FR2981004A1 - Composite material part, useful for automotive field, comprises structural layer made of composite material comprising fibers maintained by matrix made of thermo-hardening polymeric resin, metal layer, and bonding layer including matrix - Google Patents

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Abstract

The composite material part comprises a structural layer (11) made of composite material comprising fibers maintained by a matrix (15) made of thermo-hardening polymeric resin, a metal layer (19), and a bonding layer (17) that is placed between the metal layer and the structural layer and includes a matrix (18) made of thermoplastic polymeric resin. The thermoplastic resin of the bonding layer has a melting point of 150-250[deg] C. The thermo-hardening resin of the structural layer is enriched in particles of compatible thermoplastic resin with the resin of the matrix of the bonding layer. The composite material part comprises a structural layer (11) made of composite material comprising fibers maintained by a matrix (15) made of thermo-hardening polymeric resin, a metal layer (19), and a bonding layer (17) that is placed between the metal layer and the structural layer and includes a matrix (18) made of thermoplastic polymeric resin. The thermoplastic resin of the bonding layer has a melting point of 150-250[deg] C. The thermo-hardening resin of the structural layer is enriched in particles of compatible thermoplastic resin with the resin of the matrix of the bonding layer. The structural layer comprises two parts separated by an interface extending to the bonding layer in a non-parallel manner. Each one of the two parts includes a different thermo-hardening polymeric matrix. The two parts are covered with the bonding layer and include a thermoplastic polymeric matrix. An independent claim is included for a process for fabricating a composite material part.

Description

Métallisation d'une pièce en matériau composite L'invention se rapporte à des pièces en matériau composite métallisé en surface. L'invention concerne plus particulièrement la protection contre la 5 foudre de pièces composites aéronautiques comportant une matrice en polymère thermodurcissable. L'utilisation des matériaux composites est largement répandue dans de nombreux domaines techniques, tels que la construction automobile ou aéronautique. Ce type de matériau est notamment recherché pour le gain de 10 masse qu'il procure, à propriétés mécaniques équivalentes, par rapport à des matériaux conventionnels tels que les métaux. Les matériaux composites sont particulièrement utilisés pour la fabrication de pièces de structure d'aéronefs. Ces matériaux comportent des fibres, minérales ou organiques, qui sont maintenues par une matrice en 15 résine organique. La résine de la matrice peut avoir des propriétés thermoplastiques, ou encore thermodurcissables. Un matériau thermoplastique se ramollit ou fond lorsqu'il est chauffé au-dessus d'une certaine température, et redevient dur en dessous de cette 20 température. Ce phénomène est réversible et n'altère généralement pas les propriétés mécaniques du matériau. Au contraire, la transformation d'un matériau thermodurcissable fait intervenir une polymérisation irréversible et conduit à un produit fini solide, généralement rigide. 25 Les résines thermoplastiques aptes à être utilisées dans des pièces de structure d'aéronefs sont généralement plus chères ou plus difficiles à mettre en oeuvre que les résines thermodurcissables adaptées. La présente invention se rapporte particulièrement au cas des matériaux composites avec une matrice thermodurcissable. 30 Les matériaux composites sont généralement électriquement isolants ou mauvais conducteurs, ce qui pose des problèmes en cas d'impacts de foudre, par exemple sur une structure d'aéronef. Aussi, les pièces de structure en composite thermodurcissable pour structure d'aéronef sont en général métallisées en surface, afin d'améliorer leur conductivité de surface. The invention relates to metallized composite material parts on the surface. The invention relates more particularly to the lightning protection of aeronautical composite parts comprising a thermosetting polymer matrix. The use of composite materials is widespread in many technical fields, such as automotive or aerospace. This type of material is particularly sought for the mass gain that it provides, with equivalent mechanical properties, compared to conventional materials such as metals. Composite materials are particularly used for the manufacture of aircraft structural parts. These materials comprise inorganic or organic fibers which are held by an organic resin matrix. The resin of the matrix may have thermoplastic or thermosetting properties. A thermoplastic material softens or melts when heated above a certain temperature, and becomes hard again below this temperature. This phenomenon is reversible and generally does not alter the mechanical properties of the material. On the contrary, the transformation of a thermosetting material involves an irreversible polymerization and leads to a solid, generally rigid finished product. Thermoplastic resins suitable for use in aircraft structural parts are generally more expensive or more difficult to process than suitable thermosetting resins. The present invention relates particularly to the case of composite materials with a thermosetting matrix. The composite materials are generally electrically insulating or bad conductors, which poses problems in the event of lightning strikes, for example on an aircraft structure. Also, the thermosetting composite structure parts for aircraft structure are generally metallized on the surface, in order to improve their surface conductivity.

Une solution connue est d'intégrer à la pièce composite, soit un grillage métallique, soit du métal déployé en surface. Le grillage, imprégné de résine thermodurcissable, est drapé sur une couche structurale, également appelée stratifié, avant polymérisation de la matrice. A known solution is to integrate the composite part, a wire mesh or metal deployed on the surface. The mesh, impregnated with thermosetting resin, is draped over a structural layer, also called laminate, before polymerization of the matrix.

