FR3118900A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING A HOLLOW PIECE IN COMPOSITE MATERIAL - Google Patents
PROCESS FOR MANUFACTURING A HOLLOW PIECE IN COMPOSITE MATERIAL Download PDFInfo
- Publication number
- FR3118900A1 FR3118900A1 FR2100479A FR2100479A FR3118900A1 FR 3118900 A1 FR3118900 A1 FR 3118900A1 FR 2100479 A FR2100479 A FR 2100479A FR 2100479 A FR2100479 A FR 2100479A FR 3118900 A1 FR3118900 A1 FR 3118900A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- preform
- temperature
- matrix
- manufacturing process
- process according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 230000000887 hydrating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 23
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 17
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims description 6
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 6
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- XQZYPMVTSDWCCE-UHFFFAOYSA-N phthalonitrile Chemical compound N#CC1=CC=CC=C1C#N XQZYPMVTSDWCCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920006391 phthalonitrile polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
- B29C70/446—Moulding structures having an axis of symmetry or at least one channel, e.g. tubular structures, frames
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D22/00—Producing hollow articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C49/00—Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
- B29C49/42—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C49/46—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations characterised by using particular environment or blow fluids other than air
- B29C2049/4602—Blowing fluids
- B29C2049/4644—Blowing fluids created by evaporating material, e.g. solid powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C49/00—Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
- B29C49/42—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C49/46—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations characterised by using particular environment or blow fluids other than air
- B29C2049/4602—Blowing fluids
- B29C2049/467—Blowing fluids created by thermal expansion of enclosed amount of gas, e.g. heating enclosed air in preforms or parisons
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C49/00—Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
- B29C49/02—Combined blow-moulding and manufacture of the preform or the parison
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2022/00—Hollow articles
Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce (1) creuse en matériau composite comprenant une matrice polymérique et des fibres noyées dans la matrice polymérique, la pièce (1) comprenant une enveloppe (2) délimitant une cavité (3) interne, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : - (a) Fournir une préforme (4) de la pièce (1) comprenant des plis (4a) jointifs formés des fibres et de la matrice polymérique; - (b) Hydrater la préforme (4) ; - (c) Traiter thermiquement la préforme (4) à une température supérieure à une température initiale ambiante pour créer un dégagement gazeux au sein de la matrice, le dégagement gazeux ayant pour effet de faire gonfler la préforme (4) en éloignant les plis (4a) l’un de l’autre pour créer ladite cavité (3) interne. Figure d’abrégé : Figure 1The invention relates to a method for manufacturing a hollow part (1) made of composite material comprising a polymer matrix and fibers embedded in the polymer matrix, the part (1) comprising an envelope (2) delimiting an internal cavity (3) , the manufacturing process comprising the following steps: - (a) Providing a preform (4) of the part (1) comprising adjoining plies (4a) formed from the fibers and the polymer matrix; - (b) hydrating the preform (4); - (c) Heat treating the preform (4) at a temperature higher than an initial ambient temperature to create a gas evolution within the matrix, the gas evolution having the effect of causing the preform (4) to swell by moving the folds ( 4a) from each other to create said internal cavity (3). Abstract Figure: Figure 1
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
L’invention concerne le domaine technique de la fabrication des pièces creuses en matériau composite, plus particulièrement en matériau composite à matrice organique (CMO). L’invention concerne plus particulièrement les pièces creuses en matériau composite dont la température de cuisson est supérieur à 300°C.The invention relates to the technical field of the manufacture of hollow parts in composite material, more particularly in composite material with an organic matrix (CMO). The invention relates more particularly to hollow parts made of composite material whose firing temperature is greater than 300°C.
Les pièces sont notamment destinées à l’industrie aéronautique et aérospatiale.The parts are intended in particular for the aeronautical and aerospace industry.
Arrière-plan techniqueTechnical background
Un matériau composite est généralement formé d’une matrice renforcée par des fibres noyées dans la matrice. Plus particulièrement, dans le cadre des composites à matrice organique, appelés composite CMO, la matrice organique est formée d’un matériau thermoplastique ou thermodurcissable. Les fibres sont par exemple des fibres longues ou courtes telles que des fibres de carbone, des fibres de verre ou toute fibre convenant selon les applications.A composite material is generally formed of a matrix reinforced by fibers embedded in the matrix. More particularly, in the context of composites with an organic matrix, called CMO composite, the organic matrix is formed of a thermoplastic or thermosetting material. The fibers are for example long or short fibers such as carbon fibers, glass fibers or any fiber suitable according to the applications.
