EP4724262A1

EP4724262A1 - Procédé d'infusion d'une préforme fibreuse

Info

Publication number: EP4724262A1
Application number: EP24735667.8A
Authority: EP
Inventors: Alexandre HAUTEFEUILLE; Gregory FOULON; Rémi BESSETTES
Original assignee: ArianeGroup SAS
Current assignee: ArianeGroup SAS
Priority date: 2023-06-07
Filing date: 2024-06-05
Publication date: 2026-04-15
Also published as: FR3149537A1; WO2024252093A1; KR20260012300A

Abstract

L'invention concerne un procédé d'infusion d'une préforme fibreuse par une résine de polycondensation comprenant au moins : A) une alimentation d'un contenant intermédiaire (13) avec une résine à une pression supérieure à la pression atmosphérique, l'alimentation comprenant au moins : A1) un transfert de la résine (20) depuis le contenant initial (11) jusqu'à un réchauffeur (12); A2) un chauffage de la résine par le réchauffeur; et A3) un transfert de la résine chauffée (22) vers le contenant intermédiaire (13); B) une infusion de la préforme fibreuse (14) par la résine de polycondensation ainsi transférée réalisée par aspiration depuis le contenant intermédiaire lequel est maintenu à une température d'infusion supérieure ou égale à la température d'injection; l'alimentation du contenant intermédiaire étant réalisée à une pression supérieure ou égale à 1,5 bar absolu et l'infusion étant réalisée à une pression inférieure ou égale à 0,1 bar absolu.

Description

Titre de l'invention : Procédé d'infusion d'une préforme fibreuse

Domaine Technique

[0001] Le présent exposé concerne un procédé d'imprégnation d'architectures fibreuses par une résine phénolique pour la fabrication de pièces en matériau composite.

Technique antérieure

[0002] Les matériaux composites connaissent un essor industriel important.

[0003] Ces matériaux sont caractérisés par une texture fibreuse, dite aussi préforme fibreuse, dont la porosité est remplie par une résine, la résine formant après cuisson une matrice.

[0004] Leurs propriétés dépendent non seulement de la nature des fibres de la texture fibreuse mais aussi de la nature des liaisons entre les fibres ou encore de la nature de la matrice.

[0005] Les différents choix possibles offrent ainsi un éventail de très nombreuses possibilités, ce qui permet d'obtenir des matériaux ayant des propriétés spécialement définies pour des applications particulières.

[0006] En particulier, pour une application aéronautique ou aérospatiale, ces matériaux sont souvent considérés comme des alternatives avantageuses aux composants métalliques, car ils sont plus légers que ces derniers tout en offrant des propriétés mécaniques au moins identiques sinon meilleures.

[0007] Toutefois, l'imprégnation de la porosité de la texture fibreuse présente parfois une difficulté industrielle. En effet, les propriétés des matériaux composites dépendent de la préforme fibreuse mais également de la matrice qu'elle comprend et c'est pourquoi il est indispensable que la porosité interne de la préforme fibreuse soit remplie de matrice et que ce remplissage soit homogène dans l'ensemble de la préforme fibreuse.

[0008] Une zone de la préforme qui ne serait pas imprégnée par de la matrice n'aurait pas les mêmes propriétés mécaniques ou thermiques que le reste de la pièce en matériau composite, ce qui n'est pas souhaitable.

[0009] De nombreux modes d'imprégnation des préformes fibreuses ont été développés, chacun adapté à des matrices ou des préformes particulières. [0010] Toutefois, aucune des méthodes de l'art antérieur ne semble convenir pour l'obtention de pièces infusées de forte épaisseur, avec une matrice en résine de polycondensation, à porosité maîtrisée.

[0011] Les résines de polycondensation présentent une viscosité très importante à température ambiante. Bien qu'il soit connu de réchauffer de telles résines pour en diminuer la viscosité, ce processus n'est pas utilisé industriellement car il engendre d'une part le déclenchement prématuré de la polymérisation de la résine et d'autre part la volatilisation des solvants contenus dans la résine. Ce dernier point est aussi déclenché lorsque la résine est placée sous pression réduite. Outre le fait qu'une température non maitrisée peut conduire à un emballement exothermique dont le risque doit impérativement être maîtrisé, la volatilisation des solvants contenus dans la résine peut quant à elle conduire à de fortes variations de porosité dans la pièce finale, issues de variations des propriétés chemo- rhéologiques de la résine infusée.

[0012] Ces effets rendent complexes l'utilisation de résines polyphénoliques et il demeure un besoin pour de nouveaux procédés de fabrication qui seraient adaptés aux contraintes exposées ci-dessus pour permettre leur utilisation dans la fabrication d'une pièce en matériau composite.

Exposé de l'invention

[0013] La présente invention vise précisément à répondre aux problèmes exposés plus haut.

