FR3129869A1 - Process for manufacturing a composite material part by draping fibrous textures - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite par drapage de textures fibreuses Procédé (200) de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant au moins : la formation d’une préforme fibreuse (201) de la pièce à obtenir par dépôt d’une pluralité de textures fibreuses imprégnées d’une première résine liante par drapage des textures fibreuses, le dépôt étant effectué sur un textile d’arrachage comprenant une deuxième résine liante présente en une teneur en poids sec comprise entre 3 g/m² et 15 g/m² et étant réalisé à une température de travail permettant l’adhésion des première et deuxième résines liantes ;l’élimination des première et deuxième résines liantes (202) dans la préforme ainsi formée, etla formation d’une matrice (203) dans la porosité de la préforme fibreuse après l’élimination des première et deuxième résines liantes, et l’élimination du textile d’arrachage afin d’obtenir la pièce en matériau composite. Figure pour l’abrégé : Fig. 2Method for manufacturing a part made of composite material by draping fibrous textures Method (200) for manufacturing a part made of composite material comprising at least: the formation of a fibrous preform (201) of the part to be obtained by depositing a plurality of fibrous textures impregnated with a first binder resin by draping the fibrous textures, the deposition being carried out on a tear-away textile comprising a second binder resin present in a dry weight content of between 3 g/m² and 15 g /m² and being carried out at a working temperature allowing the adhesion of the first and second binder resins;the elimination of the first and second binder resins (202) in the preform thus formed, andthe formation of a matrix (203) in the porosity of the fibrous preform after the elimination of the first and second binder resins, and the elimination of the tear-off textile in order to obtain the part made of composite material. Figure for abstract: Fig. 2
Description
La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication de pièces en matériau composite, et plus particulièrement à la fabrication de pièces en matériau composite mettant en œuvre un drapage par placement automatique de fibres.The present invention relates to the general field of the manufacture of parts made of composite material, and more particularly to the manufacture of parts made of composite material implementing draping by automatic fiber placement.
Il est connu de réaliser des pièces en matériau composite par drapage en forme de strates de renfort fibreux pré-imprégnées. Dans certaines techniques actuelles, le drapage est effectué manuellement par un opérateur. Ces techniques peuvent engendrer des coûts de production de pièces relativement élevés et des risques d’erreur de positionnement des strates. Cela conduit à une certaine variabilité dans les performances mécaniques des pièces obtenues et à des pièces dont les propriétés mécaniques peuvent être améliorées.It is known to produce composite material parts by draping in the form of pre-impregnated fibrous reinforcement layers. In some current techniques, draping is performed manually by an operator. These techniques can lead to relatively high part production costs and risks of strata positioning error. This leads to a certain variability in the mechanical performance of the parts obtained and to parts whose mechanical properties can be improved.
D’autres solutions ont été développées comme la technique de placement automatique de fibres (« Automated Fiber Placement », AFP). Cette technique mécanisée présente un intérêt pour réduire le coût de production des pièces en matériau composite. Dans l’art antérieur, un liant, activable lors de la chauffe du robot AFP, est utilisé pour que les fibres adhèrent entre elles lors de la dépose et de leur placement. Ainsi, lors du drapage d’un pli de fibres sur un pli déjà déposé, le système de chauffe du robot va activer à la fois le liant présent sur les fibres du pli déjà déposé et le liant présent sur les fibres du pli en cours de dépôt. Cela permet une adhésion entre les fibres des deux plis.Other solutions have been developed such as the technique of automatic fiber placement (“Automated Fiber Placement”, AFP). This mechanized technique is of interest for reducing the production cost of composite material parts. In the prior art, a binder, which can be activated when the AFP robot is heated, is used so that the fibers adhere to each other during removal and placement. Thus, when laying up a ply of fibers on a ply already deposited, the robot's heating system will activate both the binder present on the fibers of the ply already deposited and the binder present on the fibers of the ply in progress. deposit. This allows adhesion between the fibers of the two plies.