Le stratifié est réalisé en empilant des couches constituées de plis comportant des fibres imprégnées de résine. Il est souhaitable d'empiler ces plis par un procédé automatisé, afin de réduire les coûts de fabrication des pièces. Une automatisation est également avantageuse pour la fabrication de pièces spécifiques, par exemple de grandes dimensions et/ou non développables, c'est-à-dire courbées suivant deux directions. Le procédé de métallisation en surface avec du grillage, décrit ci-dessus, s'applique aux pièces non développables telles que les pointes avant d'avions. Par rapport aux grillages, des films métalliques continus ou semi- continus offrent l'avantage d'une meilleure conductivité à masse équivalente. Cependant, l'application de tels films sur la surface d'une pièce thermodurcissable est difficile à réaliser avant polymérisation, notamment sur les pièces non-développables en raison de leur double courbure, telles que les pointes avant d'avions. Or, les pointes avant sont des pièces soumises à des impacts foudre plus nocifs que les parties courantes du fuselage, et nécessitent donc une plus forte protection contre la foudre. De plus, draper du grillage pour assurer cette protection engendre généralement un surcroît important de masse. Les méthodes connues de métallisation des pièces thermodurcissables après métallisation, comme le dépôt électrolytique, la projection ou le collage, sont également difficiles à mettre en oeuvre à l'échelle industrielle, notamment pour les pièces de grandes dimensions. La présente invention permet la fabrication industrielle de pièces thermodurcissables métallisées, avec une bonne adhérence du métal sur la pièce, la métallisation pouvant avoir lieu après polymérisation de la matrice thermodurcissable. Plus précisément, un objet de l'invention est une pièce en matériau composite comportant : une couche structurale en matériau composite comportant des fibres maintenues par une matrice de résine polymère thermodurcissable ; une couche métallique essentiellement continue ; ladite pièce étant caractérisée en ce qu'elle comporte une couche de liaison entre la couche métallique et la couche structurale, ladite couche de liaison comprenant une matrice de résine polymère thermoplastique. La couche de liaison en résine thermoplastique permet de souder efficacement la couche structurale et la couche métallique, postérieurement à la polymérisation de la résine thermodurcissable. La couche métallique est essentiellement continue, c'est-à-dire qu'elle ne comporte pas d'ouvertures périodiques de type grillage. Du fait de cette continuité, il est possible de fabriquer une pièce de masse inférieure à celle obtenue à l'aide d'un grillage, pour une conductivité équivalente. Selon un mode de réalisation de l'invention, une résine thermodurcissable de la couche structurale est choisie parmi une résine polyépoxyde, une résine bismaléimide ou une résine phénolique. Ces résines sont utilisées de manière connue pour la fabrication de pièces de structure d'aéronefs en composite. Selon un mode de réalisation de l'invention, la résine thermoplastique de la couche de liaison est choisie avec une température de fusion relativement faible, notamment comprise entre 150 °C et 250 °C. La métallisation peut ainsi avoir lieu à une température qui n'endommage pas la résine de la couche structurale. Une résine préférée est par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène). Selon un mode de réalisation de l'invention, une résine thermodurcissable de la couche structurale est enrichie en particules d'une résine thermoplastique. Cette résine thermoplastique peut être différente de celle de la couche de liaison mais présenter une meilleure compatibilité avec ladite résine de la couche de liaison que la résine thermodurcissable. L'adhérence entre la couche structurale et la couche de liaison peut en être améliorée. Selon un mode de réalisation de l'invention, la couche structurale comporte deux parties séparées par une interface s'étendant de manière non parallèle à la couche de liaison, chacune desdites deux parties comprenant une matrice polymère thermodurcissable, lesdites deux parties étant recouvertes d'une même couche de liaison, comprenant une matrice polymère thermoplastique. The laminate is made by stacking layers of plies comprising resin-impregnated fibers. It is desirable to stack these folds by an automated method, in order to reduce the cost of manufacturing parts. Automation is also advantageous for the manufacture of specific parts, for example large and / or non-developable, that is to say curved in two directions. The method of surface metallization with mesh, described above, applies to non-developable parts such as the front tips of aircraft. Compared to fences, continuous or semi-continuous metal films offer the advantage of better conductivity at equivalent mass. However, the application of such films on the surface of a thermosetting part is difficult to achieve before polymerization, especially on non-developable parts because of their double curvature, such as the front tips of aircraft. However, the front tips are parts subjected to more harmful lightning impacts than the current parts of the fuselage, and therefore require stronger protection against lightning. In addition, draping the mesh to provide this protection usually generates a significant increase in mass. The known methods of metallization of thermosetting parts after metallization, such as electroplating, spraying or gluing, are also difficult to implement on an industrial scale, especially for large parts. The present invention allows the industrial manufacture of metallized thermosetting parts, with a good adhesion of the metal to the part, the metallization can take place after polymerization of the thermosetting matrix. More specifically, an object of the invention is a composite material part comprising: a structural layer of composite material comprising fibers held by a thermosetting polymer resin matrix; a substantially continuous metal layer; said part being characterized in that it comprises a bonding layer between the metal layer and the structural layer, said bonding layer comprising a thermoplastic polymer resin matrix. The thermoplastic resin bonding layer makes it possible to effectively weld the structural layer and the metal layer, subsequent to the polymerization of the thermosetting resin. The metal layer is essentially continuous, that is to say that it does not comprise periodic grid openings. Due to this continuity, it is possible to manufacture a piece of mass less than that obtained by means of a grid, for an equivalent conductivity. According to one embodiment of the invention, a thermosetting resin of the structural layer is chosen from a polyepoxide resin, a bismaleimide resin or a phenolic resin. These resins are used in a known manner for the manufacture of composite aircraft structural parts. According to one embodiment of the invention, the thermoplastic resin of the bonding layer is chosen with a relatively low melting temperature, especially between 150 ° C and 250 ° C. The metallization can thus take place at a temperature that does not damage the resin of the structural layer. A preferred resin is, for example, PVDF (polyvinylidene fluoride). According to one embodiment of the invention, a thermosetting resin of the structural layer is enriched with particles of a thermoplastic resin. This thermoplastic resin may be different from that of the tie layer but have better compatibility with said resin of the tie layer than the thermosetting resin. Adhesion between the structural layer and the tie layer can be improved. According to one embodiment of the invention, the structural layer comprises two parts separated by an interface extending non-parallel to the bonding layer, each of said two parts comprising a thermosetting polymer matrix, said two parts being covered with a same tie layer, comprising a thermoplastic polymer matrix.

Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque les deux matrices thermodurcissables sont différentes. Il permet en effet de métalliser en continu une pièce composite hétérogène, ce qui est difficile avec les méthodes connues de l'état de la technique. This embodiment is particularly advantageous when the two thermosetting matrices are different. It makes it possible to metallize a heterogeneous composite part continuously, which is difficult with the methods known from the state of the art.

Les pièces composites selon l'invention peuvent être fabriquées par des procédés analogues à des procédés connus. Cependant, l'invention se rapporte également à un procédé particulièrement avantageux pour ce type de pièce. En effet, un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite telle que décrite ci-dessus, ledit procédé comprenant successivement les étapes suivantes : une étape de dépôt d'un ou de plusieurs plis structuraux imprégnés d'une résine thermodurcissable pour former la couche structurale ; une étape de dépôt d'une couche de résine thermoplastique sur la couche structurale, ladite résine thermoplastique ayant une température de fusion proche d'une température de polymérisation de ladite résine thermodurcissable ; une étape de polymérisation de la couche structurale à ladite température de polymérisation ; une éventuelle étape de refroidissement de la pièce ainsi formée ; une étape de dépôt d'une couche métallique essentiellement continue sur la couche de résine thermoplastique. La polymérisation postérieure au dépôt de la couche thermoplastique permet une interpénétration partielle de la résine thermoplastique fondue et de la résine thermodurcissable. L'adhérence entre la couche structurale et la couche de liaison est ainsi renforcée. The composite parts according to the invention can be manufactured by methods analogous to known methods. However, the invention also relates to a particularly advantageous method for this type of room. Indeed, another object of the invention is a method of manufacturing a composite material part as described above, said method comprising successively the following steps: a step of depositing one or more impregnated structural folds a thermosetting resin to form the structural layer; a step of depositing a thermoplastic resin layer on the structural layer, said thermoplastic resin having a melting temperature close to a polymerization temperature of said thermosetting resin; a step of polymerizing the structural layer at said polymerization temperature; a possible cooling step of the piece thus formed; a step of depositing a substantially continuous metal layer on the thermoplastic resin layer. Subsequent polymerization of the deposition of the thermoplastic layer allows partial interpenetration of the molten thermoplastic resin and the thermosetting resin. The adhesion between the structural layer and the tie layer is thus reinforced.

Cette interpénétration est favorisée dans le cas où la résine thermodurcissable est enrichie en particules de résine thermoplastique. La couche de liaison se lie plus particulièrement à ces particules durant la polymérisation. Plusieurs procédés sont possibles pour métalliser la pièce. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'étape de dépôt d'une couche métallique comporte une projection à chaud de poudre métallique sur la couche de résine thermoplastique. Par « à chaud », on entend que la température est égale ou supérieure à la température de transition vitreuse de la couche thermoplastique, afin de la ramollir au moins localement. This interpenetration is favored in the case where the thermosetting resin is enriched in thermoplastic resin particles. The bonding layer binds more particularly to these particles during the polymerization. Several processes are possible to metallize the part. According to one embodiment of the invention, the step of depositing a metal layer comprises a hot spraying of metal powder on the thermoplastic resin layer. By "hot" means that the temperature is equal to or greater than the glass transition temperature of the thermoplastic layer, in order to soften at least locally.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'étape de dépôt d'une couche métallique comporte l'assemblage à chaud de la couche de résine thermoplastique avec une autre couche de résine thermoplastique revêtant une feuille de métal. Préférentiellement, les deux couches de résine thermoplastique comprennent une même résine thermoplastique. Un autre objet de l'invention est une pièce telle que décrite ci-dessus et susceptible d'être formée par un procédé tel que décrit ci-dessus. Une telle pièce comporte notamment une zone d'interpénétration de la couche de liaison avec la couche structurale. According to another embodiment of the invention, the step of depositing a metal layer comprises hot-bonding the thermoplastic resin layer with another layer of thermoplastic resin coated with a metal sheet. Preferably, the two thermoplastic resin layers comprise the same thermoplastic resin. Another object of the invention is a part as described above and capable of being formed by a method as described above. Such a part comprises in particular an interpenetration zone of the bonding layer with the structural layer.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont données à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : Figure 1 : une vue schématique en coupe d'une pièce en matériau composite, selon un mode de réalisation de l'invention ; Figure 2: une vue schématique d'une pièce composite avant métallisation, selon un autre mode de réalisation de l'invention ; Figure 3 : une vue schématique d'un procédé de métallisation de la pièce de la figure 2 ; Figure 4: une vue schématique en coupe d'une pièce en matériau composite, selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente une vue schématique en coupe d'une pièce 10 en matériau composite, selon un mode de réalisation de l'invention. La pièce 10 comporte une couche structurale 11 en matériau composite. La couche structurale 11 est formée d'un ou de plusieurs plis (12, 13) structuraux empilés. Les plis (12, 13) comportent typiquement des fibres 14 maintenues par une matrice 15 de résine polymère thermodurcissable. Les fibres 14 des plis structuraux sont par exemple des fibres de carbone ou de verre. La nature et/ou l'orientation spatiale des fibres 14 peuvent varier selon le pli (12, 13), de manière connue. En revanche, la matrice 15 thermodurcissable est préférentiellement identique pour l'ensemble des plis (12, 13), afin d'assurer une bonne cohésion à la pièce 10. La matrice 15 thermodurcissable est préférentiellement formée d'une 35 résine polyépoxyde, communément appelée résine époxy. Dans le cadre de l'invention, on peut également utiliser une résine bismaléimide ou une résine phénolique, ou tout autre type de résine thermodurcissable utilisé de manière connue pour la fabrication de pièces composites dans le domaine de l'aéronautique. The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the figures which accompany it. These are given as an indication and in no way limitative of the invention. The figures show: FIG. 1: a schematic sectional view of a composite material part, according to one embodiment of the invention; Figure 2 is a schematic view of a composite part before metallization, according to another embodiment of the invention; Figure 3: a schematic view of a metallization process of the part of Figure 2; Figure 4 is a schematic sectional view of a composite material part, according to another embodiment of the invention. Figure 1 shows a schematic sectional view of a part 10 of composite material, according to one embodiment of the invention. The part 10 comprises a structural layer 11 made of composite material. The structural layer 11 is formed of one or more stacked structural folds (12, 13). The pleats (12, 13) typically include fibers 14 held by a matrix of thermosetting polymer resin. The fibers 14 of the structural folds are, for example, carbon or glass fibers. The nature and / or the spatial orientation of the fibers 14 may vary according to the fold (12, 13), in a known manner. On the other hand, the thermosetting matrix is preferably identical for all the plies (12, 13), in order to ensure good cohesion to the part 10. The thermosetting matrix 15 is preferably formed of a polyepoxide resin, commonly called epoxy resin. In the context of the invention, it is also possible to use a bismaleimide resin or a phenolic resin, or any other type of thermosetting resin used in known manner for the manufacture of composite parts in the field of aeronautics.

