de turbomachine aéronautique.
L'expression compris(e) entre ... et ... doit se comprendre comme incluant les bornes.
Claims
Revendications [Revendication 1] Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à
matrice organique, comprenant au moins :
- une première étape de chauffage d'une préforme (1) imprégnée par une résine (2) .. de sorte à faire polymériser la résine (2) jusqu'à un premier degré
d'avancement de polymérisation compris entre 30% et 40% ;
- une étape d'application d'une pression (P) de compaction sur la préforme (1) une fois le premier degré d'avancement atteint ; et - une deuxième étape de chauffage avec maintien de la pression (P) de compaction .. appliquée sur la préforme (1) de sorte à faire polymériser la résine (2) jusqu'à un deuxième degré d'avancement de polymérisation supérieur au premier degré
d'avancement et obtenir ainsi la pièce en matériau composite.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier degré
d'avancement est compris entre 35% et 40%.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième degré d'avancement est supérieur ou égal à 90%.
[Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la préforme (1) imprégnée est présente dans une chambre (100a) délimitée par une paroi (120), et dans lequel la pression (P) de compaction est imposée par .. application d'un fluide (130) sur la paroi (120).
[Revendication 5] Procédé selon la revendication 4, dans lequel le fluide (130) est un liquide ou un gel.
[Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la préforme (1) est obtenue par tissage tridimensionnel ou aiguilletage de .. strates superposées.
[Revendication 7] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la préforme (1) imprégnée est présente dans une chambre (100a), et dans lequel la résine (2) génère des espèces volatiles durant la première étape de chauffage, et dans lequel ces espèces volatiles sont aspirées à l'extérieur de la .. chambre durant au moins la première étape de chauffage.
[Revendication 8] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la préforme est une préforme de pièce de turbomachine.
[Revendication 9] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la préforme comprend des fils céramiques et/ou carbone.
matrice organique, comprenant au moins :
- une première étape de chauffage d'une préforme (1) imprégnée par une résine (2) .. de sorte à faire polymériser la résine (2) jusqu'à un premier degré
d'avancement de polymérisation compris entre 30% et 40% ;
- une étape d'application d'une pression (P) de compaction sur la préforme (1) une fois le premier degré d'avancement atteint ; et - une deuxième étape de chauffage avec maintien de la pression (P) de compaction .. appliquée sur la préforme (1) de sorte à faire polymériser la résine (2) jusqu'à un deuxième degré d'avancement de polymérisation supérieur au premier degré
d'avancement et obtenir ainsi la pièce en matériau composite.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier degré
d'avancement est compris entre 35% et 40%.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième degré d'avancement est supérieur ou égal à 90%.
[Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la préforme (1) imprégnée est présente dans une chambre (100a) délimitée par une paroi (120), et dans lequel la pression (P) de compaction est imposée par .. application d'un fluide (130) sur la paroi (120).
[Revendication 5] Procédé selon la revendication 4, dans lequel le fluide (130) est un liquide ou un gel.
[Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la préforme (1) est obtenue par tissage tridimensionnel ou aiguilletage de .. strates superposées.
[Revendication 7] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la préforme (1) imprégnée est présente dans une chambre (100a), et dans lequel la résine (2) génère des espèces volatiles durant la première étape de chauffage, et dans lequel ces espèces volatiles sont aspirées à l'extérieur de la .. chambre durant au moins la première étape de chauffage.
[Revendication 8] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la préforme est une préforme de pièce de turbomachine.
[Revendication 9] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la préforme comprend des fils céramiques et/ou carbone.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA3070727A CA3070727A1 (fr) | 2020-01-30 | 2020-01-30 | Procede de fabrication d'une piece en materiau composite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA3070727A CA3070727A1 (fr) | 2020-01-30 | 2020-01-30 | Procede de fabrication d'une piece en materiau composite |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA3070727A1 true CA3070727A1 (fr) | 2021-07-30 |
Family
ID=77062595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA3070727A Pending CA3070727A1 (fr) | 2020-01-30 | 2020-01-30 | Procede de fabrication d'une piece en materiau composite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA3070727A1 (fr) |
-
2020
- 2020-01-30 CA CA3070727A patent/CA3070727A1/fr active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EEER | Examination request |
Effective date: 20231127 |