Compte tenu de leur faible poids comparé au matériau métallique tel que l’acier, les matériaux composites à matrice organique trouvent de nombreuses applications dans l’industrie aéronautique ou aérospatiale. Ainsi, de nombreuses pièces structurelles d’aéronef par exemple sont réalisées dans ces matériaux composites.Given their low weight compared to metallic material such as steel, organic matrix composite materials find many applications in the aeronautical or aerospace industry. Thus, many structural parts of aircraft, for example, are made of these composite materials.
Afin de davantage réduire le poids des aéronefs et d’en augmenter les performances globales, il a été proposé de réaliser des pièces structurelles creuses. Les pièces composites creuses comprennent typiquement une enveloppe délimitant une cavité interne. La section de la pièce structurelle peut être circulaire, rectangulaire ou de toute géométrie selon la pièce.In order to further reduce the weight of aircraft and increase its overall performance, it has been proposed to make hollow structural parts. Hollow composite parts typically include an envelope defining an internal cavity. The section of the structural part can be circular, rectangular or of any geometry depending on the part.
Ces pièces structurelles creuses en matériau composite sont fabriquées selon plusieurs étapes. Généralement, une première étape de fourniture d’une préforme est réalisée. Durant cette étape, des plis formés d’un pré imprégné sont drapés autour d’un noyau. Le noyau est par exemple une vessie souple en matériau silicone. La vessie souple présente par ailleurs une interface apte à coopérer avec un dispositif de mise en pression externe. Les plis sont ensuite placés dans un moule démontable présentant une surface interne d’une géométrie conforme à la géométrie de la pièce souhaitée.These hollow structural parts made of composite material are manufactured in several stages. Generally, a first step of supplying a preform is carried out. During this stage, plies formed from a prepreg are draped around a core. The core is for example a flexible bladder made of silicone material. The flexible bladder also has an interface capable of cooperating with an external pressurizing device. The folds are then placed in a removable mold having an internal surface with a geometry that conforms to the geometry of the desired part.
Ensuite, une pression est appliquée à l’intérieur du noyau. Ceci permet de faire gonfler le noyau de sorte à plaquer les plis contre la surface interne du moule et de former une préforme présentant une enveloppe et une cavité interne occupée par le noyau. Par ailleurs, lors de cette mise en pression, la préforme est soumise à un traitement thermique, appelé cuisson, durant lequel le matériau de la matrice de la préforme est complètement durci. Le noyau est apte à résister aux pressions et aux températures nécessaires à la cuisson de la préforme composite.Then, pressure is applied inside the core. This makes it possible to inflate the core so as to press the plies against the internal surface of the mold and to form a preform having an envelope and an internal cavity occupied by the core. Moreover, during this pressurization, the preform is subjected to a heat treatment, called curing, during which the material of the matrix of the preform is completely hardened. The core is capable of withstanding the pressures and temperatures necessary for curing the composite preform.
Compte tenu de certains niveaux de températures, certaines résines ne peuvent être mises en œuvre pour former la matrice du composite par la méthode du noyau formé par la vessie souple en silicone. Par exemple, les résines polyimides ne peuvent être employées car leur température de polymérisation est de l’ordre de 350°C. Or, un noyau formé d’une résine en silicone ne peut résister à de telles températures. En outre, les résines polyimides pré imprégnés contiennent des solvants qu’il faut évacuer sous forme volatile lors de la cuisson ce qui n’est pas faisable avec une telle méthode. Un tel procédé de fabrication est donc inadapté pour les pré imprégnés polyimides.Given certain temperature levels, some resins cannot be used to form the matrix of the composite by the core method formed by the flexible silicone bladder. For example, polyimide resins cannot be used because their polymerization temperature is around 350°C. However, a core made of a silicone resin cannot withstand such temperatures. In addition, pre-impregnated polyimide resins contain solvents that must be evacuated in volatile form during curing, which is not feasible with such a method. Such a manufacturing process is therefore unsuitable for polyimide prepregs.
Par ailleurs, lorsque le durcissement de la résine est achevé, le démoulage de la préforme peut avoir lieu. Une fois la préforme démoulée, le noyau doit être retiré pour obtenir la pièce creuse finale. Le noyau doit être retiré par un orifice ménagé dans l’enveloppe de la préforme. La taille de l’orifice doit être au moins égale à la taille du noyau pour autoriser son passage. Cette étape est ainsi complexe à mettre en œuvre.Furthermore, when the hardening of the resin is complete, the demolding of the preform can take place. Once the preform has been demoulded, the core must be removed to obtain the final hollow part. The core must be removed through a hole in the preform envelope. The size of the orifice must be at least equal to the size of the core to allow its passage. This step is therefore complex to implement.
