FR3075217A1 - Adhesif pour le collage de feutres abradables - Google Patents

Adhesif pour le collage de feutres abradables Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un adhésif pour le collage de feutres abradables comprenant la fourniture d'une poudre d'aluminium (Al), la fourniture d'une poudre d'oxyde de zinc (ZnO), la fourniture d'un silicate (SiO42-), et une étape de mélange comprenant une première étape de mélange pendant laquelle on mélange la poudre d'aluminium avec la poudre d'oxyde de zinc pour former un premier composant, puis une deuxième étape de mélange pendant laquelle on mélange le premier composant avec un deuxième composant comprenant ledit silicate, moyennant quoi on obtient l'adhésif. L'invention concerne un kit bi-composant comprenant le premier composant et le deuxième composant indiqués ci-dessus. En particulier, le chrome hexavalent (CrVI), qui peut avoir l'effet adverse sur la santé et l'environnement, n'est pas présent pendant le procédé ni dans le kit, ni dans l'adhésif obtenu.

Description

ADHÉSIF POUR LE COLLAGE DE FEUTRES ABRADABLES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne de manière générale un adhésif pour le collage de feutres abradables, et plus précisément, un adhésif pour le collage de feutres abradables qui ne contient pas de composants ayant des effets adverses sur la santé et l'environnement et qui est stable lors du stockage. L'invention concerne également un procédé pour la fabrication de cet adhésif, ainsi qu'un kit pour le fabriquer.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans le domaine de l'aéronautique, les performances d'étanchéité des joints labyrinthes n'ont cessé d'être améliorées grâce à une meilleure compréhension du système labyrinthe ainsi que des feutres abradables. Dans les conditions de fonctionnement rencontrées sur un moteur à turbine à gaz, les feutres abradables sont sollicités au point de constater lors de certaines incursions de touches des décollements éventuels, souvent partiels.
Une fixation optimale permettant d'accommoder tous les cycles de fonctionnement est garante de l'intégrité des feutres abradables sur leur support. Hormis les opérations de fabrication telles que le brasage, la projection thermique, les feutres abradables sont souvent montés sur les supports dans le moteur en utilisant un adhésif (ou ciment) pour les coller. Cet adhésif spécifiquement étudié est adapté pour cette fonction, capable de supporter l'environnement agressif dans le moteur, ex. la haute température, les contraintes élevés, les vibrations, etc.
US3918925 A (United Tech Corp) divulgue un exemple d'un tel adhésif, nommé SermeTel 481 (ou SermaBond 481). Cet adhésif connu est bi-composant, destiné à être mélangé pour fabriquer l'adhésif pour le collage de feutres abradables. Il comprend de la poudre d'aluminium (Al), du chrome hexavalent (CrVI) en solution sous forme ionique (CrO42j et du silicate (SiC>42“) en solution sous forme ionique, dans un premier mélange et séparément, la poudre d'oxyde de zinc (ZnO), destinés à être mélangés ensemble avant l'utilisation de l'adhésif pour le collage.
Apres avoir mélangé les deux composants pour fabriquer l'adhésif, et avoir laissé reposer une demi-journée pour maturation, l'adhésif est prêt pour utilisation. Pour le collage d'un feutre abradable à un support, les pièces sont nettoyées, l'adhésif est appliqué sur chacune des faces destinées au collage, le feutre abradable est ensuite posé sur support, suivi d'une étape de polymérisation, et usinage si nécessaire.
L'adhésif est fourni comme produit en état bi-composant car cela facilite sa fourniture, par rapport à un adhésif en composants individuels. Il évite les sources d'erreurs supplémentaires lors des pesées, permet de gagner du temps lors du mélange car les deux constituants principaux sont déjà homogènes, et a moins de contrainte de stockage. En même temps, en état bi-composant, il dure plus longtemps par rapport à l'adhésif avec tous les composants mélangés ensemble.
Cependant, l'utilisation des produits comprenant du chrome hexavalent, y compris les adhésifs, est déconseillée (récemment interdit par les règlementations REACH, de Directives UE) à cause de son effet néfaste sur la santé et l'environnement. En conséquence, il subsiste un besoin pour un adhésif sans chrome hexavalent pour feutres abradables qui soit conforme aux critères environnementaux de l'industrie aéronautique.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention propose ainsi un procédé de fabrication d'un adhésif pour le collage de feutres abradables, le procédé comprenant la fourniture d'une poudre d'aluminium, la fourniture d'une poudre d'oxyde de zinc, la fourniture d'un silicate, et une étape de mélange, l'étape de mélange comprenant une première étape de mélange pendant laquelle on mélange la poudre d'aluminium avec la poudre d'oxyde de zinc pour former un premier composant, puis une deuxième étape de mélange pendant laquelle on mélange le premier composant avec un deuxième composant comprenant le silicate, moyennant quoi on obtient l'adhésif.