[0014] Pour cela elle concerne un procédé d'infusion d'une préforme fibreuse par une résine de polycondensation comprenant au moins :

A) une alimentation d'un contenant intermédiaire avec ladite résine de polycondensation durant laquelle ladite résine est injectée à une pression supérieure à la pression atmosphérique dans le contenant intermédiaire depuis un contenant initial, l'alimentation comprenant au moins :

Al) un transfert de la résine depuis le contenant initial où la résine est stockée à une température de stockage jusqu'à un réchauffeur ;

A2) un chauffage de la résine par le réchauffeur jusqu'à une température d'injection, supérieure à la température de stockage ; et

A3) un transfert de la résine ainsi chauffée depuis le réchauffeur vers le contenant intermédiaire à une pression supérieure à la pression atmosphérique ;

B) une infusion de la préforme fibreuse par la résine de polycondensation ainsi transférée réalisée par aspiration depuis le contenant intermédiaire lequel est maintenu à une température d'infusion supérieure ou égale à la température d'injection ; l'alimentation A) du contenant intermédiaire étant réalisée en imposant à la résine une pression supérieure ou égale à 1,5 bar absolu et l'infusion B) de la préforme fibreuse étant réalisée en imposant à la résine une pression inférieure ou égale à 0,1 bar absolu.

[0015] D'une part, un tel procédé assure que le début de la polymérisation de la résine ne peut pas avoir lieu avant l'infusion de cette dernière dans la préforme.

[0016] En effet, la polymérisation de la résine ne commence que lorsque la température est suffisamment élevée et n'est pas observée à température ambiante.

[0017] La pression appliquée pour l'alimentation A) assure que la composition de la résine reste identique, et notamment que les espèces volatiles dont le solvant ne s'en échappe pas pendant cette étape, ce qui pourrait être observé par application d'une pression réduite.

[0018] La polymérisation peut commencer au plus tôt lors de l'arrivée de la résine dans le contenant intermédiaire car la température ambiante appartient à la plage de températures réactionnelles de la résine.

[0019] Dans un mode de réalisation, l'étape A) peut être réalisée à une pression comprise entre 1,5 bars absolus et 5,0 bars absolus voir entre 1,5 bars absolus et 3,0 bars absolus.

[0020] Le « bar absolu » est entendu au sens qu'il a habituellement dans le domaine, à savoir qu'il définit une pression par rapport au vide dont la pression est prise pour référence et arbitrairement posée comme égale à 0 bar absolu. D'autre part, ce procédé permet d'assurer au travers de la maîtrise du couple temps/température que la résine parvient au contenant intermédiaire à une température compatible de son injection, c'est-à-dire une température à laquelle elle est suffisamment peu visqueuse.

[0021] Ainsi, il est du mérite des inventeurs d'être parvenu à proposer un procédé dans lequel une résine de polycondensation est amenée à une température satisfaisante pour son injection, sans que celle-ci ne commence à polymériser ni à évacuer ses volatils.

[0022] En outre, le procédé permet d'amener une grande quantité de résine phénolique à la température d'infusion sans risque d'évolution chimique prématurée, car elle y est apportée puis prélevée à débits maîtrisés pour être infusée dans la préforme fibreuse.

[0023] L'infusion B) de la résine dans la préforme maintenue à une pression réduite présente encore deux avantages.

[0024] Cette pression réduite facilite l'élimination des solvants et autres espèces volatiles avec lesquelles la résine peut être formulée, ce qui favorise la polymérisation de la résine. [0025] En outre, la pression réduite favorise l'élimination de l'eau qui est un co-produit de la polycondensation de la résine, ce qui déplace l'équilibre thermodynamique de la réaction en faveur de la polycondensation. Cela assure donc une excellente avancée de la polycondensation. Seule l'eau liée au réseau tridimensionnel réticulé restera dans la matrice. L'eau libre est ainsi extraite.

[0026] Dans un mode de réalisation, la viscosité de la résine à la température de stockage est supérieure ou égale à 500 mPa.s voire supérieure ou égale à 800 mPa.s.

[0027] Dans un mode de réalisation, la viscosité de la résine est supérieure ou égale à 500 mPa.s voire supérieure ou égale à 800 mPa.s dans le contenant initial.

[0028] Cette valeur de viscosité est en effet suffisante pour permettre l'acheminement de la résine depuis le contenant initial jusqu'au réchauffeur par surpression, tout en maintenant la température de la résine la plus basse possible.

[0029] Dans un mode de réalisation, la température de la résine dans le contenant initial est inférieure ou égale à 40°C, voire à température ambiante.

[0030] Dans un mode de réalisation, le contenant initial peut être à température ambiante ce qui permet un procédé encore simplifié car il ne nécessite aucun système de conditionnement particulier.

[0031] La température du contenant initial est alors suffisante pour permettre une viscosité suffisante pour l'injection de la résine dans le réchauffeur, mais reste insuffisante pour amorcer sa polymérisation.