Il existe par conséquent un besoin de fournir un procédé de fabrication d’une pièce creuse en matériau composite, en particulier haute température, qui soit simple à mettre en œuvre.There is therefore a need to provide a method for manufacturing a hollow part in composite material, in particular at high temperature, which is simple to implement.
A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’une pièce creuse en matériau composite comprenant une matrice polymérique et des fibres noyées dans la matrice polymérique, la pièce comprenant une enveloppe délimitant une cavité interne, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :To this end, the invention proposes a method for manufacturing a hollow part made of composite material comprising a polymer matrix and fibers embedded in the polymer matrix, the part comprising an envelope delimiting an internal cavity, the method of manufacture comprising the steps following:
-(a) fournir une préforme de la pièce comprenant des plis jointifs formés des fibres et de la matrice polymérique;-(a) providing a preform of the part comprising adjoining plies formed from the fibers and the polymer matrix;
-(b) hydrater la préforme ;-(b) hydrating the preform;
-(c) traiter thermiquement la préforme à une température supérieure à une température initiale ambiante pour créer un dégagement gazeux au sein de la matrice, le dégagement gazeux ayant pour effet de faire gonfler la préforme en éloignant les plis l’un de l’autre pour créer ladite cavité interne.-(c) heat treating the preform at a temperature above an initial ambient temperature to create a gas evolution within the matrix, the gas evolution having the effect of causing the preform to swell by moving the plies away from each other to create said internal cavity.
Ainsi, selon l’invention, une fois la préforme formée, cette dernière est hydratée. La préforme comprend ainsi des molécules d’eau. Lors du traitement thermique de l’étape (c) l’eau adsorbée par la préforme devient gazeuse et se concentre dans la zone moins cohésive de la préforme jusqu’à délaminer et créer une cavité dans la préforme en poussant les parties délaminées. Une pièce creuse est ainsi obtenue.Thus, according to the invention, once the preform has been formed, the latter is hydrated. The preform thus comprises water molecules. During the heat treatment of step (c) the water adsorbed by the preform becomes gaseous and concentrates in the less cohesive zone of the preform until it delaminates and creates a cavity in the preform by pushing the delaminated parts. A hollow part is thus obtained.
Par conséquent, le procédé selon l’invention permet de s’affranchir d’un noyau pour former la cavité interne de la pièce. Aussi, il n’est plus nécessaire d’appliquer une pression élevée pour créer la cavité ce qui facilite la mise en œuvre du procédé. Le procédé est d’autant plus simplifié que selon l’invention, il n’est plus nécessaire de procéder à une étape de retrait du noyau.Consequently, the method according to the invention makes it possible to dispense with a core to form the internal cavity of the part. Also, it is no longer necessary to apply high pressure to create the cavity, which facilitates the implementation of the process. The method is all the more simplified in that according to the invention, it is no longer necessary to carry out a step of removing the core.
Le procédé selon l’invention comprend les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison les unes avec les autres :The method according to the invention comprises the following characteristics, taken alone or in combination with each other:
- la concentration massique d’eau dans la préforme est supérieure à 0,5% et inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1% à l’issue de l’étape (b) d’hydratation ;- the mass concentration of water in the preform is greater than 0.5% and less than 2%, preferably less than 1% at the end of step (b) of hydration;
- le traitement thermique de l’étape est réalisé à une température plateau comprise entre 300°C et 400°C, de préférence entre 300°C et 380°C ;- the heat treatment of the step is carried out at a plateau temperature of between 300°C and 400°C, preferably between 300°C and 380°C;
- l’étape (c) comprend les sous étapes suivantes :- step (c) includes the following sub-steps:
- (c1) incrémenter la température initiale de 1 à 2°C par minute jusqu’à atteindre une première température ;- (c1) increase the initial temperature by 1 to 2°C per minute until a first temperature is reached;
- (c2) incrémenter la première température de 0,5°C par minute jusqu’à atteindre la température plateau;- (c2) increase the first temperature by 0.5°C per minute until the plateau temperature is reached;
- (c3) maintenir la température plateau pendant une durée comprise entre 0 heure et 6 heures.- (c3) maintain the plateau temperature for a period of between 0 hours and 6 hours.