De préférence, la première étape comprend le mélange de 94% à 98% en masse de la poudre d'aluminium avec 2% à 6% en masse de la poudre d'oxyde de zinc.
De préférence encore, la deuxième étape comprend le mélange de 35% à 45% en masse du premier composant avec 55% à 65% en masse du deuxième composant.
Avantageusement, le silicate est un silicate de potassium, un silicate de sodium ou un silicate de calcium.
De préférence, le procédé ne comprend pas la fourniture de chrome hexavalent.
De préférence, le procédé comprend la fourniture de l'eau et l'étape de mélange comprend en outre une troisième étape de mélange, avant la deuxième étape de mélange, pendant laquelle on mélange le silicate avec l'eau pour former le deuxième composant.
De préférence, le procédé comprend en outre une étape de l'application de l'adhésif, puis une étape de polymérisation comprenant le séchage et l'étuvage à haute température.
L'invention propose aussi un adhésif qui peut être fabriqué par le procédé de fabrication, l'adhésif consistant en de la poudre d'aluminium, la poudre d'oxyde de zinc et le silicate.
L'invention propose aussi un kit bi-composant pour la fabrication de l'adhésif pour le collage de feutres abradables, le premier composant comprenant la poudre d'aluminium et de la poudre d'oxyde de zinc, et séparément, le deuxième composant comprenant du silicate, les deux composants destinés à être mélangés ensemble pour fabriquer l'adhésif.
De préférence, le premier composant comprend 94% à 98% en masse de la poudre d'aluminium avec 2% à 6% en masse de la poudre d'oxyde de zinc.
De préférence, le premier composant est 35% à 45% en masse et le deuxième composant est 55% à 65% en masse.
De préférence, le kit ne comprend pas le chrome hexavalent.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Dans le procédé de fabrication de l'adhésif selon un mode de l'invention préféré, la poudre d'aluminium (Al) sous forme métal est mélangée pendant une première étape de mélange avec la poudre d'oxyde de zinc (ZnO) pour constituer le premier composant, Composant A. Proportionnellement, 95% en masse de la poudre d'aluminium est idéalement mélangée avec 5% en masse de la poudre d'oxyde de zinc.
La poudre d'aluminium est de préférence fournie avec une granulométrie de D50 : 6pm ± 2pm et la poudre d'oxyde de zinc est de préférence fournie avec une granulométrie de D50 : 10pm ± 5pm. Le Composant A se garde, sans exposition à l'air, pendant environ 2 ans. Cette granulométrie optimise les propriétés physico-chimiques du mélange avec comme objectif d'améliorer les aspects mécaniques et chimiques de collage.
Le deuxième composant, Composant B, est constitué de silicate (SiCU2 ) en solution sous forme ionique et de l'eau, donc une solution aqueuse de silicate. Le silicate ici est idéalement un silicate de potassium, mais on comprend qu'un autre silicate, tel qu'un silicate de sodium ou un silicate de calcium, ou bien une combinaison quelconque d'entre eux, peut convenir. Proportionnellement, 80% en masse est constitué de silicate et 20% en masse est de l'eau. Le Composant B se garde, sans exposition à l'air, pendant environ 1 an.
Ce composant B est ensuite mélangé lors d'une deuxième étape de mélange avec le Composant A. Proportionnellement, 40% en masse du Composant A est mélangé avec 60% en masse du Composant B.
L'eau dans le composant B est optionnelle, ajoutée principalement pour faciliter le mélange des deux composants et aussi l'application de l'adhésif en ajustant sa viscosité. La présence d'eau n'entraine pas une réaction chimique. Elle peut être supprimée. En même temps, si l'eau est souhaitée dans le Composant B, elle peut être fournie, et pendant une troisième étape de mélange, avant la deuxième étape de mélange, peut être mélangée avec le silicate pour former le Composant B. 60% à 100% en masse est constitué de silicate et 0% à 40% en masse est de l'eau pouvant constituer le Composant B, sachant que un minima de 3% en masse de l'eau est préféré.
De manière globale, l'adhésif consiste donc en 38% en masse d'aluminium, 2% en masse d'oxyde de zinc, 48% en masse de silicate et 12% en masse de l'eau. Crucialement, il ne comprend pas de chrome hexavalent (CrVI). Sans exposition à l'air, il se garde pendant environ trois jours, ce qui est au moins aussi long que l'adhésif connu.