Un pli 12, proche d'une surface 16 de la pièce 10, est au contact d'une couche 17 de liaison. Ladite couche comprend une matrice 18 de résine polymère thermoplastique. La matrice 18 de résine polymère thermoplastique est préférentiellement choisie avec une température de fusion relativement faible, pour des raisons développées plus bas. Une résine préférée est par exemple le PVDF (polyfluorure de vinylidène), ou encore un autre fluoropolymère thermoplastique. Cependant, en fonction du procédé choisi pour la fabrication de la pièce 10, d'autres types de résines, aux températures de fusion plus élevées, peuvent être utilisés. A fold 12, close to a surface 16 of the part 10, is in contact with a connecting layer 17. Said layer comprises a matrix 18 of thermoplastic polymer resin. The matrix 18 of thermoplastic polymer resin is preferably chosen with a relatively low melting temperature, for reasons developed below. A preferred resin is, for example, PVDF (polyvinylidene fluoride) or another thermoplastic fluoropolymer. However, depending on the process chosen for the manufacture of the part 10, other types of resins, at higher melting temperatures, can be used.

La couche 17 de liaison est elle-même au contact d'une couche 19 métallique, apte à conduire des courants électriques. La couche 19 est destinée à être agencée du côté de la pièce 10 le plus exposé à la foudre. La couche 19 peut former la surface 16 de la pièce 10, mais peut également être recouverte d'une couche de peinture ou de finition. The connecting layer 17 is itself in contact with a metal layer 19, able to conduct electric currents. The layer 19 is intended to be arranged on the side of the part 10 most exposed to lightning. The layer 19 may form the surface 16 of the part 10, but may also be covered with a layer of paint or finish.

Préférentiellement, la couche 19 est essentiellement continue, c'est-à- dire qu'elle ne comporte pas d'ouvertures périodiques de type grillage. La couche 19 peut néanmoins comporter des ouvertures ponctuelles imposées par la forme et/ou les fonctions mécaniques de la pièce 10. Le choix du métal de la couche 19, ainsi que de l'épaisseur 20 de ladite couche, sont notamment liés à des contraintes de masse et de conductivité électrique. Un métal préféré pour la couche 19 est par exemple le cuivre ou l'aluminium. Une épaisseur 20 de la couche 19 est préférentiellement comprise entre 10 pm et 50 pm. Une épaisseur 21 de la couche 17 de liaison varie préférentiellement 30 entre 1 pm et 300 pm, plus préférentiellement entre 25 pm et 100 pm. La couche 17 de liaison peut comporter des fibres minérales (non représentées), notamment des fibres de verre. Ces fibres peuvent éviter une corrosion galvanique de la couche 19, liée à la présence de fibres de carbone dans la couche structurale 11. Preferentially, the layer 19 is essentially continuous, that is to say that it does not comprise periodic grid openings. The layer 19 may nevertheless comprise point openings imposed by the shape and / or the mechanical functions of the part 10. The choice of the metal of the layer 19, as well as the thickness 20 of said layer, are notably related to constraints. mass and electrical conductivity. A preferred metal for layer 19 is, for example, copper or aluminum. A thickness of the layer 19 is preferably between 10 μm and 50 μm. A thickness 21 of the connecting layer 17 preferably varies between 1 μm and 300 μm, more preferably between 25 μm and 100 μm. The connecting layer 17 may comprise mineral fibers (not shown), in particular glass fibers. These fibers can avoid galvanic corrosion of the layer 19, related to the presence of carbon fibers in the structural layer 11.