- l’étape (a) comprend les sous étapes suivantes :- step (a) includes the following sub-steps:
- (a1) draper au sein d’un moule les plis formés des fibres imprégnées d’une résine destinée à former la matrice;- (a1) draping within a mold the folds formed from the fibers impregnated with a resin intended to form the matrix;
- (a2) optionnellement, insérer un séparateur entre les plis ;- (a2) optionally, insert a separator between the folds;
- (a3) traiter thermiquement les plis afin de polymériser la résine pour former la matrice et la préforme ;- (a3) heat treating the plies in order to polymerize the resin to form the matrix and the preform;
- la préforme comprend au moins une bride d’extrémité permettant de délimiter le gonflement de la préforme ;- the preform comprises at least one end flange making it possible to delimit the swelling of the preform;
- lors de l’étape (c), la préforme coopère avec un moule pour délimiter le gonflement de la préforme ;- during step (c), the preform cooperates with a mold to delimit the swelling of the preform;
- la cavité présente une hauteur comprise entre 5 mm et 200 mm ;- the cavity has a height of between 5 mm and 200 mm;
- l’étape (b) est réalisée à une température initiale comprise entre 20°C et 80°C et à une humidité relative de l’air comprise entre 50% et 90%.- step (b) is carried out at an initial temperature of between 20°C and 80°C and at a relative air humidity of between 50% and 90%.
- le matériau de la matrice polymérique est choisi parmi les résines de la famille des polyimides, par exemple de type PMR-15 ou les résines de la famille des phtalonitriles ou un mélange de celles-ci.- the material of the polymeric matrix is chosen from resins of the polyimide family, for example of the PMR-15 type or resins of the phthalonitrile family or a mixture thereof.
Brève description des figuresBrief description of figures
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages will emerge from the following description of a non-limiting embodiment of the invention with reference to the appended drawings in which:
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
Un exemple d’une pièce 1 creuse en matériau composite est par exemple représentée en coupe transversale sur la
La pièce 1 est par exemple une pièce structurelle destinée à équiper une turbomachine d’un aéronef (non représenté). La pièce 1 est par exemple une aube ou un bras de carter.Part 1 is for example a structural part intended to equip a turbomachine of an aircraft (not shown). Part 1 is for example a vane or a casing arm.
La pièce 1 présente dans l’exemple de la
La pièce 1 est réalisée en un matériau composite. Le matériau composite comprend une matrice et des fibres noyées dans la matrice. Optionnellement, le matériau composite comprend également des additifs.Part 1 is made of a composite material. The composite material includes a matrix and fibers embedded in the matrix. Optionally, the composite material also includes additives.
Les fibres sont par exemple des fibres de verre, de quartz ou de carbone. De manière préférée, les fibres sont tissées.The fibers are for example glass, quartz or carbon fibers. Preferably, the fibers are woven.
La matrice est une matrice polymérique. Le matériau de la matrice polymérique est choisi parmi les résines de la famille des polyimides par exemple de type PMR-15 ou de type RM1100 ou les résines de la famille des phtalonitriles ou un mélange de celles-ci. La température de polymérisation du matériau de la matrice polymérique est comprise entre 300°C et 400°C, de préférence de 350°C.The matrix is a polymer matrix. The material of the polymeric matrix is chosen from resins of the polyimide family, for example of the PMR-15 type or of the RM1100 type or the resins of the phthalonitrile family or a mixture thereof. The polymerization temperature of the polymeric matrix material is between 300°C and 400°C, preferably 350°C.
La pièce 1 est une pièce monolithique. La pièce 1 comprend une enveloppe 2 délimitant une cavité interne 3. L’épaisseur de l’enveloppe 2 est constante ou variable. Elle est généralement comprise entre 1 mm et 10mm, et préférentiellement entre 1 mm et 5mm. Préférentiellement, l’enveloppe 2 de la pièce 1 présente deux parois latérales 2a, 2b et éventuellement deux parois transversales 2c, 2d s’étendant transversalement par rapport aux parois latérales 2a, 2b.Part 1 is a monolithic part. Part 1 comprises an envelope 2 delimiting an internal cavity 3. The thickness of envelope 2 is constant or variable. It is generally between 1 mm and 10 mm, and preferably between 1 mm and 5 mm. Preferably, the casing 2 of part 1 has two side walls 2a, 2b and possibly two transverse walls 2c, 2d extending transversely relative to the side walls 2a, 2b.
La distance D entre les parois latérales 2a, 2b est de préférence comprise entre 5 mm et 200 mm. Ceci représente la hauteur de la cavité 3.The distance D between the side walls 2a, 2b is preferably between 5 mm and 200 mm. This represents the height of cavity 3.