Pour réaliser le drapage du premier pli, l’adhésion ne se fait qu’à l’aide du liant présent sur les fibres du pli en cours de dépôt et elle est donc moindre que lors d’un drapage de pli à pli.To carry out the draping of the first ply, the adhesion is only done using the binder present on the fibers of the ply being deposited and it is therefore less than during a draping from ply to ply.
De plus, le drapage du premier pli se fait sur un textile technique ou textile d’arrachage. Ce textile est notamment utile lors du démoulage des strates drapées ou, s’il présente des propriétés filtrantes, lors du déliantage consistant à enlever le liant présent sur les fibres et/ou lors de l’injection d’une barbotine pour former une matrice dans les strates drapées. Néanmoins, ce textile diminue la surface de contact avec les fibres du premier pli, ce qui rend l’adhésion plus difficile. Or un premier pli avec une mauvaise adhésion peut se décoller avant le drapage du second pli ou certaines fibres du premier pli peuvent se décoller et se déplacer lors du drapage du second pli.In addition, the draping of the first ply is done on a technical textile or tear-off textile. This textile is particularly useful during the demoulding of draped strata or, if it has filtering properties, during debinding consisting in removing the binder present on the fibers and/or during the injection of a slip to form a matrix in draped strata. However, this textile reduces the contact surface with the fibers of the first ply, which makes adhesion more difficult. However, a first ply with poor adhesion can come off before the draping of the second ply or certain fibers of the first ply can come off and move during the draping of the second ply.
Il est donc souhaitable de disposer d’un procédé de fabrication par placement automatique des fibres dans lequel l’adhésion des fibres du premier pli est améliorée.It is therefore desirable to have a manufacturing process by automatic fiber placement in which the adhesion of the fibers of the first ply is improved.
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant au moins :The invention relates to a method for manufacturing a part made of composite material comprising at least:
- la formation d’une préforme fibreuse de la pièce à obtenir par dépôt d’une pluralité de textures fibreuses imprégnées d’une première résine liante par drapage des textures fibreuses, le dépôt étant effectué sur un textile d’arrachage comprenant une deuxième résine liante présente en une teneur en poids sec comprise entre 3 g/m² et 15 g/m² et étant réalisé à une température de travail permettant l’adhésion des première et deuxième résines liantes ;the formation of a fibrous preform of the part to be obtained by depositing a plurality of fibrous textures impregnated with a first binder resin by draping the fibrous textures, the deposition being carried out on a tear-off textile comprising a second binder resin present in a dry weight content of between 3 g/m² and 15 g/m² and being produced at a working temperature allowing the adhesion of the first and second binder resins;
- l’élimination des première et deuxième résines liantes dans la préforme ainsi formée, eteliminating the first and second binder resins in the preform thus formed, and
- la formation d’une matrice dans la porosité de la préforme fibreuse après l’élimination des première et deuxième résines liantes, et l’élimination du textile d’arrachage afin d’obtenir la pièce en matériau composite.the formation of a matrix in the porosity of the fibrous preform after the elimination of the first and second binder resins, and the elimination of the tear-off textile in order to obtain the part made of composite material.
Le textile d’arrachage est un textile technique qui est destiné à être enlevé ou éliminé de la préforme. Il permet la décohésion de la préforme à l’outillage, par exemple à un moule.The tear-off textile is a technical textile which is intended to be removed or eliminated from the preform. It allows the decohesion of the preform to the tooling, for example to a mould.
Ainsi, grâce à l’invention, l’adhésion de la première couche de texture fibreuse est réalisée grâce à la deuxième résine liante présente sur le textile d’arrachage et à la première résine liante présente sur la première couche de texture fibreuse déposée. Cela permet d’améliorer son adhésion.Thus, thanks to the invention, the adhesion of the first layer of fibrous texture is achieved thanks to the second binder resin present on the tear-off textile and the first binder resin present on the first layer of fibrous texture deposited. This improves its adhesion.