La couche 17 de liaison peut par ailleurs comporter des charges minérales telles que des oxydes métalliques, afin d'améliorer l'adhérence entre les couches 17 et 19. La pièce 10 peut être fabriquée selon divers procédés analogues à des procédés connus. Par exemple, la couche 17 de liaison peut être déposée sur une couche 11 structurale déjà polymérisée. Selon la nature respective des résines thermodurcissable et thermoplastique, une microrugosité de la couche structurale peut générer une adhérence suffisante entre les deux couches 11 et 17. The bonding layer 17 may also comprise mineral fillers such as metal oxides, in order to improve the adhesion between the layers 17 and 19. The component 10 may be manufactured by various methods analogous to known methods. For example, the bonding layer 17 may be deposited on an already polymerized structural layer 11. Depending on the respective nature of the thermosetting and thermoplastic resins, a microroughness of the structural layer can generate sufficient adhesion between the two layers 11 and 17.

Néanmoins, il est fréquent que la résine thermodurcissable et la résine thermoplastique soient peu compatibles, comme c'est le cas pour la plupart des résines époxy et les résines PVDF. Afin d'assurer une adhérence suffisante entre la couche de structure et la couche de liaison, il est avantageusement mis en oeuvre un procédé de fabrication tel que décrit ci- après : La figure 2 représente une vue schématique en coupe d'une pièce 30 en matériau composite, permettant la fabrication d'une pièce selon un mode de réalisation de l'invention. La pièce 30 comporte une couche structurale 31 en matériau composite, analogue à la couche 11 précédemment décrite. La couche 31 comprend notamment une matrice 35 de résine polymère thermodurcissable. La pièce 30 comporte en outre une couche 37 qui comprend une matrice 38 de résine polymère thermoplastique. La couche 37 forme une surface 36 de la pièce 30. Nevertheless, it is common that the thermosetting resin and the thermoplastic resin are incompatible, as is the case for most epoxy resins and PVDF resins. In order to ensure sufficient adhesion between the structural layer and the bonding layer, it is advantageous to use a manufacturing method as described below: FIG. 2 represents a schematic sectional view of a part 30 composite material, allowing the manufacture of a part according to one embodiment of the invention. The part 30 comprises a structural layer 31 of composite material, similar to the layer 11 described above. The layer 31 comprises in particular a matrix 35 of thermosetting polymer resin. The part 30 further comprises a layer 37 which comprises a matrix 38 of thermoplastic polymer resin. The layer 37 forms a surface 36 of the part 30.

Dans une première étape connue d'un procédé de fabrication de la pièce 30, on réalise une couche 31 structurale en déposant un ou plusieurs plis 32 structuraux imprégnés d'une résine 35 thermodurcissable. Les plis 32 sont par exemple empilés sur un moule (non représenté) pour donner une forme voulue à la pièce 30. In a known first step of a manufacturing method of the part 30, a structural layer 31 is produced by depositing one or more structural folds 32 impregnated with a thermosetting resin. The folds 32 are for example stacked on a mold (not shown) to give a desired shape to the workpiece 30.

Dans une deuxième étape, on dépose, sur la couche 31 structurale non polymérisée, une couche 37 de résine thermoplastique 38. Le dépôt peut se faire par des procédés connus, tel que le drapage sur la couche 31 d'un film de résine 38, ou encore la projection sur la couche 31 de particules de résine 38. La résine 38 est choisie avec une température de fusion proche d'une température de polymérisation de la résine 35 thermodurcissable. Par « température proche », on entend un écart de l'ordre de 30 °C en plus ou en moins. Dans une troisième étape, on durcit la couche structurale par polymérisation de la résine 35. Cette étape a lieu par exemple en autoclave 5 ou en étuve, de manière connue. Cette troisième étape donne lieu à la formation d'une couche intermédiaire 39, entre les couches 31 et 37. La couche 39 résulte de l'interpénétration partielle de la résine thermodurcissable 35 et de la résine thermoplastique 38, liée à la fusion totale ou partielle de la résine 38 durant 10 la polymérisation de la résine 35. Cette interpénétration partielle assure une bonne adhérence entre les couches 31 et 37, indépendamment de la compatibilité physico-chimique entre les résines 35 et 38. Préférentiellement, la résine 35 thermodurcissable est une résine époxy 15 et sa polymérisation est mise en oeuvre à une température avoisinant les 180 °C. Une résine 38 thermoplastique adaptée est par exemple une résine PVDF dont la température de fusion avoisine les 180 - 200 °C. Selon un mode de réalisation de l'invention, la résine 35 thermodurcissable de la couche 31 structurale est enrichie en particules (non 20 représentées) de résine thermoplastique. Cette résine thermoplastique peut être identique ou différente de la résine 38, tout en ayant une meilleure compatibilité physico-chimique avec la résine 38 que la résine 35. Durant la polymérisation, la couche 37 totalement ou partiellement fondue se lie plus particulièrement à ces particules de résine thermoplastique, ce qui favorise 25 l'interpénétration partielle entre les couches 31 et 37. Après refroidissement, la pièce 30 peut être manipulée et/ou stockée avant de subir une étape de métallisation. Ce procédé permet donc avantageusement de scinder la fabrication de pièces composites métallisées en plusieurs phases distinctes, ce qui apporte plus de flexibilité dans la 30 gestion de l'outillage nécessaire à la fabrication desdites pièces. Par ailleurs, la couche structurale étant recouverte de résine thermoplastique, la mise au point de l'étape de métallisation ne nécessite pas de tenir compte des caractéristiques physico-chimiques de la résine thermodurcissable de ladite couche structurale. Ledit procédé est donc 2 9 81004 9 applicable à plusieurs résines thermodurcissables différentes sans mise au point particulière. Plusieurs procédés sont envisageables pour la métallisation de la pièce 30, afin de conduire à une pièce analogue à la pièce 10 de la figure 1. In a second step, a layer 37 of thermoplastic resin 38 is deposited on the unpolymerized structural layer 38. The deposition can be carried out by known methods, such as the lay-up on the layer 31 of a resin film 38. or else the projection on the layer 31 of resin particles 38. The resin 38 is chosen with a melting temperature close to a polymerization temperature of the thermosetting resin. "Close temperature" means a difference of the order of 30 ° C more or less. In a third step, the structural layer is cured by polymerization of the resin 35. This step takes place, for example, in an autoclave 5 or in an oven, in a known manner. This third step gives rise to the formation of an intermediate layer 39, between the layers 31 and 37. The layer 39 results from the partial interpenetration of the thermosetting resin 35 and the thermoplastic resin 38, related to the total or partial melting of the resin 38 during the polymerization of the resin 35. This partial interpenetration ensures a good adhesion between the layers 31 and 37, independently of the physicochemical compatibility between the resins 35 and 38. Preferably, the thermosetting resin is a resin epoxy 15 and its polymerization is carried out at a temperature of around 180 ° C. A suitable thermoplastic resin 38 is, for example, a PVDF resin whose melting point is around 180 ° to 200 ° C. According to one embodiment of the invention, the thermosetting resin of the structural layer 31 is enriched in particles (not shown) of thermoplastic resin. This thermoplastic resin may be identical or different from the resin 38, while having a better physico-chemical compatibility with the resin 38 than the resin 35. During the polymerization, the fully or partially melted layer 37 binds more particularly to these particles of thermoplastic resin, which promotes partial interpenetration between the layers 31 and 37. After cooling, the part 30 can be manipulated and / or stored before undergoing a metallization step. This method therefore advantageously makes it possible to split the manufacture of metallized composite parts into several distinct phases, which brings more flexibility in the management of the tools necessary for the manufacture of said parts. Moreover, the structural layer being covered with thermoplastic resin, the development of the metallization step does not require to take into account the physicochemical characteristics of the thermosetting resin of said structural layer. Said method is therefore applicable to several different thermosetting resins without particular development. Several methods can be envisaged for the metallization of the part 30, in order to lead to a part similar to the part 10 of FIG.

