EP3946870A1 - Outillage de preformage d'une preforme fibreuse et procede de preformage d'une preforme fibreuse - Google Patents

Outillage de preformage d'une preforme fibreuse et procede de preformage d'une preforme fibreuse

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Publication number
EP3946870A1
EP3946870A1 EP20728111.4A EP20728111A EP3946870A1 EP 3946870 A1 EP3946870 A1 EP 3946870A1 EP 20728111 A EP20728111 A EP 20728111A EP 3946870 A1 EP3946870 A1 EP 3946870A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
preforming
fiber preform
tool
preform
Prior art date
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Pending
Application number
EP20728111.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Steven Gérard Joseph BIENVENU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP3946870A1 publication Critical patent/EP3946870A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/544—Details of vacuum bags, e.g. materials or shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B29C70/342—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using isostatic pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding

Definitions

  • TITLE TOOLS FOR PREFORMING A FIBROUS PREFORM AND PROCESS FOR PREFORMING A FIBROUS PREFORM
  • the present invention relates to the field of turbine engine parts made of composite material for aircraft. It relates in particular to the design and / or manufacture of these composite parts as well as the corresponding tools.
  • Turbomachines are increasingly equipped with complex shaped parts and at least partly in composite materials. These composite materials include a fibrous reinforcement embedded in a matrix in order, on the one hand, to reduce the masses and improve the thermomechanical strengths of these parts, and on the other hand, to improve the performance of the turbomachine. Examples of composite materials are described in documents US-A1 - 2014/175709, US-B2- 8 419 875 and US-A1 -2013/099427.
  • Variable unload valve conduit is one piece made of composite materials and includes outgoing pipes, elbows, fittings, etc.
  • the difficulty for this type of part is the establishment of the fibrous folds or fibrous structures which make up the fibrous reinforcement.
  • the fibrous folds have a certain rigidity due to the weaving of the strands or threads (a strand is made up of several thousand filaments).
  • the fibrous reinforcement which forms the fibrous preform of the unloading valve duct is formed beforehand on an external support and is stiffened to facilitate positioning in the injection mold and subsequent injection of the die into the injection mold.
  • the fibrous reinforcement is shaped in the rigid injection mold.
  • a tackifier or deionized water is applied to the different plies in order, on the one hand, to temporarily bind the different plies together and to keep the plies in the mold, and on the other hand to allow injection of the matrix.
  • the water allows a breakdown of the electrical attraction between the negatively charged chains, as well as the breakdown of hydrogen and peptide bonds when the folds are wet. These bonds activate during drying.
  • the tackifier this is a kind of weak bonding glue.
  • a particular objective of the present invention is to simplify and facilitate the shaping of a fiber preform for a part made of composite material of complex shape so as to optimize the injection of the matrix for its densification.
  • a first inflatable membrane intended to receive the fiber preform with a fiber reinforcement
  • a device for evacuating the internal cavity between the first membrane and the second membrane a device for evacuating the internal cavity between the first membrane and the second membrane.
  • the tool makes it possible to facilitate the placement of the folds intended to form the fiber preform on the first membrane (called male), to compact the preform between the first membrane and the second membrane (called female) using vacuum, to facilitate demolding of the preformed preform by removing the second female membrane once the vacuum has been cut and by extracting the first male membrane once the latter has been deflated.
  • the tooling saves time since the tooling also allows the drying of the folds forming the fiber preform and its release without risk of loosening and deformation of the preformed fiber preform before injection of the matrix.
  • preforming we mean shaping and maintaining the shape of the preform before a matrix impregnates the fibers thereof.
  • the preformed preform then presents or approaches the shape that the final part must have.
  • the tooling also includes one or more of the following characteristics, taken alone or in combination:
  • the first membrane comprises a wall which is closed so as to form a chamber.
  • At least the first membrane is made of an elastic material.
  • the elastic material includes silicone.
  • the first membrane and the second membrane are attached to one another in a removable manner.
  • the fixing system includes sealing elements.
  • the vacuum device comprises a vacuum pump or a venturi effect system or a compressor.