Une réaction chimique se crée lorsque la deuxième étape de mélange, notamment quand le silicate interagissent avec la poudre d'aluminium (Al). En même temps, la poudre d'oxyde de zinc (ZnO) joue le rôle de catalyseur de réaction. L'adhésif devient un ciment partiellement insoluble dans l'eau. Une fois bien mélangé, l'adhésif obtenu est prêt pour l'application immédiate aux feutres abradables et ses supports.
Sa composition nouvelle des composants permet son utilisation immédiate, dès le mélange et sans besoin de temps de maturation. Il est donc très efficace pour coller les feutres abradables en utilisant cet adhésif, contrairement à l'adhésif connu. Les inventeurs ont étonnement trouvé une façon pour fabriquer un adhésif de la même gamme que l'adhésif connu, en utilisant essentiellement les mêmes composants sauf le chrome hexavalent (bien que en proportions différentes), qui est conforme aux Directives UE et mais aussi de bonne qualité.
Pour coller un feutre abradable à un support, par exemple à une enveloppe labyrinthe, le feutre et l'enveloppe labyrinthe sont d'abord nettoyés, surtout leur face destinée au collage. Une fois que l'adhésif est appliqué aux faces respectives, le feutre abradable est posé sur l'enveloppe labyrinthe pour être collés ensemble. L'adhésif interposé entre l'enveloppe labyrinthe et le feutre abradable est ensuite soumis à une étape de polymérisation ; d'abord un séchage à température ambiante entre 1 heure et 12 heures, ensuite un séchage à 80°C ± 5°C à maintenir sans interruption entre 4 heures et 20 heures, puis un étuvage (polymérisation ou réticulation) entre 340°C à 500°C pendant 30 minutes.
Pendant cette étape de polymérisation, l'adhésif (qui est sous forme de ciment hydraté) durcit, collant ainsi le feutre abradable à l'enveloppe labyrinthe. Si nécessaire, un usinage peut être fait pour terminer la fabrication. On note qu'hormis le procédé pour fabriquer l'adhésif, le procédé de collage de feutres abradables à un support (nettoyage des pièces, application de l'adhésif, polymérisation et usinage) est sensiblement similaire à celui qui existe déjà.
Une fixation optimale permettant d'accommoder tous les cycles de fonctionnement, capable de supporter l'environnement sévère dans le moteur à turbine à gaz, qui est garant de l'intégrité des feutres abradables sur leur support est obtenue. A cette étape, l'adhésif après l'évacuation d'eau (20% du Composant B), de manière globale, consiste de 43.2% en masse d'aluminium, 2.3% en masse d'oxyde de zinc, 54.5% en masse de silicate. Bien entendu, le chrome hexavalent, qui peut avoir l'effet adverse sur la santé et l'environnement, n'est plus présent dans le mélange, ni dans le Composant A ni dans le B. En effet, aucun chrome hexavalent n'est utilisé pendant le procédé. L'adhésif résultant est donc sans chrome hexavalent.
Un kit bi-composant pour la fabrication de l'adhésif selon un mode de l'invention particulièrement préféré comprend le composant A, et séparément, le composant B, tels que décrits ci-dessus, les deux composants destinés à être mélangés ensemble pour fabriquer l'adhésif. Le kit permet la mise en œuvre du procédé de fabrication.
Dans l'adhésif bi-composant connu, le chrome hexavalent joue un rôle d'inhibiteur de réaction entre la poudre d'aluminium et le silicate. Sans ce composé, le mélange de poudre d'aluminium et de silicate devient rapidement inutilisable. La présence d'un tel inhibiteur de réaction est obligatoire donc pour la stabilité entre la poudre d'aluminium et le silicate lors du stockage. Comme la poudre d'aluminium et le silicate ne sont pas gardés ensemble dans l'invention, le chrome hexavalent n'est plus nécessaire.
Un technicien qui doit coller un feutre abradable à un support peut donc ramener un kit vers le site. Puis, il sort les deux composants du kit, qui sont chacun déjà dans les proportions nécessaires telles qu'indiquées auparavant. Typiquement, les deux composants sont chacun fourni dans un conteneur respectif. En mélangeant les deux composants de ce kit, un adhésif pour le collage des feutres abradables est obtenu.
Idéalement, le kit est fourni dans les proportions des deux composants telles qu'indiquées auparavant. Autrement dit, quand la totalité des deux composants du kit sont mélangés, l'adhésif consiste, de manière globale, en 38% en masse d'aluminium, 2% en masse d'oxyde de zinc, 48% en masse de silicate et 12% en masse de l'eau. Cela facilite encore la fabrication de l'adhésif, car le technicien n'a qu'à mélanger la totalité des deux composants du kit pour obtenir l'adhésif préféré sans rien peser.