[0032] Dans un mode de réalisation, la quantité de résine contenue dans le contenant initial peut correspondre à l'intégralité de la résine nécessaire pour le remplissage de la porosité interstitielle de l'architecture fibreuse.

[0033] Par exemple, la quantité de résine contenue dans le contenant initial peut être supérieure ou égale à 50 kg, voire supérieure ou égale à 60 kg.

[0034] De préférence, la résine présente dans le contenant initial est maintenue sous agitation constante. Cela permet une excellente homogénéité de la résine malgré la quantité éventuellement importante de résine contenue dans le contenant initial.

[0035] Dans un mode de réalisation, la viscosité de la résine à la température d'infusion est inférieure ou égale à 200 mPa.s, voire 150 mPa.s.

[0036] Dans un mode de réalisation, la viscosité de la résine dans le contenant intermédiaire est inférieure ou égale à 200 mPa.s, voire 150 mPa.s [0037] Cette viscosité réduite par la montée de la température permet alors une excellente infusion de la préforme.

[0038] La viscosité au sens de la demande s'entend comme la viscosité dynamique et se mesure en mPa.s. Elle caractérise la résistance à l'écoulement d'un fluide et peut être définie comme le rapport de la contrainte de cisaillement par le gradient de vitesse perpendiculairement au plan de cisaillement.

[0039] Par exemple, elle peut être mesurée par un viscosimètre de la marque Brookfield selon la norme NE EN ISO 2555.

[0040] Dans un mode de réalisation, la température d'infusion est supérieure ou égale à 70°C, par exemple comprise entre 75°C et 90°C, voire comprise entre 75°C et 85°C.

[0041] Cette température permet d'assurer une diminution suffisante de la viscosité de la résine d'une part, et une bonne évacuation du solvant d'autre part, ce qui permet la polymérisation.

[0042] Dans un mode de réalisation, la température de stockage est comprise entre 20°C et 45°C, la température d'injection est comprise entre 65°C et 90°C, et la température d'infusion est comprise entre 75°C et 90°C.

[0043] Ces valeurs pour les températures du procédé sont optimales pour assurer l'injection de la résine dans le contenant intermédiaire, sans en démarrer la polymérisation et assurant en même temps une infusion facilitée.

[0044] L'alimentation A) permet comme indiqué l'alimentation d'un contenant intermédiaire avec la résine de polycondensation, et permet de disposer d'une résine de polycondensation en température compatible d'infusion, mais dont la polymérisation n'a pas commencé.

[0045] L'infusion B) permet alors d'infuser la résine de polycondensation dans la préforme.

[0046] Dans un mode de réalisation, au cours de l'infusion B) le débit d'alimentation du contenant intermédiaire par la résine provenant du réchauffeur est compris entre 90% et 110% du débit de prélèvement de la résine pour l'infusion de la préforme fibreuse.

[0047] En choisissant de tels débits équilibrés entre l'alimentation du contenant intermédiaire et l'infusion de la préforme, on assure que le contenant intermédiaire ne soit ni trop plein, ce qui pourrait occasionner un trop long temps de séjour de la résine dans le contenant intermédiaire, ni trop vide, ce qui pourrait occasionner une infusion de bulles d'air non souhaitées dans la préforme. [0048] Dans un mode de réalisation, le débit d'alimentation du contenant intermédiaire par la résine provenant du réchauffeur est égal au débit de prélèvement pour l'infusion de la préforme fibreuse.

[0049] Par exemple, le contenant intermédiaire peut contenir une quantité de résine inférieure ou égale à 5 kg, voire inférieure ou égale à 4 kg, mieux inférieure ou égale à 3 kg.

[0050] Dans un mode de réalisation, le débit d'alimentation du contenant intermédiaire peut comprendre un premier régime transitoire de remplissage, avant le début de l'infusion B).

[0051] L'utilisation du contenant intermédiaire assure tout au long du procédé que seule une faible quantité de résine est en situation de polymériser.

[0052] En effet, comme décrit plus haut, la résine ne peut pas commencer à polymériser tant qu'elle n'est pas parvenue au contenant intermédiaire.

[0053] En outre, puisqu'elle est prélevée du contenant intermédiaire pour être infusée dans la préforme fibreuse, elle ne réside finalement qu'un court moment dans le contenant intermédiaire, et la polymérisation de la résine n'y est donc avancée que très faiblement.

[0054] En d'autres termes, la résine n'a pas le temps de polymériser dans le conteneur intermédiaire, et y est prélevée pour être infusée dans la préforme, ou elle finira sa polymérisation.

[0055] Dans un mode de réalisation, l'infusion de résine B) dans la préforme peut être réalisée en différents points de la préforme fibreuse.

[0056] Un tel mode de réalisation permet d'assurer une excellente homogénéité du rythme d'infusion de la résine dans la préforme contrairement à un procédé où l'infusion serait réalisée en un point unique.