La pièce 1 creuse en matériau composite est réalisée selon un procédé représenté sur la
La préforme 4 correspond à la pièce 1 durant les étapes de fabrication, avant l’obtention de la pièce 1. Avantageusement, la préforme 4 comprend au moins une bride 5 d’extrémité, par exemple deux brides 5 d’extrémité comme représenté sur la
La préforme 4 est composée d’un assemblage de plis 4a. De manière non représentée, la préforme 4 comprend par exemple treize plis 4a. Les plis 4a sont formés des fibres et de la matrice. Les plis 4a sont dans l’étape (a) jointifs. Selon la présente invention, un pli 4a correspond à une épaisseur ou une couche de fibres imprégnées de la matrice.The preform 4 is composed of an assembly of plies 4a. In a manner not shown, the preform 4 comprises for example thirteen plies 4a. The folds 4a are formed from the fibers and the matrix. Folds 4a are in step (a) contiguous. According to the present invention, a ply 4a corresponds to a thickness or a layer of fibers impregnated with the matrix.
Avantageusement, la fourniture de la préforme 4 dans l’étape (a) est réalisée en plusieurs sous étapes. Une première sous étape (a1) dans laquelle les plis 4a sont drapés au sein d’un moule (non représenté) est réalisée. Dans cette première sous étape (a1) les plis sont formés des fibres imprégnées d’une résine destinée à former la matrice, appelés pré-imprégnés. La résine est dans un état non durci dans l’étape (a1) de drapage.Advantageously, the supply of the preform 4 in step (a) is carried out in several sub-steps. A first sub-step (a1) in which the folds 4a are draped within a mold (not shown) is carried out. In this first sub-step (a1) the plies are formed from fibers impregnated with a resin intended to form the matrix, called pre-pregs. The resin is in an uncured state in step (a1) draping.
Comme représenté sur les figures 3a et 3b, optionnellement, lors d’une sous étape (a2), un séparateur 6 est inséré entre les plis 4a. Comme représenté sur la
A l’issue de l’étape (a1) de drapage, les plis 4a sont traités thermiquement dans une étape (a3) afin de polymériser la résine pour former la matrice. Un tel traitement thermique est appelé cuisson. Le traitement thermique est réalisé à une température comprise entre 300°C et 400°C, de préférence 350°C. Ceci permet ainsi de former la préforme 4. Préférentiellement, le traitement thermique dans l’étape (a3) est réalisé sous pression et sous vide pendant une durée comprise entre 1h et 5h, par exemple de 3h. Le traitement thermique dans l’étape (a3) est par exemple réalisé dans un autoclave.At the end of step (a1) of draping, the plies 4a are heat-treated in a step (a3) in order to polymerize the resin to form the matrix. Such heat treatment is called baking. The heat treatment is carried out at a temperature between 300°C and 400°C, preferably 350°C. This thus makes it possible to form the preform 4. Preferably, the heat treatment in step (a3) is carried out under pressure and under vacuum for a period of between 1 hour and 5 hours, for example 3 hours. The heat treatment in step (a3) is for example carried out in an autoclave.
Selon un autre exemple de réalisation de l’étape (a), la fourniture de la préforme 4 est réalisée par moulage par transfert de résine (RTM pour « resin transfert molding » en langue anglaise).According to another embodiment of step (a), the provision of the preform 4 is made by resin transfer molding (RTM for “resin transfer molding” in English).
Ensuite, dans une étape (b) du procédé, la préforme 4 est hydratée. Lors de cette étape, des molécules d’eau sont fixées à la préforme 4 par adsorption. L’eau adsorbée par la préforme 4 devient gazeuse et se concentre dans la zone moins cohésive de la préforme 4 jusqu’à permettre la délamination et créer une cavité en poussant les parties ainsi délaminées.Then, in a step (b) of the method, the preform 4 is hydrated. During this step, water molecules are fixed to the preform 4 by adsorption. The water adsorbed by the preform 4 becomes gaseous and concentrates in the less cohesive zone of the preform 4 until it allows delamination and creates a cavity by pushing the parts thus delaminated.
Préférentiellement, l’étape (b) d’hydratation de la préforme 4 est réalisée à une température initiale comprise entre 20°C et 80°C. La température initiale est par exemple égale à la température ambiante. Par température ambiante, il est entendu la température dans l’air du milieu ambiant. Par convention, cette température est généralement comprise entre 20°C et 25°C, par exemple 23°C.Preferably, step (b) of hydrating the preform 4 is carried out at an initial temperature of between 20°C and 80°C. The initial temperature is for example equal to the ambient temperature. Ambient temperature means the temperature in the air of the surrounding environment. By convention, this temperature is generally between 20°C and 25°C, for example 23°C.
