Brevet FR3025133A1 — publié le 20160304

La présente invention concerne un procédé de réparation d'une pièce en matériau composite, une pièce en matériau composite ayant subi un tel procédé de réparation, ainsi qu'un aéronef comportant au moins une telle pièce. Dans un aéronef, certaines pièces en matériau composite peuvent subir des chocs entraînant l'apparition de dommages sur la surface extérieure que ce soit un trou, une fissure... La réparation de tels dommages consiste actuellement à appliquer sur chaque dommage des couches de matériaux les unes sur les autres. Les matériaux qui sont utilisés ont la propriété de pouvoir se polymériser en dehors d'un autoclave, mais ces matériaux sont alors différents de ceux utilisés à l'origine ce qui peut induire des différences de comportement mécanique dans le temps. En outre, ces matériaux sont particuliers et doivent faire l'objet de certifications pour pouvoir être utilisés dans un aéronef. Enfin, de telles réparations présentent des porosités car les couches de matériaux ne subissent aucune mise sous pression lors de la polymérisation. Un objet de la présente invention est de proposer un procédé de réparation d'une pièce en matériau composite qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur et qui en particulier permet non seulement d'utiliser les mêmes matériaux que ceux utilisés à l'origine, mais également d'éviter l'apparition de porosités. A cet effet, est proposé un procédé de réparation d'une pièce réalisée en matériau composite et comportant plusieurs couches empilées les unes sur les autres et présentant une zone endommagée, le procédé de réparation comportant : - une étape d'usinage au cours de laquelle, chaque couche de la zone endommagée subit un usinage de manière à réaliser des marches couche par couche dans la profondeur de la pièce, - une étape de création au cours de laquelle un patch présentant les mêmes couches que celles de la pièce, et dont la forme consiste en une forme complémentaire à celle des marches ainsi usinées est créé, - une étape de collage au cours de laquelle un film de colle est déposé sur chaque marche de la pièce et/ou du patch, - une étape de dépose au cours de laquelle le patch est mis en place dans la zone endommagée ainsi usinée, et - une étape de polymérisation au cours de laquelle une source de chaleur est appliquée contre le patch ainsi déposé, 3025133 2 le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte, entre l'étape de création et l'étape de collage, une étape de polymérisation partielle au cours de laquelle le patch ainsi créé est partiellement polymérisé sous pression dans un autoclave. Un tel procédé de réparation permet ainsi de colmater les dommages tout en 5 pouvant utiliser les mêmes matériaux que ceux utilisés à l'origine et la préparation en autoclave empêche l'apparition de porosités. Avantageusement, le patch présente le même nombre de couches que la pièce, chaque couche du patch est réalisée dans le même matériau que celui de la couche correspondante de la pièce, et chaque couche du patch présente une même orientation 10 que celle de la couche correspondante de la pièce. Avantageusement, au cours de l'étape d'usinage, les marches sont réalisées sous la forme d'une structure pyramidale en escalier dont la base est au niveau de la couche extérieure de la pièce et dont l'escalier s'enfonce progressivement dans l'épaisseur de la pièce. 15 Avantageusement, l'étape de polymérisation partielle consiste en un cycle de mi- cuisson de l'ordre de 40%, avec une rampe de chauffage de 2°C/min, puis un palier à 130°+C pendant 160 minutes, et une rampe de refroidissement de 2°C/min. L'invention propose également une pièce réalisée en matériau composite et comportant plusieurs couches empilées les unes sur les autres et présentant une zone 20 endommagée et dont ladite zone endommagée a subi un procédé de réparation selon l'une des variantes précédentes. L'invention propose également un aéronef comportant au moins une pièce selon la variante précédente. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, 25 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 est une vue illustrant les étapes d'un procédé de réparation d'une pièce en matériau composite selon l'invention, 30 la Fig. 2 est une représentation schématique, en coupe selon la profondeur, d'une pièce ayant subi des dommages, et la Fig. 3 est une représentation schématique de la pièce de la Fig. 2 après avoir subi le procédé de réparation. 3025133 3 La Fig. 1 représente un procédé de réparation 100 d'une pièce présentant une zone endommagée. La Fig. 2 montre une pièce 200 dont la zone endommagée prend ici la forme d'un trou 202. La pièce 200 est réalisée en matériau composite et comporte plusieurs couches 204 empilées les unes sur les autres. La Fig. 3 montre la 5 pièce 200 à laquelle une réparation a été apportée. Le procédé de réparation 100 comporte: - une étape d'usinage 102 au cours de laquelle, chaque couche 204 de la zone endommagée 202 subit un usinage de manière à réaliser des marches 302 couche par couche dans la profondeur de la pièce 200, 10 - une étape de création 104 au cours de laquelle un patch 304 présentant les mêmes couches 204 que celles de la pièce 200, et dont la forme consiste en une forme complémentaire à celle des marches 302 ainsi usinées est créé, - une étape de polymérisation partielle 106 au cours de laquelle le patch 304 ainsi créé est partiellement polymérisé sous pression dans un autoclave, 15 - une étape de collage 108 au cours de laquelle un film de colle est déposé sur chaque marche 302 de la pièce 200 et/ou du patch 304, - une étape de dépose 110 au cours de laquelle le patch 304 est mis en place dans la zone endommagée 