  • the method of preforming the fiber preform also includes one or more of the following features, taken alone or in combination:
  • the step of placing the plies comprises moistening each ply forming the humidified fiber preform.
  • the fibers of the fiber preform are not impregnated with a resin before wetting.
  • the vacuuming step includes drying and compacting the moistened fiber preform.
  • FIG. 1 shows a part of an aircraft turbomachine made in a single piece of composite material.
  • the turbomachine part (here the duct 1) made of composite material is made with a fibrous reinforcement (not shown) and a matrix in which the fibrous reinforcement is embedded.
  • the fibrous reinforcement comprises several plies, webs, layers or structures of fibers bonded together. These folds can be three-dimensional (3D woven), two-dimensional (2D woven) of threads or strands which are each composed of several filaments or unidirectional.
  • the fibrous reinforcement is intended to form the fibrous preform which has the general shape of the part to be obtained.
  • the preforming tool 10 comprises a first membrane 11 (called male) which is intended to receive the fiber preform.
  • the first membrane 1 1 is inflatable (and deflatable) so on the one hand, to facilitate the installation of the fiber preform and on the other hand to facilitate the subsequent release of the preform without risk of damaging it.
  • the first membrane 11 is made of an elastic material so as to allow its inflation and deflation.
  • inflatable we mean here increasing the volume of the membrane by means of a fluid. By evacuating the fluid, the membrane deflates to regain its initial volume.
  • the wall of the first membrane is closed so as to form a chamber 12 here receiving air, and preferably under pressure.
  • the wall of the first membrane 1 1 comprises an inlet orifice 13 for supplying air to the chamber 12.
  • the tool 10 comprises an inflation system 14 (shown schematically) which is connected on the one hand to a source of compressed air and on the other hand to a nozzle 15 which is intended to be coupled to the inlet orifice. 13 of the first membrane 1 1.
  • the compressed air source supplies the air necessary to inflate the first membrane 1 1.
  • the wall of the first membrane 11 also comprises an outlet orifice 16.
  • the latter is equipped with a movable wall portion so as to occupy a first position in which the outlet orifice is closed and a second position in which the the outlet is open. It goes without saying that in the first position, the chamber retains the air during its inflation (filling with air) or after inflation, and that in the second position, the chamber empties of its air through the outlet orifice. 16 to deflate the first membrane 1 1.
  • the tool 10 also includes a second membrane 18 (called female) which is fixed in a sealed manner to the first membrane 11.
  • the second membrane 18 cooperates with the first membrane so as to form a sealed internal cavity 19 between the first membrane and the second membrane.
  • the tool 10 includes a fastening system 20 which is installed at the peripheral edges 21, 22 of the first and second membranes 1 1, 18.
  • the fastening system 20 is located at least partly on the first membrane 11 and / or on the second membrane 18.
  • the fastening system may include a waterproof zip.
  • the fixing system 20 comprises sealing elements comprising a sealing gasket made of deformable material. The seal is added during the manufacturing process and the installation of the male and female membranes. This deformable material can be a plastiline® strip. The sealing elements make it possible to maintain a space between the membranes and thus facilitate the formation of the internal cavity.
  • the fixing system 20 comprises elements which can be clipped between the first and the second membranes.
  • one of the first and second membranes includes a groove, for example, and the other of the first and second membranes includes an omega-shaped tab, for example. The tab and the groove fit together to form a seal.
  • the second membrane 18 is also made of an elastic material.
  • the elastic material can be a silicone.
  • the tool 10 comprises a device 25 for evacuating the internal cavity between the first membrane and the second membrane.
  • the vacuum device comprises a vacuum pump or a compressor which is connected to a suction port 26 made here in the wall of the second membrane 18 by means of a pipe 27.
  • the vacuum device comprises a venturi effect system which provides for a difference in section on the pipe connected to the suction port to create a pressure difference.
  • the venturi effect system is easy to maintain and economical.
  • the preforming process is carried out using the preforming tool as described above.
  • the method comprises a step of inflating the first membrane 11. Air is blown into the chamber 12 of the first membrane via the inflation system.