Préférentiellement, dans l’étape (b), l’humidité relative (HR) de l’air appelée également degré hygrométrique, est comprise entre 50% et 90% et préférentiellement de 55% telle que mesurée à température ambiante et pression atmosphérique. L’étape (b) peut être réalisée dans une salle à hygrométrie contrôlée ou dans une enceinte climatique. Une telle température et humidité relative permet d’accélérer l’hydratation de la préforme 4. Possiblement, la température dans la salle à hygrométrie contrôlée ou dans l’enceinte climatique peut être d’environ 70°C et 85 % d’humidité relative afin d’accélérer encore davantage l’étape d’hydratation.Preferably, in step (b), the relative humidity (RH) of the air, also called hygrometric degree, is between 50% and 90% and preferably 55% as measured at ambient temperature and atmospheric pressure. Step (b) can be carried out in a room with controlled hygrometry or in a climatic chamber. Such a temperature and relative humidity makes it possible to accelerate the hydration of the preform 4. Possibly, the temperature in the room with controlled hygrometry or in the climatic chamber can be around 70° C. and 85% relative humidity in order to further accelerate the hydration step.
Avantageusement, à l’issue de l’étape (b) d’hydratation, la concentration massique d’eau dans la préforme 4 est supérieure à 0,5% et inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1%. Une telle concentration permet d’assurer un dégagement gazeux suffisant pour éloigner les plis 4a et former la cavité 3.Advantageously, at the end of step (b) of hydration, the mass concentration of water in the preform 4 is greater than 0.5% and less than 2%, preferably less than 1%. Such a concentration makes it possible to ensure sufficient gas release to move the folds 4a away and form the cavity 3.
Ensuite, dans une étape (c) la préforme 4 est soumise à un traitement thermique. Ce traitement thermique intervient sur la préforme 4 dans laquelle le matériau de la matrice est durci. Ainsi, ce traitement thermique est appelé traitement thermique post-cuisson. Le traitement thermique lors de l’étape (c) est avantageusement réalisé pendant une durée inférieure ou égale à 20h, de préférence à pression atmosphérique. Ce traitement thermique est avantageusement réalisé à une température plateau comprise entre 300°C et 400°C, de préférence entre 300°C et 380°C, avantageusement de 350°C. Par température plateau, il est entendu une température maintenue constante pendant un temps déterminé.Then, in a step (c) the preform 4 is subjected to a heat treatment. This heat treatment takes place on the preform 4 in which the material of the matrix is hardened. Thus, this heat treatment is called post-bake heat treatment. The heat treatment during step (c) is advantageously carried out for a period of less than or equal to 20 hours, preferably at atmospheric pressure. This heat treatment is advantageously carried out at a plateau temperature of between 300°C and 400°C, preferably between 300°C and 380°C, advantageously 350°C. By plateau temperature, it is understood a temperature maintained constant for a determined time.
Plus particulièrement, l’étape (c) de traitement thermique peut être déclinée en plusieurs sous-étapes. Une première sous étape (c1) est réalisée, dans laquelle la température initiale, qui est par exemple la température ambiante, est incrémentée de 1°C à 2°C par minute jusqu’à atteindre une première température. La première température est par exemple comprise 200°C et 300°C.More particularly, step (c) of heat treatment can be broken down into several sub-steps. A first sub-step (c1) is carried out, in which the initial temperature, which is for example the ambient temperature, is increased by 1°C to 2°C per minute until a first temperature is reached. The first temperature is for example between 200°C and 300°C.
Une seconde sous étape (c2) dans laquelle la première température est incrémentée de 0,5°C par minute jusqu’à atteindre la température plateau peut ensuite être réalisée. ;A second sub-step (c2) in which the first temperature is increased by 0.5°C per minute until the plateau temperature is reached can then be performed. ;
Ensuite, la température plateau peut être maintenue dans une étape (c3) pendant une durée comprise entre 0 heure et 6 heures.Then, the plateau temperature can be maintained in a step (c3) for a period of between 0 hour and 6 hours.
Le traitement thermique permet de créer un dégagement gazeux tel que de la vapeur d’eau par exemple au sein de la matrice, le dégagement gazeux ayant pour effet d’éloigner les plis 4a, en d’autres termes de délaminer les plis 4a, pour créer ladite cavité 3 interne de la pièce 1 comme représenté sur la
La pièce 1 creuse ainsi formée est autorisée à descendre en température jusqu’à la température initiale ambiante. La température plateau est par exemple diminuée de 0,5°C à 5°C par minute jusqu’à température ambiante.The hollow part 1 thus formed is allowed to drop in temperature to the initial ambient temperature. For example, the plateau temperature is reduced by 0.5°C to 5°C per minute down to ambient temperature.