La teneur en poids sec comprise entre 3 g/m² et 15 g/m² permet de garantir une quantité suffisante en deuxième résine liante pour une bonne adhésion de la première couche de texture fibreuse déposée. Cette plage de teneur en poids sec permet également de ne pas avoir trop de deuxième résine liante dans le textile et donc de pouvoir être éliminée facilement du textile d’arrachage.The dry weight content of between 3 g/m² and 15 g/m² makes it possible to guarantee a sufficient quantity of second binder resin for good adhesion of the first layer of fibrous texture deposited. This range of dry weight content also makes it possible not to have too much second binder resin in the textile and therefore to be able to be easily removed from the tear-off textile.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, la deuxième résine liante est présente dans le textile d’arrachage en une teneur en poids sec comprise entre 5 g/m² et 10 g/m², par exemple entre 5 g/m² et 8 g/m².According to a particular characteristic of the invention, the second binder resin is present in the tear-off textile in a dry weight content of between 5 g/m² and 10 g/m², for example between 5 g/m² and 8 g/ m².
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le drapage des textures fibreuses peut être réalisé par un placement automatique de fibres.According to another particular characteristic of the invention, the draping of the fibrous textures can be carried out by an automatic placement of fibers.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la température de travail est comprise entre 40 °C et 180 °C, par exemple entre 40 °C et 120 °C.According to another particular characteristic of the invention, the working temperature is between 40°C and 180°C, for example between 40°C and 120°C.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le textile d’arrachage est imprégné par un milieu liquide comprenant la deuxième résine liante. Cela permet d’améliorer l’adhésion de la première couche de texture fibreuse déposée, car l’imprégnation par un milieu liquide permet de mieux répartir la deuxième résine dans le textile d’arrachage.According to another particular characteristic of the invention, the tear-off textile is impregnated with a liquid medium comprising the second binder resin. This makes it possible to improve the adhesion of the first layer of fibrous texture deposited, because the impregnation with a liquid medium makes it possible to better distribute the second resin in the tear-off textile.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le procédé comprend, en outre, avant la formation de la préforme fibreuse, l’introduction de la deuxième résine liante dans le textile d’arrachage et le placement du textile d’arrachage sur une surface.According to another particular characteristic of the invention, the method further comprises, before the formation of the fibrous preform, the introduction of the second binder resin into the tear-off textile and the placement of the tear-off textile on a surface .
Dans ce cas, l’introduction de la deuxième résine liante peut être réalisée par pulvérisation. Cela permet de minimiser la quantité de résine appliquée.In this case, the introduction of the second binder resin can be carried out by spraying. This minimizes the amount of resin applied.
La deuxième résine peut être introduite dans le textile d’arrachage de manière discontinue, par exemple sous forme d’une ou plusieurs lignes notamment pour former un quadrillage.The second resin can be introduced into the tear-off textile in a discontinuous manner, for example in the form of one or more lines, in particular to form a grid.
De plus, l’introduction de la deuxième résine liante dans le textile d’arrachage peut être réalisée à l’aide d’un pochoir. Cela permet de limiter la quantité de résine utilisée et de cibler des zones d’introduction préférentielles.In addition, the introduction of the second binder resin in the tear-off textile can be carried out using a stencil. This makes it possible to limit the quantity of resin used and to target preferential introduction zones.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, les première et deuxième résines liantes présentent des compositions identiques.According to another particular characteristic of the invention, the first and second binder resins have identical compositions.
Cela permet d’utiliser une seule loi de chauffe du robot réalisant le placement automatique de fibres et ainsi d’activer les deux résines. On obtient également une meilleure affinité de la liaison entre le textile d’arrachage et la première couche de texture fibreuse déposée, ce qui permet de maintenir l’adhésion de la première couche de texture fibreuse. Enfin, cela permet également de simplifier l’élimination des première et deuxième résines liantes ou déliantage en utilisant les mêmes paramètres pour éliminer les deux résines.This makes it possible to use a single robot heating law performing the automatic placement of fibers and thus to activate the two resins. A better affinity of the bond is also obtained between the tear-off textile and the first layer of fibrous texture deposited, which makes it possible to maintain the adhesion of the first layer of fibrous texture. Finally, this also makes it possible to simplify the elimination of the first and second binder or debinding resins by using the same parameters to eliminate the two resins.
