EP4441127A1 - Noyau allege en resine epoxyde pour piece creuse en composite - Google Patents

Noyau allege en resine epoxyde pour piece creuse en composite

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Publication number
EP4441127A1
EP4441127A1 EP22826146.7A EP22826146A EP4441127A1 EP 4441127 A1 EP4441127 A1 EP 4441127A1 EP 22826146 A EP22826146 A EP 22826146A EP 4441127 A1 EP4441127 A1 EP 4441127A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
epoxy resin
mpa
core
lightened
resin
Prior art date
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Pending
Application number
EP22826146.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Didier Fromonteil
Mattéo MINERVINO
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 EP4441127A1 publication Critical patent/EP4441127A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • C08J9/06—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a chemical blowing agent
    • C08J9/08—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a chemical blowing agent developing carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • 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
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/36—Feeding the material to be shaped
    • B29C44/38—Feeding the material to be shaped into a closed space, i.e. to make articles of definite length
    • B29C44/42—Feeding the material to be shaped into a closed space, i.e. to make articles of definite length using pressure difference, e.g. by injection or by vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C08J2203/00—Foams characterized by the expanding agent
    • C08J2203/06—CO2, N2 or noble gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C08J2363/00—Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
    • C08J2363/02—Polyglycidyl ethers of bis-phenols

Definitions

  • the present invention relates to a process for the manufacture of a lightweight epoxy resin core, a lightweight epoxy resin obtained by the process of the invention, and their uses for the production of cores for hollow parts, in particular intended for the aeronautical, aerospace and automotive, medical technology, wind turbines, railcars and ships, and sporting goods.
  • a core is generally used. foam that remains in the room or a core that must be removed later.
  • Removing the core provides the most significant relief but is also the most difficult to industrialize because, to do this, it is not always easy to remove the core.
  • Such composite hollow structures achieve their full potential when the core is lightweight, resistant to compression, shear and pressure, even at high temperatures (in particular above 100°C).
  • epoxy resins based on diglycidyl ether of bisphenol F also designated by the acronym DGEBF
  • diglycidyl ether of bisphenol A also designated by the acronym DGEBA
  • DGEBA diglycidyl ether of bisphenol A
  • VARTM resin transfer molding process under vacuum
  • CN 108 705 829 describes a sandwich panel based on lightweight epoxy foam that can be used in technical fields such as automotive, rail transport, ships and aerospace, warships, military aircraft, airplanes, etc. .
  • the sandwich panel has, from outside to inside, an outer layer, an epoxy foam core and an inner layer.
  • the epoxy foam core is formed by foaming a composite material comprising a bisphenol A epoxy resin or a bisphenol F epoxy resin and a foaming agent which may be sodium bicarbonate or ammonium bicarbonate.
  • the bulk density/density of the lightweight epoxy foam is between 150 to 1000 kg/m 3 (paragraph [0029]).
  • US 5,274,006 describes an epoxy resin foaming composition which can be used in fields such as automobiles, vehicles, household appliances, building materials, etc.
  • the epoxy resin foaming composition includes, among the essential elements, a liquid epoxy resin which may be a diglycidyl ether using bisphenol A or bisphenol F, a hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, and a foaming agent.
  • a liquid epoxy resin which may be a diglycidyl ether using bisphenol A or bisphenol F, a hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, and a foaming agent.
  • sodium bicarbonate is mentioned.
  • the epoxy resin is a resin based on bisphenol A and the foaming agent is azodicarbonamide.
  • a foam core in other words a cellular material, in particular of the polyurethane type, polystyrene, melamine, etc. is desired to reduce the overall mass while ensuring the mechanical characteristics and vibration resistance required.
  • the cores whose constituent material proves to be compatible with the composition of the epoxy resin based on diglycidyl ether of bisphenol F such as for example the epoxy resin with the name PR520 marketed by the company Solvay, will be de facto compatible with d other epoxy resins based on diglycidyl ether of bisphenol F and/or based on diglycidyl ether of bisphenol A for which the curing temperature is at least 170°C.
  • the object of the present invention is precisely to meet these needs, by providing a process for manufacturing a lightweight epoxy resin core, in particular having a density of between 150 kg/m 3 and 250 kg/m 3 , comprising at least : an incorporation step (A), during which sodium bicarbonate is incorporated into an epoxy resin, in particular an epoxy resin based on
  • the core material is compatible with hollow parts, in particular hollow composite parts comprising such a core.
  • the modified epoxy resin core can be manufactured in a closed mold by low pressure injection (for example at a pressure below 0.7 MPa) or quite simply by introducing a quantity of resin by casting before closing the mould.
  • a compression or compression-transfer molding process can also be implemented.
  • the method of the invention makes it possible to manufacture a core whose mass is lightened leading to the lightening of the parts, in particular the composite parts, in which it is integrated.
  • the invention also relates to a lightened epoxy resin based on bisphenol F diglycidyl ether and/or bisphenol A diglycidyl ether obtained by an incorporation step (A) of a process according to the invention.
  • the density of this lightened epoxy resin which can also be called foam or resin-foam, is between 150 kg/m 3 and 250 kg/m 3 , specifically equal to 205 kg/m 3 .
  • the lightened epoxy resin obtained by the process of the invention has a compressive strength of between 1 and 25 MPa, in particular between 1 and 10 MPa, more particularly between 2 MPa and 8 MPa, specifically greater than or equal to 2 MPa , in particular equal to 7.1 MPa, determined according to ASTM D6641.
  • the invention also relates to the use of a method according to the invention and/or of a lightened epoxy resin obtained by the method of the invention.
  • Another object of the invention relates to a method for producing hollow parts or structures implementing a step of manufacturing a core in lightened epoxy resin by a method according to the invention and/or a lightened epoxy resin obtained by process of the invention.
  • the invention also relates to a hollow part made of epoxy resin reinforced in particular with carbon fibers, comprising a core made of lightened epoxy resin obtained by a process according to the invention.
  • FIG. 1 represents an image of the surface of a sample prepared by the method of Example 1, using a camera.
  • the present invention relates to a process for manufacturing a lightweight epoxy resin core, that is to say the density of which has been reduced, in particular having a density of between 150 kg/m 3 and 250 kg/m 3 , comprising at least the following steps: an incorporation step A), during which sodium bicarbonate is incorporated into an epoxy resin, in particular an epoxy resin based on diglycidyl ether of bisphenol F (DGEBF), and/or diglycidylether of bisphenol A (DGEBA), in particular at a temperature between 60° C. and 100° C.; and an introduction step B), during which the modified resin from the incorporation step A) is introduced into a closed mould, in particular at a temperature between 60°C and 100°C.
  • an incorporation step A during which sodium bicarbonate is incorporated into an epoxy resin, in particular an epoxy resin based on diglycidyl ether of bisphenol F (DGEBF), and/or diglycidylether of bisphenol A (DGEBA), in particular at a temperature between 60° C. and
  • the invention also applies when the bicarbonate incorporated into the resin during incorporation step A) is potassium bicarbonate, lithium, calcium bicarbonate and ammonium bicarbonate. To this end, particular attention will be paid to ensuring that a product degradation temperature is compatible with the resin and the transformation cycle. In addition, all types of epoxy resins can be used. Similarly, particular attention will be paid to ensuring that a different and suitable decomposition product is used for each processing cycle.
  • the epoxy resin used in the manufacture of the core is based on diglycidyl ether of bisphenol F (DGEBF), in particular the epoxy resin with the name PR520 marketed by the company Solvay.
  • DGEBF diglycidyl ether of bisphenol F
  • the core material is compatible with hollow composite parts or structures comprising such a core.
  • the hollow composite parts or structures are made of epoxy resin with the designation PR520 marketed by the company Solvay.
  • the bicarbonate in particular the sodium bicarbonate, is incorporated into the epoxy resin, advantageously with a rotary mechanical paddle mixer, known to those skilled in the art.
  • the bicarbonate is therefore incorporated into the epoxy resin at a temperature of between 60°C and 100°C, in particular at a temperature of between 70°C and 90°C.
  • the bicarbonate will degrade during the baking cycle, in particular at a temperature between 160°C and 180°C, in particular by releasing a CO2 gas making it possible to generate an expansion of the epoxy resin.
  • the incorporation of the bicarbonate into the epoxy resin in the incorporation step A) can be done at ambient or atmospheric pressure. Alternatively, the incorporation of the bicarbonate into the epoxy resin in incorporation step A) can be done under reduced pressure, for example between -700mbar and -950mbar.
  • the rate of incorporation of the bicarbonate into the epoxy resin depends on the rate of expansion desired for the epoxy resin.
  • the rate of incorporation of bicarbonate, specifically bicarbonate of sodium can vary from 1% to 20%, preferably from 2.5% to 10% by mass, relative to the mass of the resin.
  • the epoxy resin thus modified at the end of the incorporation step A) is then used in the introduction step B) to be introduced into a closed mould, in particular at a temperature between 60°C and 100°C. C, in particular between 70°C and 90°C.
  • the modified epoxy resin core can be manufactured in a closed mold by low pressure injection, for example at a pressure of less than 0.7 MPa, or quite simply by introducing a quantity of resin epoxy modified by pouring before closing the mould.
  • a compression or compression-transfer molding process can also be implemented.
  • the duration of the introduction step B) can be 2 hours.
  • the temperature of the introduction step B) can be 180°C.
  • the introduction step B) of the process for manufacturing a lightweight epoxy resin core according to the invention is carried out without applying an external pressure greater than the solubility pressure of the gases.
  • the introduction step B) of the process for manufacturing a lightweight epoxy resin core according to the invention is carried out in a sealed mold without applying pressure.
  • the process for manufacturing a lightweight epoxy resin core of the invention makes it possible to manufacture a core whose material is similar or even identical to the material of the part or of the hollow composite structure, optionally reinforced. Therefore, the interface between the core and the part or hollow structure will, in fact, be stronger than if the materials were not similar or identical. Consequently, the core will be able to participate in the mechanical strength of the part or of the hollow structure.
  • the introduction of bicarbonate into the epoxy resin leads to obtaining a "light" foam, that is to say the density of which is between 150 kg/m 3 and 250 kg/m 3 , which can be used in the production of cores for hollow composite parts or structures.
  • the lightening of the core leads to the lightening of the composite parts or structures comprising it.
  • the use of the same material for the core and the part or the reinforced composite structure namely, the epoxy resin as defined above, allows an improvement in the bond between the core and the part or the structure.
  • the crosslinking reaction of the core material can optionally be stopped and completed during the final firing of the composite part or structure.
  • the core has the dimensions of the mold because the gas released implies an internal pressure.
  • the shrinkage can be partially compensated by the dimensioning of the mould.
  • the invention also relates to a lightened epoxy resin, in particular based on
  • DGEBF diglycidyl ether of bisphenol F
  • the lightened epoxy resin which may also be referred to by the term “resin-foam”, obtained by the process for manufacturing a lightened epoxy resin core of the invention has a lower density of between 150 kg/m 3 and 250 kg/m 3 .
  • the density of the lightened resin can be, for example, 205 kg/m 3 .
  • the lightened epoxy resin obtained by the process for manufacturing a lightened epoxy resin core of the invention has a resistance to compression between 1 MPa and 25 MPa, in particular between 1 MPa and 10 MPa, more particularly between 2 MPa and 8 MPa.
  • the compressive strength of the lightweight resin can be, for example, greater than or equal to 2 MPa, in particular equal to 7.1 MPa.
  • Compressive strength can be determined by compression machine testing, per ASTM D6641.
  • the lightened epoxy resin obtained by the process of the invention has a density of 205 kg/m 3 and a compressive strength of 7.1 MPa.
  • the invention also concerns
  • Such hollow parts find particularly interesting applications in the aeronautical, aerospace and automotive industries, in medical and wind power technologies, and in the construction of wagons or ships, and in the production of sporting goods.
  • Another object of the invention relates to a process for the production of panels in airplanes, helicopter blades, outlet guide vanes, also designated by the acronym OGV for "Outlet Guided Vane” in English, vanes fan blades with a very high bypass ratio, also designated by the acronym UHBR for "Ultra High Bypass Ratio” in English and/or variable-pitch fan blades, also designated by the acronym VPF for "Variable Pitch Fan in English implementing a step of manufacturing a core in lightened epoxy resin by a method according to the invention or a lightened epoxy resin obtained by the method of the invention.
  • These hollow parts can be, for example, panels in aircraft, helicopter blades, outlet guide vanes, very high bypass fan blades, variable pitch fan blades, boat hulls or of skis.
  • Example 1 Process for manufacturing a lightweight epoxy resin core according to the invention
  • the incorporation of the sodium bicarbonate is carried out with the epoxy resin denomination PR520 marketed by the company Solvay heated to 70°C with a mechanical paddle mixer.
  • the rate of incorporation of sodium bicarbonate into the resin at the end of this incorporation step is 2.5% by mass, relative to the mass of the resin.
  • the resin thus modified is then used to manufacture the core with the same temperature range as for the epoxy resin with the name PR520 marketed by the company Solvay.
  • the resin thus modified is then introduced into a closed mold by low pressure injection, in particular less than 2 MPa.
  • the density of the resin thus modified at the end of this manufacturing process is 170 kg/m 3 . It is determined by double weighing.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un noyau en résine époxyde allégée, une résine époxyde allégée obtenue par le procédé de l'invention, et leurs utilisations pour la production de noyau pour pièces creuses destinées notamment aux - industries aéronautique, aérospatiale et automobile, - technologies médicales et éoliennes, et - wagons, - navires, et - articles de sport.

Description

DESCRIPTION
TITRE : NOYAU ALLEGE EN RESINE EPOXYDE POUR PIECE CREUSE EN COMPOSITE
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, une résine époxyde allégée obtenue par le procédé de l’invention, et leurs utilisations pour la production de noyau pour pièces creuses, notamment destinées aux industries aéronautique, aérospatiale et automobile, aux technologies médicales, aux éoliennes, aux wagons et navires et aux articles de sport.
Arrière-plan technique
Pour la réalisation de pièces ou structures creuses en composite renforcé, telles que des aubes en composites tissés 3D creuses ou des aubes directrices de sortie, désignées également par l’ acronyme OGV pour « Outlet Guide Vane » en anglais, il est généralement utilisé un noyau mousse qui reste dans la pièce ou un noyau qui doit être retiré par la suite.
Le retrait du noyau apporte un allègement le plus important mais est aussi la plus difficile à industrialiser car, pour ce faire, il n’est pas toujours aisé de retirer le noyau.
En effet, s ’il est, par exemple utilisé, un noyau fusible, il est impératif d’ apporter les calories nécessaires à le faire fondre tout en veillant à ne pas endommager la pièce.
Par ailleurs, il est nécessaire de prévoir un orifice de sortie permettant d’évacuer les résidus du noyau. Or, un agencement d’un tel orifice de sortie est contraignant car il est impératif de tenir compte d’une concentration de contraintes générée à proximité orifice de sortie.
De telles de structures creuses en composite réalisent leur plein potentiel lorsque le noyau est léger, résistant à la compression, au cisaillement et à la pression, même à des températures élevées (notamment supérieure à 100°C).
Cependant, trouver un matériau permettant, d’une part, de concevoir le meilleur noyau possible en termes de masse, de résistance à la compression, au cisaillement, de coût, etc. et, d’ autre part, qui soit compatible avec la matière constitutive de la pièce ou de la structure en composite, en particulier une résine époxyde renforcée par des fibres de verre, de carbone ou d’ aramide, de préférence, par des fibres de carbone, n’est pas aisé.
Actuellement, dans l’industrie aéronautique, les résines époxydes à base de diglycidyléther du bisphénol F, désignées également par l’ acronyme DGEBF, et/ou à base de diglycidyléther du bisphénol A, désignées également par l’ acronyme DGEBA, tel que, par exemple, la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay, est très couramment utilisée pour fabriquer les pièces ou les structures en composites, comme les aubes de soufflante, les carters ou les cales, par un procédé de moulage par transfert de résine sous vide, désigné également par l’ acronyme VARTM pour « Vacuum Assisted Resin Transfer Molding » en anglais, dans lequel le moule extérieur est remplacé par une membrane soumise à une pression d’huile.
Un tel procédé de moulage par transfert de résine sous vide est notamment décrit, par exemple, dans la publication « Modeling the VARTM Composite Manufacturing Process Xiaolan Song, Alfred C. Loos, Brian W. Grimsley, Roberto J. Cano, Pascal Hubert. ».
CN 108 705 829 décrit un panneau sandwich à base de mousse époxyde allégée pouvant être utilisé dans des domaines techniques tels que l'automobile, le transport ferroviaire, les navires et l'aérospatiale, les navires de guerre, les aéronefs militaires, les avions etc. Le panneau sandwich comporte, de l'extérieur vers l'intérieur, une couche extérieure, un noyau en mousse époxyde et une couche intérieure. Le noyau en mousse époxyde est formé par moussage d'un matériau composite comprenant une résine époxyde bisphénol A ou une résine époxyde bisphénol F et un agent moussant qui peut être du bicarbonate de sodium ou du bicarbonate d’ ammonium. La masse volumique/densité apparente de la mousse d’époxyde allégée est comprise entre 150 à 1000 kg/m3 (paragraphe [0029]).
US 5,274,006 décrit une composition moussante de résine époxyde pouvant être utilisée dans des domaines tels que les automobiles, les véhicules, les appareils électroménagers, les matériaux de construction, etc. La composition moussante de résine époxyde comprend, parmi les éléments essentiels, une résine époxyde liquide qui peut être un diglycidyl éther utilisant du bisphénol A ou du bisphénol F, un diglycidyl éther du bisphénol A hydrogéné, et un agent moussant. Dans la liste des agents moussants inorganiques, le bicarbonate de sodium est cité. Dans les exemples, la résine époxyde est une résine à base de bisphénol A et l’ agent moussant est l’ azodicarbonamide.
Dans le cadre de développement de nouvelles pièces ou structures creuses en composite renforcé, en particulier les aubes directrices de sortie ou les aube de soufflante, l’ incorporation d’un noyau en mousse, autrement dit un matériau alvéolaire en particulier de type, polyuréthane, polystyrène, mélamine ... est souhaitée pour diminuer la masse globale tout en assurant les caractéristiques mécaniques et les tenues vibratoires recherchées.
A ce jour, les mousses connues sont onéreuses et posent problème lors de l’ opération d’injection, notamment par une incompatibilité avec la résine utilisée, en particulier avec la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay.
D’ autre part, les noyaux dont le matériau constitutif se révèle compatible avec la composition de la résine époxyde à base de diglycidyléther du bisphénol F, comme par exemple la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay, seront de facto compatibles avec d’ autres résines époxydes à base de diglycidyléther du bisphénol F et/ou à base de diglycidyléther du bisphénol A pour lesquelles la température de cuisson est d’ au moins 170°C.
Dans le cadre de développement de pièces ou structures creuses en composite renforcé, il existe donc un réel besoin de disposer d’un matériau constitutif du noyau qui soit compatible avec les pièces ou structures en composite, permettant d’ améliorer la liaison noyau/pièce ou noyau/structures.
En particulier, il existe un réel besoin de disposer d’un matériau pour le noyau des pièces ou structures creuses en composite renforcé, qui soit léger, c’ est-à-dire présentant une masse volumique inférieure ou égale à 300 kg/m3, en particulier inférieure ou égale à 200 kg/m3, résistant à la compression, c’est-à-dire présentant en particulier une résistance à la compression inférieure à 10 MPa, en particulier à des températures élevées, notamment une température d’ au moins 150°C), et aisé de mise en œuvre dans des conditions industriellement intéressantes, notamment en termes de coût.
Résumé de l'invention
La présente invention a précisément pour but de répondre à ces besoins, en fournissant un procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, notamment ayant une masse volumique comprise entre 150 kg/m3 et 250 kg/m3, comportant au moins : une étape d’incorporation (A), au cours de laquelle du bicarbonate de sodium, est incorporé à une résine époxyde, notamment une résine époxyde à base de
■ diglycidyléther du bisphénol F, et/ou
■ diglycidyléther du bisphénol A, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; une étape d’ introduction (B), au cours de laquelle la résine modifiée de l’étape d’ incorporation (A) est introduite dans un moule fermé, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; et une étape de cuisson, au cours de laquelle la résine modifiée de introduite dans un moule fermé est cuite à une température de polymérisation de la résine. L’un des avantage du procédé de l’invention est que le matériau du noyau est compatible avec les pièces creuses, notamment les pièces creuses en composite comprenant un tel noyau.
A l’ étape d’introduction B), le noyau en résine époxyde modifiée peut être fabriqué en moule fermé par injection basse pression (par exemple à une pression inférieure 0,7 MPa) ou tout simplement par introduction d’une quantité de résine par coulée avant fermeture du moule.
Un procédé de moulage par compression ou par compression-transfert peut également être mis en œuvre.
Il suit alors le cycle de cuisson de la résine puisque la même résine est utilisée pour la pièce finale.
Le procédé de l’invention permet de fabriquer un noyau dont la masse est allégée conduisant à l’ allègement des pièces, notamment des pièces en composite, dans lesquelles il est intégré.
L’invention concerne également une résine époxyde allégée à base de diglycidyléther du bisphénol F et/ou de diglycidyléther du bisphénol A obtenue par une étape d’incorporation (A) d’un procédé selon l’invention.
La masse volumique de cette résine époxyde allégée, pouvant également être dénommée mousse ou résine-mousse, est comprise entre 150 kg/m3 et 250 kg/m3, spécifiquement égale à 205 kg/m3.
La résine époxyde allégée obtenue par le procédé de l’invention présente une résistance à la compression comprise entre 1 et 25 MPa, notamment comprise entre 1 et 10 MPa, plus particulièrement comprise entre 2 MPa et 8 MPa, spécifiquement supérieure ou égale à 2 MPa, en particulier égale à 7, 1 MPa, déterminée selon ASTM D6641.
L’invention concerne également l’utilisation d’un procédé selon l’invention et/ou d’une résine époxyde allégée obtenu par le procédé de l’invention.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de production de pièces ou de structures creuses mettant en œuvre une étape de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée par un procédé selon l’invention et/ou une résine époxyde allégée obtenu par le procédé de l’invention. L’invention concerne, en outre, une pièce creuse en résine époxyde renforcée notamment par des fibres de carbone, comprenant un noyau en résine époxyde allégée obtenu par un procédé selon l’invention.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux dessins annexés présentés à titre d’ exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, dans lesquels :
[Fig. 1] représente une image de la surface d’un échantillon préparé par le procédé de l’exemple 1 , à l’ aide d’un appareil photographique.
Description détaillée de l'invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, c’est-à-dire dont la masse volumique a été diminuée, notamment ayant une masse volumique comprise entre 150 kg/m3 et 250 kg/m3, comportant au moins les étapes suivantes : une étape d’ incorporation A), au cours de laquelle du bicarbonate de sodium, est incorporé à une résine époxyde, notamment une résine époxyde à base de diglycidyléther du bisphénol F (DGEBF), et/ou diglycidyléther du bisphénol A (DGEBA), en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; et une étape d’introduction B), au cours de laquelle la résine modifiée de l’étape d’incorporation A) est introduite dans un moule fermé, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C.
L’ invention s ’ applique également lorsque le bicarbonate incorporé à la résine lors de l’étape d’ incorporation A) est du bicarbonate de potassium, lithium, du bicarbonate de calcium et du bicarbonate de d’ ammonium. A cet effet, une attention particulière sera portée à ce qu’une température de dégradation du produit soit compatible de la résine et du cycle de transformation. De plus, tous types de résines époxydes peuvent être employées. De façon analogue, une attention particulière sera portée à ce qu’un produit de décomposition différent et adapté soit employé pour chaque cycle de transformation.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la résine époxyde utilisée dans la fabrication du noyau est à base de diglycidyléther du bisphénol F (DGEBF), notamment la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay.
L’un des avantage du procédé de l’ invention est que le matériau du noyau est compatible avec des pièces ou des structures creuses en composite comprenant un tel noyau. En particulier, les pièces ou les structures creuses en composite sont en résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay.
Lors l’étape d’incorporation A), le bicarbonate, notamment le bicarbonate de sodium, est incorporé à la résine époxyde, avantageusement avec un mélangeur mécanique rotatif à pale, connu de l’homme du métier.
Le bicarbonate est donc incorporé à la résine époxyde à une température comprise entre 60°C et 100°C, en particulier à une température comprise entre 70°C et 90°C.
Le bicarbonate va se dégrader pendant le cycle de cuisson, en particulier à une température comprise entre 160°C et 180°C, notamment en dégageant un gaz CO2 permettant de générer une expansion de la résine époxyde.
L’incorporation du bicarbonate à la résine époxyde dans l’étape d’incorporation A) peut se faire à pression ambiante ou atmosphérique. Alternativement, L’ incorporation du bicarbonate à la résine époxyde dans l’étape d’ incorporation A) peut se faire sous une pression réduite, par exemple entre -700mbar et -950mbar.
Le taux d’incorporation du bicarbonate dans la résine époxyde dépend du taux d’ expansion recherché pour la résine époxyde. Ainsi, le taux d’incorporation du bicarbonate, spécifiquement du bicarbonate de sodium peut varier de 1 % à 20%, préférentiellement de 2,5% à 10% en masse, par rapport à la masse de la résine.
La résine époxyde ainsi modifiée à l’issue de l’étape d’incorporation A) est ensuite utilisée à l’ étape d’introduction B) pour être introduite dans un moule fermé, notamment à une température comprise entre 60°C et 100°C, en particulier entre 70°C et 90°C.
A l’ étape d’introduction B), le noyau en résine époxyde modifiée peut être fabriqué en moule fermé par injection basse pression, par exemple à une pression inférieure à 0,7 MPa, ou tout simplement par introduction d’une quantité de résine époxyde modifiée par coulée avant fermeture du moule. Un procédé de moulage par compression ou par compression- transfert peut également être mis en œuvre.
Selon un aspect particulier de réalisation du procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée selon l’invention, la durée de l’étape d’introduction B) peut être de 2 heures. Par ailleurs, un autre aspect particulier de réalisation du procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée selon l’invention, la température de l’étape d’introduction B) peut être de 180°C.
De préférence, l’étape d’ introduction B) du procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée selon l’invention est réalisée sans appliquer de pression extérieure supérieure à la pression de solubilité des gaz. En particulier, l’étape d’introduction B) du procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée selon l’ invention est réalisée dans un moule étanche sans appliquer de pression.
Le procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée de l’invention permet de fabriquer un noyau dont le matériau est similaire voire identique au matériau de la pièce ou de la structure creuse en composite, éventuellement renforcé. De ce fait, l’interface entre le noyau et la pièce ou de la structure creuse sera, de fait, plus résistante que si les matériaux n’ étaient pas similaires ou identiques. Par conséquent, le noyau pourra participer à la tenue mécanique de la pièce ou de la structure creuse. L’introduction de bicarbonate dans la résine époxyde conduit à l’ obtention d’une mousse « allégée », c’est-à-dire dont la masse volumique est comprise entre 150 kg/m3 et 250 kg/m3, pouvant servir à la production de noyau pour des pièces ou des structures creuses en composite.
L’ allègement du noyau conduit à l’ allègement des pièces ou des structures en composite le comprenant.
L’utilisation du même matériau pour le noyau et la pièce ou de la structure en composite renforcé, à savoir, la résine époxyde telle que définie ci-avant, permet une amélioration de la liaison entre le noyau et la pièce ou de la structure. La réaction de réticulation du matériau du noyau peut éventuellement être arrêtée et être terminée lors de la cuisson finale de la pièce ou de la structure en composite.
A cette étape, le noyau possède les dimensions du moule car le gaz dégagé implique une pression interne. Dans le cas d’une sous- polymérisation, c’est-à-dire une polymérisation incomplète dans laquelle la résine n’ a pas intégralement réagi, le retrait peut être partiellement compensé par le dimensionnement du moule.
L’invention concerne également une résine époxyde allégée notamment à base de
- diglycidyléther du bisphénol F (DGEBF) et/ou
- diglycidyléther du bisphénol A (DGEBA), obtenue par le procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée de l’invention. Plus particulièrement, la résine à base de diglycidyléther du bisphénol F et/ou de diglycidyléther du bisphénol A est obtenue par une étape d’incorporation (A) du procédé de l’invention. La résine époxyde allégée, susceptible d’être également dénommée par le terme « résine-mousse », obtenue par le procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée de l’invention présente une masse volumique inférieure comprise entre 150 kg/m3 et 250 kg/m3. La masse volumique de la résine allégée peut être, par exemple, de 205 kg/m3.
La résine époxyde allégée obtenu par le procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée de l’ invention, présente une résistance à la compression comprise entre 1 MPa et 25 MPa, notamment comprise entre 1 MPa et 10 MPa, plus particulièrement comprise entre 2 MPa et 8 MPa. La résistance à la compression de la résine allégée peut être, par exemple, supérieure ou égale à 2 MPa, en particulier égale à 7, 1 MPa. La résistance à la compression peut être déterminée par essai sur machine de compression, selon ASTM D6641.
Dans un mode particulier de l’invention, la résine époxyde allégée obtenue par le procédé de l’invention présente une masse volumique de 205 kg/m3 et une résistance à la compression est de 7, 1 MPa.
L’invention concerne également
- l’utilisation d’un procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée selon l’invention, ou
- l’utilisation d’une résine époxyde allégée obtenu par le procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée de l’invention, pour la production de noyau pour pièces creuses, et/ou
- une pièce creuse en résine époxyde renforcée notamment par des fibres de carbone, comprenant un noyau en résine époxyde allégée obtenu par un procédé selon l’invention.