Selon un premier procédé, une poudre métallique est projetée à chaud sur la couche 37 de résine thermoplastique. Par « projetée à chaud », on entend que les particules métalliques sont portées à une température avoisinant la température de transition vitreuse de la couche 37. La résine 38 est ainsi ramollie localement, ce qui favorise l'adhérence de la couche métallique ainsi formée. Un tel procédé est connu sous le nom de « cold spray ». Selon une variante, on peut effectuer la projection de poudre métallique en maintenant la pièce 30 à une température égale ou supérieure à la température de transition vitreuse de la couche 37. According to a first method, a metal powder is sprayed on the layer 37 of thermoplastic resin. "Hot spray" means that the metal particles are brought to a temperature around the glass transition temperature of the layer 37. The resin 38 is thus softened locally, which promotes the adhesion of the metal layer thus formed. Such a process is known as "cold spray". According to one variant, the projection of metal powder can be carried out by keeping the workpiece 30 at a temperature equal to or greater than the glass transition temperature of the layer 37.

Un autre procédé de métallisation de la pièce 30 est représenté schématiquement à la figure 3. Un tel procédé implique l'assemblage de ladite pièce 30 avec un pli hybride 40. Ledit pli 40 comporte une couche 49 métallique, de préférence essentiellement continue et ayant une bonne conductivité électrique. La 20 couche 49 est par exemple une feuille ou une bande de cuivre ou d'aluminium. Le pli 40 comporte en outre une couche 47 comprenant une matrice de résine thermoplastique 48, compatible avec la résine 38 de la pièce 30. De préférence, il s'agit d'une résine de même nature que la résine 38. 25 Comme décrit ci-dessus pour la figure 1, la couche 47 peut comporter des charges minérales telles que des oxydes métalliques. La couche 47 peut par ailleurs comporter des fibres minérales 44, notamment des fibres de verre. Ces fibres augmentent la résistance mécanique du pli 40 et facilitent sa manipulation. 30 Un pli hybride analogue au pli 40 est notamment décrit dans le document FR2934198, au nom de la Demanderesse. La métallisation de la pièce 30 comprend la mise en contact des couches (37, 47) thermoplastiques de ladite pièce 30 et du pli 40. Cette mise en contact peut être faite à une température locale avoisinant la température 35 de transition vitreuse de la résine 38, afin de réaliser un pré-soudage permettant de positionner le pli 40 de manière satisfaisante sur la pièce 30. L'ensemble ainsi formé est ensuite consolidé à une température proche de la température de fusion de la résine 38. Cette étape de consolidation a préférentiellement lieu en étuve sous vide, de manière connue. Another method of metallization of the part 30 is shown diagrammatically in FIG. 3. Such a method involves the assembly of said part 30 with a hybrid fold 40. Said fold 40 comprises a metal layer 49, preferably substantially continuous and having a good electrical conductivity. The layer 49 is for example a sheet or a strip of copper or aluminum. The fold 40 further comprises a layer 47 comprising a thermoplastic resin matrix 48, compatible with the resin 38 of the part 30. Preferably, it is a resin of the same nature as the resin 38. As described herein above for FIG. 1, the layer 47 may comprise mineral fillers such as metal oxides. The layer 47 may further comprise mineral fibers 44, especially glass fibers. These fibers increase the mechanical strength of the fold 40 and facilitate its handling. A hybrid fold similar to fold 40 is described in particular in document FR2934198, in the name of the Applicant. The metallization of the workpiece 30 comprises contacting the thermoplastic layers (37, 47) of said workpiece 30 and the fold 40. This contacting can be done at a local temperature in the region of the glass transition temperature of the resin 38. , in order to perform a pre-welding for positioning the fold 40 satisfactorily on the part 30. The assembly thus formed is then consolidated at a temperature close to the melting temperature of the resin 38. This consolidation step preferably place in a vacuum oven, in known manner.