Le kit bi-composant par rapport à un adhésif tri-composant évite les sources d'erreurs supplémentaires lors des pesées, permet de gagner du temps lors du mélange et a moins de contrainte de stockage. Il est prêt à être utilisé dès le mélange réalisé, et surtout, il ne comprend pas de chrome hexavalent (CrVI).
Cet adhésif inorganique est particulièrement adapté pour le collage de feutres abradables, tel que le collage d'un feutre abradable à un support pour un joint labyrinthe. Il est utile également pour des applications hautes températures.
Changer l'ordre de l'étape de mélange, et en tenant des composants séparés, permet de s'affranchir de la présence du chrome hexavalent. On réalise un adhésif sans chrome hexavalent de la même gamme, et même supérieur, que l'adhésif connu. Par conséquent, l'adhésif est moins dangereux pour la santé ainsi que pour l'environnement, et reste toujours compatible (au niveau chimique et physique) pour la même fonction. En outre, elle permet un accroissement de la tenue mécanique, ayant une valeur de rupture plus importante pendant les essais. Ce nouvel adhésif est toujours capable de supporter l'environnement agressif dans le moteur.
L'adhésif de l'invention est bien diffèrent par rapport à l'adhésif connu. L'homme de métier, visant à supprimer le chrome hexavalent, essayera un mélange d'aluminium et de silicate comme dans l'adhésif connu, mais avec un agent autre que le chrome hexavalent, nécessaire pour inhiber la réaction à éviter entre aluminium et silicate. Sinon, il substituera l'adhésif connu qui contient le chrome hexavalent par une solution déjà existante commercialement et spécifique à des applications hautes températures. Il n'arrivera pas au procédé ni au kit de l'invention.
Il faut noter que le terme « adhésif » a été appliqué juste après le mélange des composants, après qu'il ait durci (adhésif état final), et même avant le mélange en kit, pour les raisons évidentes pratiques. Cependant, on comprend selon le contexte de quel état il s'agit.
Bien entendu, bien que cet adhésif soit approprié pour le collage de feutres abradables, il n'est pas ainsi limité et peut également être employé pour le collage d'autres pièces, par exemple, des instruments tel que des capteurs sur des lames du moteur, etc.
En effet, il peut être utilisé partout où l'adhésif connu est employé.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d'un adhésif pour le collage de feutres abradables, le procédé comprenant :
    la fourniture d'une poudre d'aluminium, la fourniture d'une poudre d'oxyde de zinc, la fourniture d'un silicate, une étape de mélange, caractérisé en ce que l'étape de mélange comprend :
    une première étape de mélange pendant laquelle on mélange la poudre d'aluminium avec la poudre d'oxyde de zinc pour former un premier composant, puis une deuxième étape de mélange pendant laquelle on mélange le premier composant avec un deuxième composant comprenant le silicate, moyennant quoi on obtient l'adhésif.
  2. 2. Procédé de fabrication d'un adhésif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première étape comprend le mélange de 94% à 98% en masse de la poudre d'aluminium avec 2% à 6% en masse de la poudre d'oxyde de zinc.
  3. 3. Procédé de fabrication d'un adhésif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième étape comprend le mélange de 35% à 45% en masse du premier composant avec 55% à 65% en masse du deuxième composant.
  4. 4. Procédé de fabrication d'un adhésif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le silicate est un silicate de potassium, un silicate de sodium ou un silicate de calcium.
  5. 5. Procédé de fabrication d'un adhésif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé ne comprend pas la fourniture de chrome hexavalent.
  6. 6. Procédé de fabrication d'un adhésif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend la fourniture de l'eau et l'étape de mélange comprend en outre une troisième étape de mélange, avant la deuxième étape de mélange, pendant laquelle on mélange le silicate avec l'eau pour former le deuxième composant.
  7. 7. Procédé de fabrication d'un adhésif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de l'application de l'adhésif, puis une étape de polymérisation comprenant le séchage et l'étuvage à haute température.
  8. 8. Un adhésif qui peut être fabriqué par le procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'adhésif consiste en de la poudre d'aluminium, la poudre d'oxyde de zinc et le silicate.
  9. 9. Un kit bi-composant pour la fabrication de l'adhésif pour le collage de feutres abradables, caractérisé en ce que le premier composant comprend de la poudre d'aluminium et de la poudre d'oxyde de zinc, et séparément, le deuxième composant comprend un silicate, les deux composants destinés à être mélangés ensemble pour fabriquer l'adhésif.
  10. 10. Un kit selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier composant comprend 94% à 98% en masse de la poudre d'aluminium et 2% à 6% en masse de la poudre d'oxyde de zinc.
  11. 11. Un kit selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le premier composant est 35% à 45% en masse et le deuxième composant est 55% à 65% en masse.
  12. 12. Un kit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le kit ne comprend pas de chrome hexavalent.
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