Selon un exemple de réalisation, représenté par exemple sur les figures 4a, 4b, 5a et 5b, lors du traitement thermique de l’étape (c), la préforme 4 coopère avec un moule 9 pour délimiter le gonflement de la préforme 4. Le moule 9 est de préférence démontable.According to an exemplary embodiment, represented for example in FIGS. 4a, 4b, 5a and 5b, during the heat treatment of step (c), the preform 4 cooperates with a mold 9 to delimit the swelling of the preform 4. The mold 9 is preferably removable.
Selon un premier exemple de réalisation représenté sur les figures 4a, 4b, le moule 9 est un contre moule 10 formé de deux mors d’extrémité 10a, 10b. Les mors d’extrémité 10a, 10b sont destinés à enserrer les extrémités de la préforme 4. Plus particulièrement, les mors d’extrémité 10a, 10b enserrent les brides 5 de la préforme 4. Les mors d’extrémité 10a, 10b enserrent la préforme 4 par exemple avec un jeu permettant d’autoriser le délaminage des plis 4a aux extrémités de la préforme 4 durant le traitement thermique comme représenté sur la
Selon un autre exemple de réalisation représenté sur les figures 5a, 5b, le moule 9 est un moule complet 11 comprenant une paroi délimitant un espace interne recevant la préforme 4. L’espace interne du moule complet 11 présente une surface de la géométrie de la pièce 1. Le moule complet 11 comprend préférentiellement deux parties pour faciliter le démoulage de la pièce 1 à l’issue du traitement thermique de l’étape (c). Le délaminage des plis 4a de la préforme 4 est ainsi limitée par la paroi du moule complet 11 comme représenté sur la
Selon encore un autre exemple non représenté, les brides 5 d’extrémité permettent à elles seules de délimiter le gonflement de la préforme 4.According to yet another example not shown, the end flanges 5 alone make it possible to delimit the swelling of the preform 4.
Une étape supplémentaire (d) (non représentée) d’usinage de la pièce 1 peut être réalisée. Par exemple, les brides 5 peut être retirées par usinage pour former une pièce (1) sans brides.An additional step (d) (not shown) of machining part 1 can be performed. For example, the flanges 5 can be removed by machining to form a part (1) without flanges.
Claims (10)
- (a) Fournir une préforme (4) de la pièce (1) comprenant des plis (4a) jointifs formés des fibres et de la matrice polymérique;
- (b) Hydrater la préforme (4) ;
- (c) Traiter thermiquement la préforme (4) à une température supérieure à une température initiale ambiante pour créer un dégagement gazeux au sein de la matrice, le dégagement gazeux ayant pour effet de faire gonfler la préforme (4) en éloignant les plis (4a) l’un de l’autre pour créer ladite cavité (3) interne.Method of manufacturing a hollow part (1) made of composite material comprising a polymer matrix and fibers embedded in the polymer matrix, the part (1) comprising an envelope (2) delimiting an internal cavity (3), the method of manufacturing including the following steps:
- (a) Providing a preform (4) of the part (1) comprising adjoining plies (4a) formed from the fibers and the polymer matrix;
- (b) hydrating the preform (4);
- (c) Heat treating the preform (4) at a temperature above an initial ambient temperature to create a gas evolution within the matrix, the gas evolution having the effect of causing the preform (4) to swell by moving the folds ( 4a) from each other to create said internal cavity (3).
- (c1) Incrémenter la température initiale de 1 à 2°C par minute jusqu’à atteindre une première température ;
- (c2) Incrémenter la première température de 0,5°C par minute jusqu’à atteindre la température plateau;
- (c3) Maintenir la température plateau pendant une durée comprise entre 0 heure et 6 heures.Manufacturing process according to the preceding claim, characterized in that step (c) comprises the following sub-steps:
- (c1) Increase the initial temperature by 1 to 2°C per minute until a first temperature is reached;
- (c2) Increase the first temperature by 0.5°C per minute until the plateau temperature is reached;
- (c3) Maintain the plateau temperature for a period between 0 hours and 6 hours.