  • the method then comprises placing the fiber preform with a fiber reinforcement on the first membrane 11 which is then inflated.
  • a fiber reinforcement on the first membrane 11 which is then inflated.
  • several fibrous folds are arranged one by one on the outer wall of the first so as to forming a thickness of the fibrous reinforcement. These folds are also moistened so as to allow the fibers to be held together while all the fibrous folds are placed on the first membrane 11.
  • the fibrous reinforcement is not impregnated beforehand with a resin.
  • water is used to moisten the various folds.
  • the water is filtered and preferably deionized.
  • the second membrane 18 is then applied over the wet or humidified fiber preform obtained and the first membrane.
  • the fiber preform is thus found between the first membrane and the second membrane, and in particular in the internal, sealed cavity 19 of the tool.
  • a vacuum is carried out in the internal cavity 19. This is carried out by means of the aforementioned vacuum device.
  • the vacuum will compact the fibers together and dry the fibers of the fibrous folds forming the humidified fibrous preform. Water is evacuated by lowering its boiling point. All the folds are firmly assembled together at the end of this step. The evacuation is carried out for a predetermined time which is for example of the order of a few seconds.
  • the vacuum is also carried out at a pressure between 0.005 and 0.100 bar.
  • the preform is then demolded.
  • the second membrane 18 is removed from the first membrane 1 1, as well as the preform itself, then the first membrane 1 1 is deflated.
  • the dry preform is placed in an injection mold using for example RTM technology (stands for "Resin Transfer Molding”). Its movement is facilitated thanks to its preforming. There is no risk of the fibers slipping between them.
  • a matrix is injected into the mold so as to achieve impregnation and densification of the fibers of the fiber preform and thus obtain the part made of composite material, here the conduit.
  • the mold comprises a first impression intended to collect the preformed preform here dry.
  • a back mold having a second cavity is intended to form with the first cavity an injection space for the die.
  • the matrix is chosen according to the desired application.
  • the matrix can be an epoxy-based thermosetting resin or a phenolic resin such as polybismaleimides (BMI). Prior to die injection, the injection mold is closed with the back mold. Other processes such as infusion, RTM light or Polyflex are, of course, possible.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un outillage de préformage d'une préforme fibreuse comprenant : - une première membrane (11) gonflable et destinée à recevoir le préforme fibreuse, - une deuxième membrane (18) destinée à se fixer via un système de fixation (20) sur la première membrane (11) et de manière à former une cavité interne (19) étanche entre la première et la deuxième membrane, et - un dispositif de mise sous vide (25) de la cavité interne entre la première membrane (11) et la deuxième membrane (18).

Description

DESCRIPTION
TITRE : OUTILLAGE DE PREFORMAGE D’UNE PREFORME FIBREUSE ET PROCEDE DE PREFORMAGE D’UNE PREFORME FIBREUSE
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne le domaine des pièces de turbomachine en matériau composite pour aéronef. Elle vise en particulier la conception et/ou fabrication de ces pièces en composite ainsi que l’outillage correspondant.
Arrière-plan technique
Les turbomachines s’équipent de plus en plus avec des pièces de forme complexes et au moins en partie en matériaux composites. Ces matériaux composites comportent un renfort fibreux noyé dans une matrice de manière, d’une part, à réduire les masses et améliorer les résistances thermomécaniques de ces pièces, et d’autre part, améliorer les performances de la turbomachine. Des exemples de matériaux composites sont décrits dans les documents US-A1 - 2014/175709, US-B2- 8 419 875 et US-A1 -2013/099427.
De manière générale, le renfort fibreux, qui est composé de fibres sèches, est déposé dans un moule rigide puis une matrice est injectée à basse pression dans le moule préalablement fermé. Le procédé le plus connu est la technologie RTM dont l’acronyme signifie « Resin Transfer Moulding » pour moulage par transfert de résine qui permet de produire des pièces d’une très bonne qualité et avec une bonne répétabilité. Cependant, ce procédé n’est pas adapté pour les formes très complexes que peuvent présenter par exemple un conduit de vanne de déchargement variable qui est destiné à évacuer une partie de l’air du flux primaire circulant dans le compresseur vers le flux secondaire afin de réguler le débit du compresseur.
Le conduit de vanne de déchargement variable se présente en une seule pièce en matériaux composites et comprend des tuyaux sortants, des coudes, des raccords, etc. La difficulté pour ce genre de pièce est la mise en place des plis fibreux ou structures fibreuses qui composent le renfort fibreux. Les plis fibreux ont une certaine rigidité due au tissage des torons ou fils (un toron est composé de plusieurs milliers de filaments). De manière générale, le renfort fibreux qui forme la préforme fibreuse du conduit de vanne de déchargement est préalablement mise en forme sur un support externe et est rigidifié pour faciliter la mise en place dans le moule d’injection et l’injection ultérieure de la matrice dans le moule d’injection. Dans cet exemple, le renfort fibreux est mise en forme dans le moule d’injection rigide.
Pour cela, un tackifiant ou de l’eau déionisée est appliqué(e) sur les différents plis afin d’une part, de lier temporairement les différents plis entre eux et de maintenir les plis dans le moule, et d’autre part de permettre l’injection de la matrice. L’eau permet une rupture de l’attraction électrique entre les chaînes chargées négativement, ainsi qu’une rupture des liaisons hydrogènes et les liaisons peptidiques lorsque les plis sont mouillés. Ces liaisons s’activent lors du séchage. En ce qui concerne le tackifiant, celui-ci est une sorte de colle à liaison faible.
L’utilisation de l’un ou l’autre de ces produits entraîne un temps de séchage assez long qui impacte le temps de fabrication de la pièce finale et une tenue mécanique assez faible pour maintenir les plis entre eux, ce qui implique des décohésions et des pertes de certains morceaux de plis. Le temps de drapage par un opérateur manuellement et la taille des pièces ne permettent pas de maintenir correctement les fibres dans leur ensemble. De même, si les fibres bougent lors de l’injection de la matrice ou son mal disposées, la pièce finale n’aura pas les propriétés mécaniques attendues. Pour le tackifiant en particulier, lors de l’injection de la matrice, cette dernière se lie au tackifiant alors que celle-ci est censée pousser le tackifiant lors de l’injection de la matrice, ce qui réduit les propriétés mécaniques de cette dernière. Une fois la pièce réalisée, le tackifiant s’il n’a pas été poussé par la résine notamment, entraîne des défauts dans la pièce telle que des porosités ou des délaminages.
A cette problématique de mise en place du renfort fibreux dans le moule, s’ajoute le démoulage de la préforme sur son support de mise en forme, notamment pour le conduit de vanne de déchargement ayant une forme complexe et qui ne présente pas d’angles de dépouille. La préforme préalablement mise en forme et rigidifiée est impossible à démouler si le support est rigide et d’une seule pièce. Le temps de fabrication de la préforme ainsi que les difficultés de démoulage entraînent une perte de temps non négligeable ainsi qu’un certain nombre de rebus dus aux décohésions des fibres sèches de certains morceaux de fibres. La présente invention a notamment pour objectif de simplifier et faciliter la mise en forme de préforme fibreuse pour une pièce en matériau composite de forme complexe de manière à optimiser l’injection de matrice pour sa densification. Résumé de l'invention
On parvient à cet objectif conformément à l’invention grâce à un outillage de préformage d’une préforme fibreuse comprenant :
une première membrane gonflable et destinée à recevoir la préforme fibreuse avec un renfort fibreux,
- une deuxième membrane destinée à se fixer via un système de fixation sur la première membrane et de manière à former une cavité interne étanche entre la première et la deuxième membrane, et
un dispositif de mise sous vide de la cavité interne entre la première membrane et la deuxième membrane.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, l’outillage permet de faciliter la mise en place des plis destinés à former la préforme fibreuse sur la première membrane (dite mâle), à compacter la préforme entre la première membrane et la deuxième membrane (dite femelle) à l’aide du vide, à faciliter le démoulage de la préforme préformée en enlevant la seconde membrane femelle une fois le vide coupé et en extrayant la première membrane male une fois cette dernière dégonflée. En particulier, l’outillage permet un gain de temps puisque l’outillage permet aussi le séchage des plis formant la préforme fibreuse et son démoulage sans risque de décohésion et de déformation de la préforme fibreuse préformée avant l’injection de la matrice.
Dans la présente invention, nous entendons par le terme « préformage » la mise en forme et le maintien de la forme de la préforme avant qu’une matrice imprègne les fibres de celle-ci. La préforme préformée présente ou se rapproche alors de la forme que la pièce finale doit avoir.
L’outillage comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
la première membrane comprend une paroi qui est fermée de manière à former une chambre.
au moins la première membrane est réalisée dans un matériau élastique. le matériau élastique comprend un silicone.
la première membrane et la deuxième membrane sont fixées entre elles de manière amovible.
le système de fixation comprend des éléments d’étanchéité.
- le dispositif de mise sous vide comprend une pompe à vide ou un système à effet venturi ou un compresseur.
L’invention concerne également un procédé de préformage d’une préforme fibreuse comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d’un outillage de préformage comprenant une première membrane gonflable et une deuxième membrane fixée sur la première membrane de manière à former une cavité interne étanche entre la première et la deuxième membrane ;
gonflage de la première membrane ;
- mise en place de plis fibreux destinés à former une préforme fibreuse sur la première membrane ;
application de la deuxième membrane sur la préforme fibreuse et sur la première membrane ;
mise sous vide de la cavité interne entre la première et la deuxième membranes ; et
démoulage d’une préformé fibreuse préformée et sèche.
Le procédé de préformage de la préforme fibreuse comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- l’étape de mise en place des plis comprend une humidification de chaque pli formant la préforme fibreuse humidifiée.
les fibres de la préforme fibreuse sont non imprégnées par une résine avant l’humidification.
l’étape de mise sous vide comprend un séchage et un compactage de la préforme fibreuse humidifiée.
l’humidification est réalisée avec de l’eau déionisée et filtrée
l’étape de mise sou vide est réalisée pendant une durée prédéterminée l’étape de démoulage de la préforme préformée comprend un retrait de la deuxième membrane et un dégonflage de la première membrane. L’invention concerne en outre un procédé de fabrication d’une pièce de turbomachine comprenant les étapes suivantes :
réalisation d’un préforme fibreuse ;
préformage de la préforme fibreuse suivant un procédé présentant l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées ;
mise en place de la préforme préformée dans un moule d’injection ;
injection d’une matrice dans la préforme préformée.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
[Fig. 1 ] La figure 1 est une vue de côté d’un exemple de conduit de vanne de déchargement variable d’une turbomachine selon l’invention ;
[Fig. 2] La figure 2 représente une vue de dessus d’un exemple d’un conduit de vanne de déchargement selon l’invention ; et,
[Fig. 3] La figure 3 illustre de manière schématique un exemple d’outillage de préformage d’une préforme fibreuse selon l’invention.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 représente une pièce de turbomachine d’aéronef réalisée en une seule pièce en matériau composite.
Les figures 1 et 2 illustrent précisément un conduit de vanne de déchargement variable 1 destiné à équiper les turbomachines double flux. Ce conduit de vanne de déchargement variable 1 comprend une canalisation principale 2 permettant de relier une portion d’une veine primaire à une portion d’une veine secondaire d’une turbomachine double flux. Le conduit 1 comprend une vanne de déchargement variable installée (non représentée) dans l’ouverture 3 de la canalisation principale 2 s’ouvrant dans la veine secondaire. Le conduit 1 comprend également une canalisation secondaire 4 ayant une première extrémité 5 qui débouche dans une canalisation permettant de refroidir les parties chaudes de la turbine basse pression de la turbomachine et une deuxième extrémité 6 qui débouche dans la canalisation principale 2. Ce conduit 1 présente en effet une forme sensiblement en S et des nombreuses portions curvilignes comme cela est représenté sur les figures 1 et 2. Bien entendu, l’invention peut s’appliquer à toutes pièces de forme complexe en matériau composite et destinées à équiper une turbomachine. La pièce de turbomachine (ici le conduit 1 ) en matériau composite est réalisée avec un renfort fibreux (non représenté) et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux. Le renfort fibreux comprend plusieurs plis, nappes, couches ou structures de fibres lié(e)s entre eux(elles). Ces plis peuvent être tridimensionnels (tissé 3D), bidimensionnels (tissé 2D) de fils ou de torons qui sont composés chacun de plusieurs filaments ou unidirectionnels. Le renfort fibreux est destiné à former la préforme fibreuse qui présente la forme générale de la pièce à obtenir.
Les fils ou torons peuvent être de diverses natures. Dans l’exemple de réalisation, le matériau des fils peut comprendre un carbone, un verre, un polyamide, un kevlar, une céramique ou encore un mélange de ces matériaux.
La figure 3 illustre schématiquement un outillage de préformage 10 destiné à mettre en forme, voire de figer la forme de la préforme fibreuse de telle sorte que celle-ci se rapproche autant que possible de la forme de la pièce finale à réaliser et surtout de la maintenir lors de l’imprégnation par une matrice spécifique.
L’outillage de préformage 10 comprend une première membrane 1 1 (dite mâle) qui est destinée à recevoir la préforme fibreuse. La première membrane 1 1 est gonflable (et dégonflable) de manière d’une part, à faciliter la mise en place de la préforme fibreuse et d’autre part à faciliter le démoulage ultérieure de la préforme sans risque d’abimer celle-ci. La première membrane 1 1 est réalisée dans un matériau élastique de manière à permettre son gonflement et son dégonflement. Nous entendons ici par « gonflable » le fait d’augmenter le volume de la membrane au moyen d’un fluide. En évacuant le fluide, le membrane se dégonfle pour retrouver son volume initial.
Avantageusement, mais non limitativement, le matériau élastique comprend un élastomère tel qu’un silicone. Le silicone est mise en forme et vulcanisé dans les dimensions prédéterminées pour accueillir la préforme fibreuse. En particulier, dans le présent exemple, la première membrane 1 1 comprend une paroi qui présente une forme destinée à donner la forme correspondante à la préforme fibreuse qui sera appliquée dessus, lorsque la première membrane est gonflée. La paroi peut présenter ainsi n’importe quelle forme.
La paroi de la première membrane est fermée de manière à former une chambre 12 recevant ici de l’air, et de préférence, sous pression. La paroi de la première membrane 1 1 comprend un orifice d’entrée 13 pour alimenter en air la chambre 12.
L’outillage 10 comprend un système de gonflage 14 (représenté schématiquement) qui est relié d’une part à une source d’air comprimé et d’autre part à une buse 15 qui est destinée à être couplée à l’orifice d’entrée 13 de la première membrane 1 1 . La source d’air comprimé fournit l’air nécessaire pour gonfler la première membrane 1 1.
La paroi de la première membrane 1 1 comprend également un orifice de sortie 16. Ce dernier est équipé d’une portion de paroi mobile de manière à occuper une première position dans laquelle l’orifice de sortie est obturé et une deuxième position dans laquelle l’orifice de sortie est ouvert. Il va de soi que dans la première position, la chambre retient l’air lors de son gonflage (remplissage d’air) ou après gonflage, et que dans la deuxième position, la chambre se vide de son air par l’orifice de sortie 16 pour dégonfler la première membrane 1 1.
L’outillage 10 comprend également une deuxième membrane 18 (dite femelle) qui se fixe de manière étanche sur la première membrane 1 1 . La deuxième membrane 18 coopère avec la première membrane de manière à former une cavité interne 19 étanche entre la première membrane et la deuxième membrane. Pour cela, l’outillage 10 comprend un système de fixation 20 qui est installé au niveau des bordures périphériques 21 , 22 de la première et deuxième membranes 1 1 , 18.
Toutefois, les première et deuxième membranes 1 1 , 18 sont fixées entre elles via le système de fixation 20 de manière amovible et pour faciliter le retrait de la préforme préformée.
Dans le présent exemple, le système de fixation 20 est situé au moins en partie sur la première membrane 1 1 et/ou sur la deuxième membrane 18. Le système de fixation peut comprendre un zip étanche. Avantageusement, mais non limitativement, le système de fixation 20 comprend des éléments d’étanchéité comprenant un joint d’étanchéité en matériau déformable. Le joint d’étanchéité est rapporté au cours du procédé de fabrication et de la mise en place des membranes mâles et femelles. Ce matériau déformable peut être une bande de plastiline®. Les éléments d’étanchéité permettent de maintenir un espace entre les membranes et ainsi faciliter la formation de la cavité interne.
De manière alternative, le système de fixation 20 comprend des éléments clipsables entre la première et la deuxième membranes. Dans ce cas, l’une des première et deuxième membranes comprend une rainure par exemple et l’autre des première et deuxième membranes comprend une patte en forme de oméga par exemple. La patte et la rainure s’emboîtent de manière à former un joint d’étanchéité.
La deuxième membrane 18 est réalisée dans un matériau élastique également. Comme pour la première membrane, le matériau élastique peut être un silicone.
L’outillage 10 comprend un dispositif de mise sous vide 25 de la cavité interne entre la première membrane et la deuxième membrane. Le dispositif de mise sous vide comprend une pompe à vide ou un compresseur qui est relié à un orifice d’aspiration 26 ménagé ici dans la paroi de la deuxième membrane 18 au moyen d’une canalisation 27.
Alternativement, le dispositif de mise sous vide comprend un système à effet venturi lequel prévoit une différence de section sur la canalisation reliée à l’orifice d’aspiration pour créer une différence de pression. Le système à effet venturi est facile à entretenir et économique.
Nous allons maintenant décrire le procédé de préformage de la préforme fibreuse. Le procédé de préformage est réalisé au moyen de l’outillage de préformage tel que décrit ci-dessus. Le procédé comprend une étape de gonflage de la première membrane 1 1 . De l’air est soufflé dans la chambre 12 de la première membrane via le système de gonflage.
Le procédé comprend ensuite une mise en place de la préforme fibreuse avec un renfort fibreux sur la première membrane 1 1 qui est alors gonflée. Pour cela, plusieurs plis fibreux sont disposés un à un sur la paroi externe de la première de manière à former une épaisseur du renfort fibreux. Ces plis sont également humidifiés de manière à permettre un maintien des fibres entre elles le temps que tous les plis fibreux soient disposés sur la première membrane 1 1 . Nous comprenons que les fibres du renfort fibreux sont non-imprégnées. Le renfort fibreux n’est pas imprégné préalablement par une résine.
Avantageusement, mais non limitativement, de l’eau est utilisée pour humidifier les différents plis. L’eau est filtrée et déionisée de préférence.
La deuxième membrane 18 est ensuite appliquée au-dessus de la préforme fibreuse humide ou humidifiée obtenue et de la première membrane. La préforme fibreuse se retrouve ainsi entre la première membrane et la deuxième membrane, et en particulier dans la cavité interne 19 et étanche de l’outillage.
Une mise sous vide est réalisée dans la cavité interne 19. Cela est réalisé au moyen du dispositif de mise sous vide précité. La mise sous vide va compacter les fibres entre elles et sécher les fibres des plis fibreux formant la préforme fibreuse humidifiée. L’eau est évacuée grâce à l’abaissement de son point d’ébullition. Tous les plis sont assemblés fermement entre eux à l’issu de cette étape. La mise sous vide est réalisée pendant une durée prédéterminée qui est par exemple de l’ordre de quelques secondes. La mise sous vide est également réalisée à une pression comprise entre 0.005 et 0.100 bar.
La préforme est ensuite démoulée. A cet effet, la deuxième membrane 18 est retirée de la première membrane 1 1 , ainsi que la préforme elle-même, puis la première membrane 1 1 est dégonflée. Nous obtenons une préforme préformée, sèche et compacte.
A l’issu du démoulage de la préforme préformée, cette dernière peut être contrôlée visuellement et également en contrôle non destructif (par exemple via un scan ou un dispositif de tomographie). Dans le cas où un pli serait mal disposé, la préforme peut être humidifiée à nouveau afin de faciliter le déplacement du pli en question.
Une fois que la forme de la préforme est fixée (préformée), la préforme sèche est mise en place dans un moule d’injection en utilisant par exemple la technologie RTM (signifie « Resin Transfer Moulding »). Son déplacement est facilité grâce à se préformage. Il n’y a pas de risque de glissement des fibres entre elles.
Une matrice est injectée dans le moule de manière à réaliser une imprégnation et une densification des fibres de la préforme fibreuse et ainsi obtenir la pièce en matériau composite, ici le conduit. Le moule comprend une première empreinte destinée à recueillir la préforme préformée ici sèche. Un contre moule ayant une deuxième empreinte est destinée à former avec la première empreinte un espace d’injection de la matrice. La matrice est choisie en fonction de l’application souhaitée. La matrice peut être une résine thermodurcissable à base d’époxy ou une résine phénolique telle que les polybismaléimides (BMI). Préalablement à l’injection de matrice, le moule d’injection est fermé avec le contre moule. D’autres procédés tels que l’infusion, le RTM light ou le Polyflex sont, bien entendu, envisageables.

Claims

REVENDICATIONS
1 Outillage (10) de préformage d’une préforme fibreuse caractérisé en ce qu’il comprend
une première membrane (1 1 ) gonflable et destinée à recevoir le préforme fibreuse,
une deuxième membrane (18) destinée à se fixer via un système de fixation (20) sur la première membrane (1 1 ) et de manière à former une cavité interne (19) étanche entre la première et la deuxième membranes, et
un dispositif de mise sous vide (25) de la cavité interne entre la première membrane (1 1 ) et la deuxième membrane (18).
2 Outillage (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première membrane (1 1 ) comprend une paroi qui est fermée de manière à former une chambre (12).
3. Outillage (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins la première membrane (1 1 ) est réalisée dans un matériau élastique.
4. Outillage (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau élastique comprend un silicone.
5. Outillage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première membrane (1 1 ) et la deuxième membrane (18) sont fixées entre elles de manière amovible.
6 Ouillage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de fixation (20) étanche comprend des éléments d’étanchéité.
7 Outillage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mise sous vide (25) comprend une pompe à vide ou un système à effet venturi ou un compresseur.
8. Procédé de préformage d’une préforme fibreuse caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
fourniture d’un outillage (10) de préformage comprenant une première membrane (1 1 ) gonflable et une deuxième membrane (18) fixée sur la première membrane (1 1 ) de manière à former une cavité interne (19) étanche entre la première et la deuxième membranes ;
gonflage de la première membrane (1 1 ) ;
mise en place de plis fibreux destinés à former une préforme fibreuse sur la première membrane (1 1 ) ;
application de la deuxième membrane (18) sur la préforme fibreuse et sur la première membrane (1 1 ) ;
mise sous vide de la cavité interne (19) entre la première et la deuxième membranes ; et
démoulage de la préforme fibreuse préformée et sèche.
9. Procédé de préformage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de mise en place des plis comprend une humidification de chaque pli fibreux formant la préforme fibreuse humidifiée.
10. Procédé de préformage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les fibres de la préforme fibreuse sont non imprégnées par une résine avant l’humidification.
1 1. Procédé de préformage selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l’étape de mise sous vide comprend un séchage et un compactage de la préforme fibreuse humidifiée.
12. Procédé de préformage selon l’une quelconque des revendications 8 à 1 1 , caractérisé en ce que l’humidification est réalisée avec de l’eau déionisée et filtrée.
13. Procédé de préformage selon l’une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que l’étape de démoulage de la préforme fibreuse préformée comprend un retrait de la deuxième membrane (18) et un dégonflage de la première membrane (1 1 ).
14. Procédé de fabrication d’une pièce de turbomachine en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
réalisation d’une préforme fibreuse ;
préformage de la préforme fibreuse suivant un procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 13
mise en place de la préforme préformée sèche dans un moule d’injection ; injection d’une matrice dans la préforme fibreuse.
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