Ce procédé de métallisation est analogue à un procédé décrit dans le document FR2934198 sus-cité. Un autre mode de métallisation peut être le soudage avec consolidation in situ, c'est-à-dire la mise en contact à une température locale proche de la température de fusion de la résine thermoplastique. On obtient ainsi directement un soudage définitif. Pour les pièces 30 non-développables du type pointe avant d'avion, il est particulièrement avantageux de déposer différents plis 40 sous forme de bandes, positionnées bord à bord, de manière à adapter chaque pli aux différentes courbures de la pièce. This metallization process is analogous to a process described in the above-mentioned document FR2934198. Another mode of metallization may be consolidation welding in situ, that is to say bringing into contact at a local temperature close to the melting temperature of the thermoplastic resin. This gives a definite weld directly. For the non-developable parts 30 of the aircraft nose type, it is particularly advantageous to deposit different folds 40 in the form of strips, positioned edge to edge, so as to adapt each fold to the different curvatures of the part.

La figure 4 représente une vue schématique en coupe d'une pièce 50 en matériau composite, selon un autre mode de réalisation de l'invention. La pièce 50 comporte une couche structurale 51 en matériau composite. La couche structurale 51 comporte au moins deux parties (52, 53), chacune desdites parties étant formée de plis structuraux empilés. 20 Chaque partie (52, 53) comprend une matrice (54, 55) de résine polymère thermodurcissable. Les matrices 54 et 55 peuvent être de même nature ou de natures différentes. Les deux parties (52, 53) sont séparées par une interface 56. L'interface 56 est disposée de manière non parallèle à l'empilement des plis d'au moins 25 une des deux parties (52, 53). De préférence, l'interface 56 est sensiblement perpendiculaire à l'empilement des plis des deux parties (52, 53). Les deux parties (52, 53) peuvent être assemblées au niveau de l'interface 56, par des moyens connus. Un pli 57, en surface de la partie 52, forme préférentiellement une 30 surface continue avec un pli 58 de la surface 53, c'est-à-dire que les plis (57, 58) sont sensiblement affleurés l'un avec l'autre. Les plis (57, 58) sont recouverts d'une même couche 59 de liaison, comprenant une matrice polymère thermoplastique. La couche 59 de liaison est préférentiellement continue au niveau de l'interface 56. 2 9 81004 11 La couche 59 de liaison est elle-même au contact d'une couche 60 métallique, analogue à la couche 19 de la pièce 10 représentée à la figure 1. La couche 60 est destinée à être agencée du côté de la pièce 50 le plus exposé à la foudre. 5 La couche 59 de liaison en résine thermoplastique permet avantageusement de métalliser de manière homogène une pièce composite comprenant plusieurs parties (52, 53) dont les matrices thermodurcissables comprennent des types différents de résine. La métallisation de la couche 59 peut s'effectuer par l'un des procédés décrits ci-dessus, tel que le cold spray 10 ou l'assemblage avec un pli hybride métal/résine thermoplastique. L'ensemble formé par les parties (52, 53) et la couche 59 peut avantageusement être formé de manière monobloc, par un procédé analogue à celui décrit ci-dessus pour la pièce 30: les parties (52, 53) peuvent être assemblées avant cuisson, recouvertes d'un film 15 thermoplastique puis polymérisées, ce qui permet une interpénétration de la couche 59 avec chacun des plis (57, 58). Cependant, on peut également envisager d'assembler les parties (52, 53) après cuisson et de les recouvrir ensuite d'un film thermoplastique. Figure 4 shows a schematic sectional view of a part 50 of composite material, according to another embodiment of the invention. The part 50 comprises a structural layer 51 of composite material. The structural layer 51 has at least two portions (52, 53), each of said portions being formed of stacked structural folds. Each portion (52, 53) comprises a matrix (54, 55) of thermosetting polymer resin. The matrices 54 and 55 may be of the same nature or of different natures. The two parts (52, 53) are separated by an interface 56. The interface 56 is arranged non-parallel to the stack of folds of at least one of the two parts (52, 53). Preferably, the interface 56 is substantially perpendicular to the stack of folds of the two parts (52, 53). The two parts (52, 53) can be assembled at the interface 56 by known means. A fold 57, on the surface of the portion 52, preferably forms a continuous surface with a fold 58 of the surface 53, i.e. the folds (57, 58) are substantially flush with each other. other. The folds (57, 58) are covered with a same bonding layer 59, comprising a thermoplastic polymer matrix. The bonding layer 59 is preferably continuous at the interface 56. The bonding layer 59 is itself in contact with a metal layer 60, similar to the layer 19 of the part 10 shown in FIG. Figure 1. The layer 60 is intended to be arranged on the side of the part 50 most exposed to lightning. The thermoplastic resin bonding layer 59 advantageously homogeneously metallises a composite part comprising a plurality of parts (52, 53) whose thermosetting matrices comprise different types of resin. The metallization of the layer 59 can be carried out by one of the methods described above, such as the cold spray 10 or the assembly with a hybrid metal / thermoplastic resin fold. The assembly formed by the parts (52, 53) and the layer 59 can advantageously be formed integrally, by a process similar to that described above for the part 30: the parts (52, 53) can be assembled before baking, covered with a thermoplastic film and then polymerized, which allows an interpenetration of the layer 59 with each of the folds (57, 58). However, it is also possible to assemble the parts (52, 53) after baking and then cover them with a thermoplastic film.