- (a1) Draper au sein d’un moule les plis (4a) formés des fibres imprégnées d’une résine destinée à former la matrice;
- (a2) Optionnellement, insérer un séparateur entre les plis (4a) ;
- (a3) Traiter thermiquement les plis (4a) afin de polymériser la résine pour former la matrice et la préforme (4).Manufacturing process according to any one of the preceding claims, characterized in that step (a) comprises the following sub-steps:
- (a1) Drape within a mold the folds (4a) formed of the fibers impregnated with a resin intended to form the matrix;
- (a2) Optionally, insert a separator between the folds (4a);
- (a3) Heat treating the plies (4a) in order to polymerize the resin to form the matrix and the preform (4).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2100479A FR3118900B1 (en) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | PROCESS FOR MANUFACTURING A HOLLOW PIECE IN COMPOSITE MATERIAL |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2100479A FR3118900B1 (en) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | PROCESS FOR MANUFACTURING A HOLLOW PIECE IN COMPOSITE MATERIAL |
FR2100479 | 2021-01-19 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3118900A1 true FR3118900A1 (en) | 2022-07-22 |
FR3118900B1 FR3118900B1 (en) | 2023-07-28 |
Family
ID=75438977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR2100479A Active FR3118900B1 (en) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | PROCESS FOR MANUFACTURING A HOLLOW PIECE IN COMPOSITE MATERIAL |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3118900B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06126815A (en) * | 1991-04-30 | 1994-05-10 | Isuzu Motors Ltd | Method for molding plastic hollow structure member |
-
2021
- 2021-01-19 FR FR2100479A patent/FR3118900B1/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06126815A (en) * | 1991-04-30 | 1994-05-10 | Isuzu Motors Ltd | Method for molding plastic hollow structure member |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
MEHDIKHANI MAHOOR ET AL: "Voids in fiber-reinforced polymer composites: A review on their formation, characteristics, and effects on mechanical performance", JOURNAL OF COMPOSITE MATERIALS, vol. 53, no. 12, 1 May 2019 (2019-05-01), USA, pages 1579 - 1669, XP055843775, ISSN: 0021-9983, Retrieved from the Internet <URL:https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/0021998318772152> DOI: 10.1177/0021998318772152 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3118900B1 (en) | 2023-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2930813C (en) | Method for impregnation of a fibrous preform and device for implementation of the said method | |
EP3548239B1 (en) | Method for manufacturing a woven fibrous preform and a composite material part | |
CA2902849C (en) | Injection mould for manufacturing a rotary part made of a composite material having external flanges, in particular of a gas turbine casing | |
EP2560808A1 (en) | Device for manufacturing a casing made of a composite material and manufacturing method employing such a device | |
CA2957834C (en) | Diffuser vane made of composite material for a gas turbine engine and method for manufacturing same | |
FR3074088A1 (en) | REINFORCED COMPOSITE MATERIAL CASING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME | |
CA2232097C (en) | Process for producing precision hollow composite parts | |
EP3188899A1 (en) | Pre-polymerized thermosetting composite part and methods for making such a part | |
FR2852884A1 (en) | PROCESS FOR MANUFACTURING POLYIMIDE MATRIX COMPOSITE PARTS | |
FR3118900A1 (en) | PROCESS FOR MANUFACTURING A HOLLOW PIECE IN COMPOSITE MATERIAL | |
BE1019293A5 (en) | METHOD AND DEVICE FOR MOLDING PIECES OF COMPOSITE MATERIAL. | |
CA2880900A1 (en) | Method for producing a mould intended for moulding a composite part | |
WO2019016142A1 (en) | Method for assembling parts, in particular composite parts with fibrous reinforcements, by gluing | |
EP2836360A1 (en) | Method for shaping a film of a material that has low resistance to traction, and mirror comprising such a film | |
EP2911864B1 (en) | Method for producing parts made of thermosetting composite by laying of fibres of preimpregnated material | |
FR3094265A1 (en) | TOOLS FOR PREFORMING A FIBROUS PREFORM AND PROCESS FOR PREFORMING A FIBROUS PREFORM | |
EP2911863B1 (en) | Method for producing thermosetting composite parts by drape-forming of preimpregnated material | |
US20210078266A1 (en) | Method for producing fiber-reinforced plastic from prepreg | |
EP2981571B1 (en) | Method for preparing a welded structural link between a thermoplastic matrix composite material and an elastomer | |
EP3877161A1 (en) | Curing mold for manufacturing a turbomachine component made of composite material from a preform and method for manufacturing a component by means of such a mold | |
FR2999469A1 (en) | Manufacturing composite material parts with open cell core, comprises placing mold in core provided on face of sealing layer, preforming sealing layer; bonding layer with core, and introducing structural resin between mold and layer | |
EP0936056A1 (en) | Process and apparatus for moulding without a press | |
FR2683731A1 (en) | Method for manufacturing a complex moulded structure and, in particular, a ski |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20220722 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |