Brevet FR3075217A1 — publié le 20190621

ADHESIF POUR LE COLLAGE DE FEUTRES ABRADABLES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne de maniere generale un adhesif pour le collage de feutres abradables, et plus precisement, un adhesif pour le collage de feutres abradables qui ne contient pas de composants ayant des effets adverses sur la sante et l'environnement et qui est stable lors du stockage. L'invention concerne egalement un procede pour la fabrication de cet adhesif, ainsi qu'un kit pour le fabriquer. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Dans le domaine de l'aeronautique, les performances d'etancheite des joints labyrinthes n'ont cesse d'être ameliorees grace a une meilleure comprehension du systerne labyrinthe ainsi que des feutres abradables. Dans les conditions de fonctionnement rencontrees sur un moteur a turbine a gaz, les feutres abradables sont sollicites au point de constater lors de certaines incursions de touches des decollements eventuels, souvent pa rtiels. Une fixation optimale permettant d'accommoder tour les cycles de fonctionnement est garante de l'integrite des feutres abradables sur leur support. Hormis les operations de fabrication teller que le brasage, la projection thermique, les feutres abradables sont souvent montes sur les supports dans le moteur en utilisant un adhesif (ou ciment) pour les colter. Cet adhesif specifiquement etudie est adapte pour cette fonction, capable de supporter l'environnement agressif dans le moteur, ex. la haute temperature, les contraintes eleves, les vibrations, etc. US3918925 A (United Tech Corp) divulgue un exemple d'un tel adhesif, nomme SermeTel 481 (ou SermaBond 481). Cet adhesif connu est bi-composant, destine a etre mélange pour fabriquer ('adhesif pour le collage de feutres abradables. II comprend de la poudre d'aluminium (Al), du chrome hexavalent (CrVI) en solution sous forme ionique 2 (Cr042-) et du silicate (Si042-) en solution sous forme ionique, dans un premier mélange et separement, la poudre d'oxyde de zinc (ZnO), destines a etre mélanges ensemble avant l'utilisation de l'adhesif pour le collage. Apres avoir mélange les deux composants pour fabriquer l'adhesif, et avoir 5 laisse reposer une demi-journee pour maturation, l'adhesif est pret pour utilisation. Pour le collage d'un feutre abradable a un support, les pieces sont nettoyees, l'adhesif est appliqué sur chacune des faces destinees au collage, le feutre abradable est ensuite pose sur support, suivi d'une etape de polymerisation, et usinage si necessaire. L'adhesif est fourni comme produit en etat bi-composant car cela facilite sa 10 fourniture, par rapport a un adhesif en composants individuels. II evite les sources d'erreurs supplementaires lors des pesees, permet de gagner du temps lors du mélange car les deux constituants principaux sont déjà homogenes, et a moins de contrainte de stockage. En merne temps, en etat bi-composant, il dure plus longtemps par rapport a l'adhesif avec tour les composants mélanges ensemble. 15 Cependant, l'utilisation des produits comprenant du chrome hexavalent, y compris les adhesifs, est deconseillee (recemment interdit par les reglementations REACH, de Directives UE) a cause de son effet nefaste sur la sante et l'environnement. En consequence, il subsiste un besoin pour un adhesif sans chrome hexavalent pour feutres abradables qui soit conforme aux criteres environnementaux de l'industrie aeronautique. 20 EXPOSE DE L'INVENTION La presente invention propose ainsi un procede de fabrication d'un adhesif pour le collage de feutres abradables, le procede comprenant la fourniture d'une poudre d'aluminium, la fourniture d'une poudre d'oxyde de zinc, la fourniture d'un silicate, et une 25 etape de mélange, l'etape de mélange comprenant une premiere etape de mélange pendant laquelle on mélange la poudre d'aluminium avec la poudre d'oxyde de zinc pour former un premier composant, puis une deuxierne etape de mélange pendant laquelle on mélange le premier composant avec un deuxierne composant comprenant le silicate, moyennant quoi on obtient l'adhesif. 3 De preference, Ia premiere etape comprend le mélange de 94% a 98% en masse de Ia poudre d'aluminium avec 2% a 6% en masse de Ia poudre d'oxyde de zinc. De preference encore, Ia deuxierne etape comprend le mélange de 35% a 45% en masse du premier composant avec 55% a 65% en masse du deuxierne composant. 5 Avantageusement, le silicate est un silicate de potassium, un silicate de sodium ou un silicate de calcium. De preference, le procede ne comprend pas Ia fourniture de chrome hexavalent. De preference, le procede comprend la fourniture de l'eau et l'etape de 10 mélange comprend en outre une troisierne etape de mélange, avant la deuxierne etape de mélange, pendant laquelle on mélange le silicate avec l'eau pour former le deuxierne composant. De preference, le procede comprend en outre une etape de ('application de l'adhesif, puis une etape de polymerisation comprenant le sechage et l'etuvage a haute 15 temperature. L'invention propose aussi un adhesif qui peut etre fabrique par le procede de fabrication, l'adhesif 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'adhesif 20 pour le collage de feutres abradables, le premier composant comprenant la poudre d'aluminium et de la poudre d'oxyde de zinc, et separement, le deuxierne composant comprenant du silicate, les deux composants destines a etre mélanges ensemble pour fabriquer l'adhesif. De preference, le premier composant comprend 94% a 98% en masse de la 25 poudre d'aluminium avec 2% a 6% en masse de la poudre d'oxyde de zinc. De preference, le premier composant est 35% a 45% en masse et le deuxierne composant est 55% a 65% en masse. De preference, le kit ne comprend pas le chrome hexavalent. 