Claims (10)

REVENDICATIONS1. Pièce (10, 50) en matériau composite comportant : - REVENDICATIONS1. Pièce (10, 50) en matériau composite comportant : - une couche (11, 31, 51) structurale en matériau composite comportant des 5 fibres maintenues par une matrice (15, 35) de résine polymère thermodurcissable ; - une couche (19, 49) métallique essentiellement continue, ladite pièce étant caractérisée en ce qu'elle comporte une couche (17, 37, 59) de liaison entre la couche métallique et la couche structurale, ladite 10 couche de liaison comprenant une matrice (18, 38) de résine polymère thermoplastique. REVENDICATIONS1. Part (10, 50) made of composite material comprising: - CLAIMS1. Part (10, 50) of composite material comprising: - a layer (11, 31, 51) of composite material comprising fibers held by a matrix (15, 35) of thermosetting polymer resin; a substantially continuous metallic layer (19, 49), said part being characterized in that it comprises a layer (17, 37, 59) for bonding between the metal layer and the structural layer, said tie layer comprising a matrix (18, 38) thermoplastic polymer resin. 2. Pièce selon la revendication 1, telle qu'une résine thermodurcissable de la couche structurale est choisie parmi une résine polyépoxyde, une résine 15 bismaléimide et une résine phénolique. 2. Part according to claim 1, such that a thermosetting resin of the structural layer is selected from a polyepoxide resin, a bismaleimide resin and a phenolic resin. 3. Pièce selon la revendication 1 ou la revendication 2, telle qu'une résine thermoplastique de la couche de liaison a une température de fusion comprise entre 150 °C et 250 °C. 20 3. Part according to claim 1 or claim 2, such as a thermoplastic resin of the bonding layer has a melting temperature between 150 ° C and 250 ° C. 20 4. Pièce selon l'une des revendications précédentes, telle qu'une résine thermodurcissable de la couche structurale est enrichie en particules d'une résine thermoplastique compatible avec la résine de la matrice de la couche de liaison. 25 4. Part according to one of the preceding claims, such that a thermosetting resin of the structural layer is enriched in particles of a thermoplastic resin compatible with the resin of the matrix of the bonding layer. 25 5. Pièce (50) selon l'une des revendications précédentes, telle que la couche structurale comporte deux parties (52, 53) séparées par une interface (56) s'étendant de manière non parallèle à la couche de liaison, chacune desdites deux parties comprenant une matrice (54, 55) polymère 30 thermodurcissable différente, lesdites deux parties étant recouvertes d'une même couche (59) de liaison, comprenant une matrice polymère thermoplastique. 5. Part (50) according to one of the preceding claims, such that the structural layer comprises two parts (52, 53) separated by an interface (56) extending non-parallel to the bonding layer, each of said two parts comprising a different thermosetting polymer matrix (54, 55), said two parts being covered with a same bonding layer (59), comprising a thermoplastic polymer matrix. 6. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite selon l'une des revendications précédentes, ledit procédé comprenant successivement les étapes suivantes : une étape de dépôt d'un ou de plusieurs plis (32) structuraux imprégnés d'une résine thermodurcissable pour former la couche structurale (31), une étape de dépôt d'une couche (37) de résine thermoplastique sur la couche structurale, ladite résine thermoplastique ayant une température de fusion proche d'une température de polymérisation de ladite résine thermodurcissable, une étape de polymérisation de la couche structurale à ladite température de polymérisation, une éventuelle étape de refroidissement de la pièce (30) ainsi formée, une étape de dépôt d'une couche métallique (49) essentiellement continue sur la couche de résine thermoplastique. 6. A method of manufacturing a composite material part according to one of the preceding claims, said method comprising successively the following steps: a step of deposition of one or more structural folds (32) impregnated with a thermosetting resin for forming the structural layer (31), a step of depositing a layer (37) of thermoplastic resin on the structural layer, said thermoplastic resin having a melting temperature close to a polymerization temperature of said thermosetting resin, a step of polymerization of the structural layer at said polymerization temperature, a possible step of cooling the piece (30) thus formed, a step of depositing a substantially continuous metal layer (49) on the thermoplastic resin layer. 7. Procédé selon la revendication 6, tel que l'étape de dépôt d'une couche métallique comporte l'assemblage à chaud de la couche (37) de résine thermoplastique avec une autre couche (47) de résine thermoplastique revêtant une feuille (49) de métal. 7. The method of claim 6, wherein the step of depositing a metal layer comprises hot-bonding the layer (37) of thermoplastic resin with another layer (47) of thermoplastic resin coated sheet (49). ) of metal. 8. Procédé selon la revendication 7, tel que les deux couches de résine thermoplastique comprennent une même résine thermoplastique. 8. The method of claim 7, wherein the two thermoplastic resin layers comprise the same thermoplastic resin. 9. Procédé selon la revendication 6, tel que l'étape de dépôt d'une couche métallique comporte une projection à chaud de poudre métallique sur la couche (37) de résine thermoplastique. 9. The method of claim 6, wherein the step of depositing a metal layer comprises a hot spraying of metal powder on the layer (37) of thermoplastic resin. 10. Pièce selon l'une des revendications 1 à 5, susceptible d'être issue d'un procédé selon l'une des revendications 6 à 9. 10. Part according to one of claims 1 to 5, may be derived from a method according to one of claims 6 to 9.
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