202 ainsi usinée, et - une étape de polymérisation 112 au cours de laquelle une source de chaleur est 20 appliquée contre le patch 304 ainsi déposé pour finaliser la polymérisation du patch 304. Au cours de l'étape de création 104, le patch 304 est considéré comme présentant les mêmes couches 204 que celles de la pièce 200 lorsqu'il présente le même nombre de couches, lorsque chaque couche du patch 304 est réalisée dans le 25 même matériau que celui de la couche 204 correspondante de la pièce 200, et lorsque chaque couche du patch 304 présente une même orientation que celle de la couche 204 correspondante de la pièce 200. La réalisation d'un patch 304 qui a été réalisé sous pression dans un autoclave permet d'obtenir une pièce complémentaire à celle du dommage 202 usiné et d'éviter 30 l'apparition de porosités. La forme en escalier permet d'avoir un recouvrement important entre chaque couche et contribue ainsi à une bonne transmission des efforts. Au cours de l'étape d'usinage 102, les marches 302 sont réalisées sous la forme d'une structure pyramidale en escalier dont la base est au niveau de la couche 3025133 4 extérieure de la pièce 200 et dont l'escalier s'enfonce progressivement dans l'épaisseur de la pièce 200 et où le sommet se trouve donc ainsi dans le fond de la zone endommagée 202. L'étape de polymérisation partielle 106 consiste en un cycle de mi-cuisson pour 5 une polymérisation partielle à un taux de 40%, avec une rampe de chauffage de 2°C/min, puis un palier à 130°+C pendant 160 minutes, et une rampe de refroidissement de 2°C/min. Contrairement à la polymérisation totale qui correspond à un état rigide des différentes couches dans lequel toutes les molécules polymères élémentaires sont 10 assemblées pour former un réseau réticulé, la polymérisation partielle correspond à un état intermédiaire dans lequel seule une partie des molécules polymères élémentaires se sont assemblées pour former des molécules de masse molaire plus élevée. Ainsi, un patch partiellement polymérisé (issu de l'étape de de polymérisation partielle 106) possède les caractéristiques (notamment de viscosité et d'adhérence) d'un patch frais 15 tout en ayant déjà acquis les propriétés (notamment de stabilité et de conservation) d'un patch entièrement polymérisé. Un tel procédé de réparation 100 permet également de préparer en avance plusieurs patchs 304 et de les stocker avant utilisation jusqu'à 120 jours environ. L'étape de polymérisation 112 est réalisée à l'aide de moyens chauffants 20 autonomes, par exemple à l'aide d'un tapis chauffant à 180°C. La température du film de colle utilisée est également de préférence 180°C. Le procédé de réparation 100 est particulièrement intéressant dans le cas d'une pièce 200 d'aéronef car du fait qu'il utilise un patch 304 réalisé dans les mêmes matériaux que la pièce 200 d'origine, la pièce 200 réparée retrouve ses propriétés 25 mécaniques. REVENDICATIONS1) Procédé de réparation (100) d'une pièce (200) réalisée en matériau composite et comportant plusieurs couches (204) empilées les unes sur les autres et présentant une zone endommagée (202), le procédé de réparation (100) comportant : - une étape d'usinage (102) au cours de laquelle, chaque couche (204) de la zone endommagée (202) subit un usinage de manière à réaliser des marches (302) couche par couche dans la profondeur de la pièce (200), - une étape de création (104) au cours de laquelle un patch (304) présentant les mêmes couches (204) que celles de la pièce (200), et dont la forme consiste en une forme complémentaire à celle des marches (302) ainsi usinées est créé, - une étape de collage (108) au cours de laquelle un film de colle est déposé sur chaque marche (302) de la pièce (200) et/ou du patch (304), - une étape de dépose (110) au cours de laquelle le patch (304) est mis en place dans la zone endommagée (202) ainsi usinée, et - une étape de polymérisation (112) au cours de laquelle une source de chaleur est appliquée contre le patch (304) ainsi déposé, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte, entre l'étape de création (104) et l'étape de collage (108) une étape de polymérisation partielle (106) au cours de laquelle le patch (304) ainsi créé est partiellement polymérisé sous pression dans un autoclave. 2) Procédé de réparation (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce le patch (304) présente le même nombre de couches que la pièce (200), en ce que chaque couche du patch (304) est réalisée dans le même matériau que celui de la couche (204) correspondante de la pièce (200), et en ce que chaque couche du patch (304) présente une même orientation que celle de la couche (204) correspondante de la pièce (200). 3) Procédé de réparation (100) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape d'usinage (102), les marches (302) sont réalisées sous la forme d'une structure pyramidale en escalier dont la base est au niveau de la couche extérieure de la pièce (200) et dont l'escalier s'enfonce progressivement dans l'épaisseur de la pièce (200). 3025133 6 4) Procédé de réparation (100) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de polymérisation partielle (106) consiste en un cycle de mi-cuisson pour une polymérisation partielle à un taux de 40%, avec une rampe de chauffage de 2°C/min, puis un palier à 130°+C pendant 160 minutes, et une rampe de 5 refroidissement de 2°C/min. 5) Pièce (200) réalisée en matériau composite et comportant plusieurs couches (204) empilées les unes sur les autres et présentant une zone endommagée (202) et dont ladite zone endommagée (202) a subi un procédé de réparation (100) selon l'une des revendications 1 à 4. 10 6) Aéronef comportant au moins une pièce (200) selon la revendication 5.