Les inventrices ont pu montrer par des essais expérimentaux utilisant la technique par placement automatique de fibres que l’utilisation de résines liantes présentant la même composition permet de garantir une parfaite adhésion des textures fibreuses de la première couche sur le textile d’arrachage, quelle que soit la valeur de température de travail utilisée. L’adhésion reste suffisante y compris lorsque la deuxième résine liante est diluée à hauteur de 25% en masse.The inventors have been able to show through experimental tests using the automatic fiber placement technique that the use of binder resins having the same composition makes it possible to guarantee perfect adhesion of the fibrous textures of the first layer on the tear-off textile, whatever or the working temperature value used. Adhesion remains sufficient even when the second binder resin is diluted to 25% by weight.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la première et la deuxième résine liante sont choisies parmi les alcools polyvinyliques ou les polyéthers aliphatiques. Ces exemples ne sont toutefois pas restrictifs et d’autres types de résines liantes peuvent tout à fait être utilisés.According to another particular characteristic of the invention, the first and the second binder resin are chosen from polyvinyl alcohols or aliphatic polyethers. These examples are not, however, restrictive and other types of binder resins may well be used.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la pièce est un arrière corps d’une turbomachine. Toujours selon une caractéristique particulière de l’invention, les fibres sont des fibres d’alumine.According to another particular characteristic of the invention, the part is a rear body of a turbomachine. Still according to a particular characteristic of the invention, the fibers are alumina fibers.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, l’élimination des première et deuxième résines liantes est réalisée par dissolution dans un solvant.According to another particular characteristic of the invention, the elimination of the first and second binder resins is carried out by dissolution in a solvent.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la formation de la matrice comprend un traitement thermique et le textile d’arrachage est éliminé lors de l’application de ce traitement thermique.According to another particular characteristic of the invention, the formation of the matrix comprises a heat treatment and the tear-off textile is eliminated during the application of this heat treatment.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, l’élimination du textile d’arrachage est réalisée avant la formation de la matrice.According to another particular characteristic of the invention, the removal of the tear-off textile is carried out before the formation of the matrix.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the appended drawings which illustrate examples of embodiments without any limiting character.
Claims (11)
- la formation d’une préforme fibreuse (201) de la pièce à obtenir par dépôt d’une pluralité de textures fibreuses (103) imprégnées d’une première résine liante par drapage des textures fibreuses, le dépôt étant effectué sur un textile d’arrachage (101) comprenant une deuxième résine liante présente en une teneur en poids sec comprise entre 3 g/m² et 15 g/m² et étant réalisé à une température de travail permettant l’adhésion des première et deuxième résines liantes ;
- l’élimination des première et deuxième résines liantes (202) dans la préforme ainsi formée ; et
- la formation d’une matrice (203) dans la porosité de la préforme fibreuse après l’élimination des première et deuxième résines liantes, et l’élimination du textile d’arrachage afin d’obtenir la pièce en matériau composite.
- the formation of a fibrous preform (201) of the part to be obtained by depositing a plurality of fibrous textures (103) impregnated with a first binder resin by draping the fibrous textures, the deposition being carried out on a tear-off textile (101) comprising a second binder resin present in a dry weight content of between 3 g/m² and 15 g/m² and being produced at a working temperature allowing the adhesion of the first and second binder resins;
- removing the first and second binder resins (202) from the preform thus formed; And
- the formation of a matrix (203) in the pores of the fibrous preform after the elimination of the first and second binder resins, and the elimination of the tear-off textile in order to obtain the part made of composite material.
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