[0057] En effet, l'infusion de la préforme occasionne un encombrement, souhaité, de la préforme fibreuse par la résine. Si la préforme est infusée par la résine en un seul point, le rythme d'infusion diminue avec le remplissage de la préforme.

[0058] A l'inverse, si l'infusion a lieu en plusieurs points de la préforme la résine ne doit parcourir qu'une plus faible distance dans la préforme depuis le point d'infusion, ce qui assure une meilleure homogénéité de l'infusion.

[0059] Dans un mode de réalisation, la résine est infusée en plusieurs points de la préforme mais l'alimentation n'a lieu à un instant donné qu'en un point unique. [0060] En d'autres termes, la résine est d'abord infusée par un premier point d'alimentation, puis cette alimentation est coupée lorsque l'alimentation d'un deuxième point d'alimentation est ouverte, et ainsi de suite jusqu'au dernier point d'alimentation.

[0061] Ce mode de réalisation permet d'assurer en plus d'une excellente homogénéité de l'infusion, un excellent contrôle de l'avancée de l'infusion de la préforme fibreuse.

[0062] Dans un mode de réalisation, la résine est choisie parmi les résines polyfura niques ou polyphénoliques et de préférence polyphénoliques.

[0063] Par exemple de telles résines peuvent être les produits commerciaux RS101 ou RA 101 de la société Solvay ou Furolite de la société TFC.

[0064] Ces résines sont en effet celles pour lesquelles il est difficile d'assurer une infusion, car elles présentent une trop forte viscosité à basse température et polymérisent lorsqu'elles sont chauffées. Dès lors, les procédés de l'art antérieur ne sont pas suffisants pour permettre l'imprégnation d'une préforme par des méthodes connues, au contraire du procédé d'infusion décrit plus haut.

[0065] Dans un mode de réalisation, la résine est formulée avec au moins 20 % en masse d'espèces distinctes de la résine, voire avec au moins 30 % en masse d'espèces distinctes de la résine.

[0066] L'expression « formulée avec » entend caractériser le fait que le contenant de stockage peut comprendre en plus de la résine des composés dits volatils, par exemple un solvant et/ou d'autres additifs particuliers distincts de la résine.

[0067] Dans un mode de réalisation, la résine est formulée avec au moins 20 % de composés volatils, voire avec au moins 30 % de composés volatils.

[0068] De tels composés volatils peuvent par exemple être utilisés pour diminuer la viscosité de la résine et/ou bloquer chimiquement sa polymérisation pendant son stockage.

[0069] Le procédé est d'autant plus avantageux qu'il permet de conserver ces composés volatils jusqu'au contenant intermédiaire, du fait de la pression importante régnant dans le contenant initial et dans le réchauffeur.

[0070] On assure ainsi une bonne conservation des composés volatils dans la résine, à la différence des procédés de l'art antérieur, et l'on peut ainsi parvenir à bloquer l'avancement de la polymérisation jusqu'à l'arrivée de la résine dans le contenant intermédiaire.

[0071] Dans un mode de réalisation, le contenant intermédiaire et la préforme fibreuse sont placés dans une même étuve. [0072] Dans un mode de réalisation, la préforme fibreuse peut en outre comprendre un habillage d'infusion et en pareil cas, le contenant intermédiaire, la préforme fibreuse et son habillage d'infusion peuvent être placés dans une même étuve.

[0073] Ce mode de réalisation assure que la résine soit maintenue à la température d'infusion après son passage dans le réchauffeur et son arrivée dans le contenant intermédiaire. En outre, cela assure que la résine ne puisse pas refroidir entre le contenant intermédiaire et l'injection dans la préforme.

[0074] Dans un mode de réalisation, la préforme comprend des fibres de carbone, voire est constituée de fibres de carbone.

[0075] Par exemple, la préforme peut avoir la forme d'un élément de rentrée dans l'atmosphère pour machine aérospatiale.

[0076] Un tel élément de rentrée dans l'atmosphère peut avoir une première surface sphérique et une seconde surface sphérique opposée à la première surface sphérique.

[0077] Par exemple, l'élément est conique avec des extrémités et un sommet arrondis.

[0078] Dans un mode de réalisation, dans le contenant intermédiaire, la résine est chauffée à une température comprise entre 75°C et 90°C, voire entre 75°C et 85 °C. A une telle température, la résine peut commencer sa polymérisation.

[0079] Dans un mode de réalisation, la plus petite dimension de l'espace occupé par la résine dans le contenant intermédiaire est inférieure ou égale à 10 cm, voire inférieure ou égale à 5 cm.

[0080] La polymérisation de la résine étant exothermique, il peut être observé un emballement exothermique si la résine n'est pas dans des conditions qui lui permettent d'évacuer la chaleur produite par sa polymérisation.