De telles pièces creuses trouvent des applications particulièrement intéressantes dans les industries aéronautique, aérospatiale et automobile, dans les technologies médicales et éoliennes, et dans constructions de wagons ou de navires, et dans la production d’ articles de sport.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de production de panneaux dans les avions, de pales d'hélicoptère, d’ aubes directrices de sortie, désignées également par l’ acronyme OGV pour « Outlet Guided Vane » en anglais, d’ aubes de soufflante à très haut taux de dilution, désignées également par l’ acronyme UHBR pour «Ultra High Bypass Ratio » en anglais et/ou d’ aubes de soufflante à calage variable, désignées également par l’ acronyme VPF pour «Variable Pitch Fan en anglais mettant en œuvre une étape de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée par un procédé selon l’invention ou une résine époxyde allégée obtenu par le procédé de l’invention. Ces pièces creuses peuvent être par exemple, des panneaux dans les avions, des pales d'hélicoptère, des aubes directrices de sortie, des aubes de soufflante à très haut taux de dilution, des aubes de soufflante à calage variable, des coques de bateaux ou de de skis.
EXEMPLES
Exemple 1 : Procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée selon l’invention
Pour réaliser le noyau en résine époxyde allégée, nous incorporons 2,5 g de bicarbonate de sodium dans 100 g de résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay.
L’incorporation du bicarbonate de sodium s’ effectue à la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay chauffée à 70°C avec un mélangeur mécanique à pale.
Le taux d’incorporation du bicarbonate de sodium dans la résine à l’issue de cette étape d’incorporation est de 2,5% en masse, par rapport à la masse de la résine.
La résine ainsi modifiée est ensuite utilisée pour fabriquer le noyau avec la même gamme de température que pour la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay.
La résine ainsi modifiée est alors introduite dans un moule fermé par injection basse pression, notamment inférieur à 2 MPa.
La masse volumique de la résine ainsi modifiée à l’issue de ce procédé de fabrication est de 170 kg/m3. Elle est déterminée par double pesée.
Elle présente également une résistance à la compression de 2 MPa, déterminée selon ASTM D6641.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, notamment ayant une masse volumique comprise entre 150 kg/m3 et 250 kg/m3, comportant au moins : une étape d’incorporation (A), au cours de laquelle du bicarbonate, notamment du bicarbonate de sodium, est incorporé à une résine époxyde, notamment une résine époxyde à base de
■ diglycidyléther du bisphénol F, et/ou
■ diglycidyléther du bisphénol A, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; une étape d’ introduction (B), au cours de laquelle la résine modifiée de l’étape d’ incorporation (A) est introduite dans un moule fermé, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; et une étape de cuisson, au cours de laquelle la résine modifiée introduite dans un moule fermé est cuite à une température de polymérisation de la résine.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le taux d’incorporation de bicarbonate, notamment de bicarbonate de sodium, dans la résine est de 1 % à 20% en masse, par rapport à la masse de la résine.
3. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce la résine époxyde est à base de diglycidyléther du bisphénol F.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’introduction de la résine modifiée dans un moule fermé à l’étape d’introduction (B) s’effectue par injection basse pression, notamment à une pression inférieure à 0,7 MPa, ou par coulée avant fermeture du moule.
5. Résine époxyde allégée à base de diglycidyléther du bisphénol F et/ou de diglycidyléther du bisphénol A obtenue par une étape d’incorporation (A) d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, ayant une masse volumique comprise entre 150 kg/m3 et 250 kg/m3.
6. Résine époxyde allégée selon la revendication 5, caractérisée en ce que la résine époxyde allégée a une masse volumique égale à 205 kg/m3.
7. Résine époxyde allégée selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la résine époxyde allégée présente une résistance à la compression comprise entre 1 MPa et 25 MPa, notamment comprise entre 1 MPa et 10 MPa, plus particulièrement comprise entre 2 MPa et 8 MPa, spécifiquement supérieure ou égale à 2 MPa, en particulier égale à 7, 1 MPa, déterminée selon ASTM D6641.
8. Utilisation d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 et/ou d’une résine époxyde allégée selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, pour la production de noyau pour pièces ou de structures creuses.
9. Procédé de production de pièces ou de structures creuses mettant en œuvre une étape de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 et/ou une résine époxyde allégée selon l’une quelconque des revendications 5 à 7.
10. Pièce creuse en résine époxyde renforcée, notamment par des fibres de carbone, comprenant un noyau en résine époxyde allégée selon l’une quelconque des revendications 5 à 7.
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