[0081] Les inventeurs ont constaté que, dans un mode de réalisation où le volume occupé par la résine dans le récipient intermédiaire comprend deux dimensions très supérieures à la troisième, limiter l'espace occupé par la résine dans ladite troisième dimension suffisait pour prévenir l'emballement exothermique de la polymérisation. Plus précisément, les inventeurs ont constaté que c'est la plus petite dimension du volume occupé par la résine qui contrôle au premier ordre la capacité d'un volume donné de résine à échanger thermiquement avec le contenant.

[0082] Une dimension sera dite « très supérieure » à une autre si elle lui est 3 fois, voire 5 fois supérieure. [0083] Ce mode de réalisation assure qu'il est possible pour la résine présente dans le contenant intermédiaire d'échanger une quantité de chaleur maîtrisée avec l'extérieur du contenant intermédiaire.

[0084] Cet échange de chaleur permet avantageusement de prévenir un emballement exothermique de la réaction.

[0085] En effet, la chaleur générée par la polymérisation est soit dissipée via des échanges thermiques avec l'extérieur soit elle contribue à élever la température de la résine. Or, lorsque la température de la résine augmente, la résine polymérise ce qui libère à nouveau de l'énergie contribuant ainsi à l'emballement exothermique.

[0086] L'emballement thermodynamique peut conduire dans le pire des cas à la dégradation des appareils utilisés pour le procédé ou à une dégradation de la préforme ce qui rendrait la pièce entière impropre à l'utilisation souhaitée.

[0087] Ainsi, il est avantageux, pour ne pas risquer l'emballement thermodynamique de disposer d'un contenant intermédiaire permettant une quantité suffisante d'échanges thermiques lorsque la résine est portée à la température d'infusion.

[0088] Il est du mérite des inventeurs d'être parvenu à comprendre et modéliser l'évolution de la température dans un volume donné de résine pour pouvoir définir une dimension maximale admissible pour la plus petite dimension du volume occupé par la résine permettant à la température d'infusion de contrôler l'emballement exothermique de la résine.

[0089] La cinétique réactionnelle, la capacité calorifique thermique, ainsi que l'enthalpie de polymérisation sont déterminées par essais de calorimétrie différentielle. Le comportement cinétique de la résine est alors modélisé par un modèle cinétique autocatalytique puis le comportement de la résine en polymérisation est simulé puis validé expérimentalement en confrontant la loi de Fournier établie en 1D/2D et un essai expérimental de chauffe/polymérisation instrumenté par themocouple dans une enceinte thermique. Les propriétés thermo-chemo-rhéologiques de la résine sont quant à elles traduites par un modèle matériau non-dimensionnel.

[0090] Ces derniers sont ainsi parvenus à établir une loi définissant la dimension maximale admissible pour la plus petite dimension de l'espace occupé par la résine dans le contenant intermédiaire permettant de minimiser le risque d'emballement exothermique pour un volume de résine donné à une température donnée et connaissant le temps de résidence de la résine dans ledit volume. [0091] C'est le résultat de cette compréhension par les inventeurs du comportement thermique et cinétique de la réaction de polymérisation qui est traduit par « la plus petite dimension de l'espace occupé par la résine dans le contenant intermédiaire ».

[0092] Ce mode de réalisation permet de limiter le risque d'emballement exothermique de la résine une fois celle-ci infusée dans la préforme fibreuse, et assure que la polymérisation de la résine puisse avoir lieu sans risque d'emballement.

[0093] En effet, ainsi qu'il a été décrit pour le contenant intermédiaire, c'est la plus petite dimension de l'espace occupé par la préforme qui détermine si la résine risque un emballement exothermique ou non.

[0094] Dans un mode de réalisation, l'épaisseur de la préforme fibreuse est inférieure ou égale à 100 mm, voire inférieure ou égale à 60 mm.

[0095] Dans un mode de réalisation, l'épaisseur de la préforme fibreuse est supérieure ou égale à 10 mm, voire supérieure ou égale à 65 mm, voire supérieure ou égale à 80 mm.

[0096] L'épaisseur de la préforme s'entend au sens habituel de ce terme comme la plus petite dimension de la préforme et l'épaisseur proposée plus haut assure que la réaction de polymérisation ne s'emballe pas.

[0097] Le procédé d'infusion décrit plus haut est encore plus avantageux pour les préformes d'une telle épaisseur, car ces dernières nécessitent pour une forme identique une plus grande quantité de résine pour l'imprégnation.

[0098] Dans des préformes d'une telle épaisseur, une quantité de résine plus importante est introduite et l'infusion de résine dans de telles préformes par des procédés de l'art antérieur n'est pas possible car il y a des risques que la résine s'emballe thermiquement ainsi qu'il a été décrit plus haut.

[0099] Au contraire, le procédé décrit plus haut permet l'infusion de telles préformes car l'infusion de la préforme est beaucoup mieux contrôlée et seule une partie de la résine est en situation de pouvoir polymériser à un moment donné du procédé.

[0100] En effet, l'utilisation du contenant intermédiaire assure, en plus des avantages déjà décrits, que seule une faible quantité de résine est en situation de polymériser à un instant donné du procédé.

[0101] En outre et ainsi que cela a été décrit ci-dessus, dans un mode de réalisation, la température d'infusion est supérieure ou égale à 70°C, par exemple comprise entre 75°C et 85°C. [0102] Cette température permet, conjointement avec la limitation de la quantité de résine portée à la température d'infusion, de limiter le risque d'emballement exothermique tout en ayant une résine rhéostable sur la durée d'infusion.

[0103] En outre, l'on peut moduler facilement le débit d'alimentation du contenant intermédiaire d'une part et le débit d'infusion de la préforme d'autre part de sorte à infuser de faibles volumes de résine sans risque d'emballement exothermique.

[0104] Dans un mode de réalisation, la préforme fibreuse comprend des fibres de carbone et présente une épaisseur supérieure ou égale à 10 mm.

[0105] Dans un mode de réalisation, l'infusion B) peut comprendre un débit d'infusion variable entre des phases d'infusion et des phases de repos pendant lesquelles aucune infusion n'a lieu.

[0106] Dans un tel mode de réalisation, l'alimentation A) du contenant intermédiaire peut comprendre un débit d'infusion compris entre 90% et 110% de celui de l'infusion B).

[0107] De manière alternative, l'alimentation A) peut comprendre un débit constant, mais inférieur au débit des phases d'infusion de sorte que le contenant intermédiaire se remplisse durant les phases de repos et se vide lors des phases d'infusion. En outre les débits sont ajustés pour assurer que la plus petite dimension de l'espace occupé par la résine dans le contenant intermédiaire soit constamment inférieure à 10 cm dans le contenant intermédiaire.

Brève description des dessins

[0108] [Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif pour la réalisation d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention.

Description des modes de réalisation

[0109] L'invention est à présent décrite au moyen d'une figure, présente à but descriptif pour illustrer certains modes de réalisation de l'invention et qui ne doit pas être interprétée comme limitant l'invention.

[0110] La figure 1 illustre de manière schématique un dispositif qui permet la réalisation d'un procédé tel que décrit plus haut.

[0111] La figure 1 comprend un contenant initial 11 comprenant un volume important de résine 20.

[0112] La résine 20 est ensuite injectée dans un réchauffeur 12 via le canal 21. [0113] La résine est ensuite injectée dans le contenant intermédiaire 13, via le canal 22.

[0114] On notera que le volume de résine 23 dans le contenant intermédiaire 13 est bien moins important que celui 20 dans le contenant initial 11.

[0115] Le réchauffeur 12 représenté est ici un réchauffeur par bain-marie, dans lequel la résine passe dans des spires trempant dans un bain thermostaté, à la température d'injection.

[0116] D'autres géométries de réchauffeur sont envisageables et permettent d'améliorer l'efficacité énergétique du transfert de chaleur.

[0117] Dans un mode de réalisation, le réchauffeur 12 peut être un réchauffeur à contre- courant.

[0118] Dans un tel réchauffeur, la résine entre par un conduit 21 à la température de stockage, i.e. la température du contenant initial 11.

[0119] La résine est, dans le réchauffeur, mise au contact d'un fluide caloporteur à une température plus important que la résine, par exemple disposé autour du conduit dans lequel est acheminée la résine.

[0120] Au contact du fluide caloporteur, la résine se réchauffe et le fluide caloporteur refroidit. La température du fluide caloporteur et la surface d'échange est choisie de sorte que la résine sortant du réchauffeur soit à la température d'injection.

[0121] Comme décrit, la résine 20 dans le contenant initial 11, la résine passant à travers le réchauffeur et celle sortant du réchauffeur 12 est maintenue sous pression.

[0122] La résine sortant du réchauffeur 12 par le canal 22 parvient au contenant intermédiaire 13.

[0123] La résine 23 dans le contenant intermédiaire 13 est à pression atmosphérique et commence alors à polymériser.

[0124] Néanmoins, la résine 23 dans le contenant intermédiaire 13 n'y séjourne pas suffisamment longtemps pour y polymériser complètement.

[0125] En effet, la résine 23 contenue dans le contenant intermédiaire est infusée dans la préforme 14 via les canaux d'alimentation 24.

[0126] Comme représenté, dans un mode de réalisation, l'injection peut avoir lieu à différents endroits de la préforme. [0127] Lors de l'infusion de la résine 23 dans la préforme 14, la porosité de la préforme est maintenue à pression réduite grâce à un dispositif de vide 15.

[0128] Un tel dispositif de vide 15 peut par exemple être une pompe.

[0129] Comme décrit, la résine est infusée dans la préforme à la température d'infusion, supérieure ou égale à la température d'injection de la résine dans le contenant intermédiaire 13.

[0130] Pour cela, et comme c'est le cas sur la figure 1, la préforme fibreuse 14 peut être placée dans une étuve 16.

[0131] Dans le mode de réalisation représenté, le contenant intermédiaire 13 est présent dans la même étuve 16 que la préforme 14. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention si tel n'est pas le cas, pourvu que le contenant intermédiaire 13 soit maintenu à la température d'injection.

[0132] Le procédé de l'invention tel qu'il est représenté permet également d'éviter tout emballement exothermique de la résine.

[0133] En effet, l'emballement thermique ne peut pas avoir lieu dans le contenant initial 11, car la température de stockage est suffisamment faible pour éviter que la résine 20 ne polymérise.

[0134] La pression appliquée à la résine 20 dans le contenant initial aide d'ailleurs à prévenir la polymérisation, puisqu'elle empêche l'élimination des espèces volatiles formulées avec la résine.

[0135] L'emballement thermique ne peut pas non plus avoir lieu dans le contenant intermédiaire 23, car la résine n'y séjourne pas assez ni longtemps, ni n'y est présente en quantité suffisante.

[0136] L'emballement thermique augmente avec le temps de résidence, la température de la résine, et le volume de résine stocké.

[0137] L'emballement thermique est caractérisé par une élévation rapide de la température de la résine, du fait de la polymérisation de celle-ci qui est favorisée par la température et exothermique.

[0138] Du fait du court temps de résidence de la résine 23 dans le contenant intermédiaire 13, cette dernière ne peut pas y polymériser. [0139] Toutefois, pour diminuer encore la probabilité d'un évènement d'emballement thermique, les inventeurs ont étudié en détails le comportement thermique de la résine, en fonction de son volume et du temps de résidence.

[0140] Ils sont ainsi parvenus à écrire une loi générale d'évolution de la température.

[0141] Une telle loi permet de prédire l'évolution de la température, et donc l'apparition d'un emballement thermique, fonction des paramètres donnés.

[0142] Connaissant les conditions opératoires du procédé et en particulier, les débits de résines entrant et sortant du contenant intermédiaire 13, les températures d'injection et d'infusion, ils sont parvenus à définir une borne supérieure de la dimension minimale de l'espace occupé par la résine pour assurer, entre autres avantages du procédé, qu'un volume donné de résine ne puisse pas présenter d'emballement exothermique.

[0143] Une telle loi d'évolution thermique de la résine peut s'écrire selon la formule [Math 1] proposée ci-dessous.

[0144] [Math 1]

[0145] Dans la formule [Math 1] : p est la masse volumique de la résine/du composite (kg.m^-3), Cp est la capacité calorifique massique de la résine/du composite (J. kg^-1. K^-1), À est la conductivité de la résine/du composite (W.m^.K'¹) AH_tot est l'enthalpie totale de polymérisation (J. kg^-1), V_m est la fraction massique du matériau, da/dt est la cinétique réactionnelle de la résine (s’¹).

[0146] La vitesse réactionnelle de la résine da/dt peut s'écrire selon la formule [Math 2].

[0147] [Math 2]

[0148] Dans la formule [Math 2] : A, E, n et m sont des constantes propres à la résine étudiée.

[0149] Le tableau 1 regroupe des ordres de grandeur classiques pour les applications envisagées.

[0150] [Tableau 1]

[0151] Dans l'exemple illustré par la figure 1, la surface externe du contenant, en contact intermédiaire 13 est située dans l'étuve 16. Cette surface externe est donc maintenue à la température de l'étuve 16, i.e. la température d'infusion.

[0152] Ainsi, la température de la résine 23 reste stable car la résine ayant commencé à polymériser est aspirée continuellement vers la préforme. Ce contenant est donc maintenu à la température de l'étuve 16, ce qui préviendra l'emballement thermique de la résine 23, pourvu que la plus petite dimension du volume occupé par la résine, en pratique la hauteur de la résine dans le contenant intermédiaire 13, soit inférieure à 10 cm, auquel cas la résine est en mesure de dissiper le surplus d'énergie.

[0153] La figure représentée n'est pas à l'échelle et n'est présente qu'à des fins d'illustration.

[0154] Dans un mode de réalisation, la hauteur de résine dans le contenant intermédiaire 13 est la plus petite dimension du volume occupé par la résine dans le contenant intermédiaire 13. En d'autres termes, la largeur et la longueur du contenant intermédiaire, ou le cas échéant le diamètre de ce dernier, est très supérieur à la hauteur de résine présente dans le contenant intermédiaire 13.

[0155] Il est du mérite des inventeurs d'être parvenu à caractériser le comportement thermique de la résine puis d'identifier une quantité de résine maximale dans le contenant intermédiaire 13 pour assurer que la résine ne présente pas, dans le contenant intermédiaire de risque d'emballement thermique.

[0156] Le même raisonnement est applicable à la résine entrant dans la porosité interne de la préforme 14.

[0157] En effet, la résine introduite dans la porosité interne de la préforme doit polymériser pour former la pièce souhaitée en matériau composite.

[0158] Ce faisant, elle libère de la chaleur, qui doit être évacuée par la préforme fibreuse 14 de sorte à éviter l'emballement thermique.

[0159] Néanmoins, il faut noter que l'infusion de la résine étant fait successivement, et la résine infusée polymérisant dès son arrivée dans la préforme, la résine introduite au début de l'infusion peut être polymérisée avant que l'infusion toute entière ne soit finie, ce qui limite déjà le risque d'emballement thermique de la réaction de polymérisation.

[0160] Ainsi, et bien que la quantité de résine introduite dans la préforme 14 puisse être égale à la quantité initiale de résine 20 stockée dans le contenant initial 11, la résine introduite dans la préforme ne cause pas d'emballement thermique.

[0161] La figure 1 reprend également un graphe montrant la température T, courbe 101 à lire sur l'axe 100, et la pression P, courbe 201 à lire sur l'axe 200, qui régnent dans les différents éléments du parcours de la résine dans un mode de réalisation.

[0162] La température T et la pression P sont présentées de manière schématique, respectivement par rapport à la température ambiante Tamb et la pression atmosphérique Patm.

[0163] Ainsi que l'on peut le lire sur le graphe et comme il vient d'être décrit, le contenant initial 11 est à température ambiante Tamb, à une pression supérieure à la pression atmosphérique.

[0164] La résine, toujours à une pression supérieure à la pression atmosphérique Patm, est transféré vers le contenant intermédiaire 13.

[0165] Dans le réchauffeur 12, la résine voit sa température augmenter, jusqu'à la température d'injection.

[0166] La résine parvient ensuite dans le contenant intermédiaire où elle demeure à pression atmosphérique avant d'être infusée sous une pression inférieure à la pression atmosphérique Patm, dans la préforme fibreuse 14.

Claims

Revendications

[Revendication 1] Procédé d'infusion d'une préforme fibreuse par une résine de polycondensation comprenant au moins :

A) une alimentation d'un contenant intermédiaire (13) avec ladite résine de polycondensation durant laquelle ladite résine (22) est injectée à une pression supérieure à la pression atmosphérique dans le contenant intermédiaire depuis un contenant initial (11), l'alimentation comprenant au moins :

Al) un transfert de la résine (20) depuis le contenant initial (11) où la résine est stockée à une température de stockage jusqu'à un réchauffeur (12) ;

A3) un transfert de la résine ainsi chauffée (22) depuis le réchauffeur (12) vers le contenant intermédiaire (13) ;

B) une infusion de la préforme fibreuse (14) par la résine de polycondensation ainsi transférée réalisée par aspiration depuis le contenant intermédiaire lequel est maintenu à une température d'infusion supérieure ou égale à la température d'injection ; l'alimentation du contenant intermédiaire étant réalisée en imposant à la résine une pression supérieure ou égale à 1,5 bar absolu et l'infusion de la préforme fibreuse étant réalisée en imposant à la résine une pression inférieure ou égale à 0,1 bar absolu.

[Revendication 2] Procédé d'infusion selon la revendication 1, dans lequel la viscosité de la résine (20) à la température de stockage est supérieure ou égale à 800 mPa.s.

[Revendication 3] Procédé d'infusion selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la viscosité de la résine (23) à la température d'infusion est inférieure ou égale à 200 mPa.s.

[Revendication 4] Procédé d'infusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la température de stockage est comprise entre 20°C et 45°C, la température d'injection est comprise entre 65°C et 90°C, et la température d'infusion est comprise entre 75°C et 90°C.

[Revendication 5] Procédé d'infusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, lors de l'infusion, le débit d'alimentation du contenant intermédiaire (13) par la résine provenant du réchauffeur (12) est compris entre 90% et 110% du débit de prélèvement de la résine (24) pour l'infusion de la préforme fibreuse.

[Revendication 6] Procédé d'infusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le contenant intermédiaire (13) et la préforme fibreuse (14) sont placés dans une même étuve (16) maintenue à la température d'infusion.

[Revendication 7] Procédé d'infusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la résine (20, 23) est choisie parmi les résines polyphénoliques ou polyfuraniques.

[Revendication 8] Procédé d'infusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la résine (20, 23) est formulée avec au moins 20 % de composés volatils.

[Revendication 9] Procédé d'infusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la plus petite dimension de l'espace occupé par la résine dans le contenant intermédiaire (13) est inférieure ou égale à 10 cm.

[Revendication 10] Procédé d'infusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la préforme fibreuse (14) comprend des fibres de carbone et présente une épaisseur supérieure ou égale à 10 mm.