4 EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS Dans le procede de fabrication de l'adhesif selon un mode de ('invention prefer& la poudre d'aluminium (Al) sous forme metal est melangee pendant une premiere etape de mélange avec la poudre d'oxyde de zinc (ZnO) pour constituer le premier 5 composant, Composant A. Proportionnellement, 95% en masse de la poudre d'aluminium est idealement melangee avec 5% en masse de la poudre d'oxyde de zinc. La poudre d'aluminium est de preference fournie avec une granulometrie de D50 : 6p.m ± 2p.m et la poudre d'oxyde de zinc est de preference fournie avec une granulometrie de D50 : 10p.m ± 5p.m. Le Composant A se garde, sans exposition a l'air, 10 pendant environ 2 ans. Cette granulometrie optimise les proprietes physico-chimiques du mélange avec comme objectif d'ameliorer les aspects mecaniques et chimiques de collage. Le deuxierne composant, Composant B, est constitue de silicate (Si042-) en solution sous forme ionique et de l'eau, donc une solution aqueuse de silicate. Le silicate ici est idealement un silicate de potassium, mail on comprend qu'un autre silicate, tel qu'un 15 silicate de sodium ou un silicate de calcium, ou bien une combinaison quelconque d'entre eux, peut convenir. Proportionnellement, 80% en masse est constitue de silicate et 20% en masse est de l'eau. Le Composant B se garde, sans exposition a l'air, pendant environ 1 an. Ce composant B est ensuite mélange lors d'une deuxierne etape de mélange avec le Composant A. Proportionnellement, 40% en masse du Composant A est mélange 20 avec 60% en masse du Composant B. L'eau dans le composant B est optionnelle, ajoutee principalement pour faciliter le mélange des deux composants et aussi ('application de l'adhesif en ajustant sa viscosite. La presence d'eau n'entraine pas une reaction chimique. Elle peut etre supprimee. En merne temps, si l'eau est souhaitee dans le Composant B, elle peut etre 25 fournie, et pendant une troisierne etape de mélange, avant la deuxierne etape de mélange, peut etre melangee avec le silicate pour former le Composant B. 60% a 100% en masse est constitue de silicate et 0% a 40% en masse est de l'eau pouvant constituer le Composant B, sachant que un minima de 3% en masse de l'eau est prefere. De maniere globale, l'adhesif 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, 5 it ne comprend pas de chrome hexavalent (CrVI). Sans exposition a l'air, it se garde pendant environ trois jours, ce qui est au moins aussi long que l'adhesif connu. Une reaction chimique se cree lorsque la deuxierne etape de mélange, notamment quand le silicate interagissent avec la poudre d'aluminium (Al). En merne 5 temps, la poudre d'oxyde de zinc (ZnO) joue le role de catalyseur de reaction. L'adhesif devient un ciment partiellement insoluble dans l'eau. Une fois bien mélange, l'adhesif obtenu est pret pour ('application immediate aux feutres abradables et ses supports. Sa composition nouvelle des composants permet son utilisation immediate, des le mélange et sans besoin de temps de maturation. II est donc tres efficace pour coller les 10 feutres abradables en utilisant cet adhesif, contrairement a l'adhesif connu. Les inventeurs ont etonnement trouve une facon pour fabriquer un adhesif de la merne gamme que l'adhesif connu, en utilisant essentiellement les memes composants sauf le chrome hexavalent (bien que en proportions differentes), qui est conforme aux Directives UE et mail aussi de bonne qualite. 15 Pour coller un feutre abradable a un support, par exemple a une enveloppe labyrinthe, le feutre et l'enveloppe labyrinthe sont d'abord nettoyes, surtout leur face destinee au collage. Une lois que l'adhesif est appliqué aux faces respectives, le feutre abradable est pose sur l'enveloppe labyrinthe pour etre cones ensemble. L'adhesif interpose entre l'enveloppe labyrinthe et le feutre abradable est ensuite soumis a une 20 etape de polymerisation ; d'abord un sechage a temperature ambiante entre 1 heure et 12 heures, ensuite un sechage a 80°C ± 5°C a maintenir sans interruption entre 4 heures et 20 heures, puis un etuvage (polymerisation ou reticulation) entre 340°C a 500°C pendant 30 minutes. Pendant cette etape de polymerisation, l'adhesif (qui est sous forme de ciment 25 hydrate) durcit, collant ainsi le feutre abradable a l'enveloppe labyrinthe. Si necessaire, un usinage peut etre fait pour terminer la fabrication. On note qu'hormis le procede pour fabriquer l'adhesif, le procede de collage de feutres abradables a un support (nettoyage des pieces, application de l'adhesif, polymerisation et usinage) est sensiblement similaire a celui qui existe déja. 6 Une fixation optimale permettant d'accommoder tour les cycles de fonctionnement, capable de supporter l'environnement severe dans le moteur a turbine a gaz, qui est garant de l'integrite des feutres abradables sur leur support est obtenue. A cette etape, l'adhesif apres ('evacuation d'eau (20% du Composant B), de maniere globale, 5 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 sante et l'environnement, n'est plus present dans le mélange, ni dans le Composant A ni dans le B. En effet, aucun chrome hexavalent n'est utilise pendant le procede. L'adhesif resultant est donc sans chrome hexavalent. 10 Un kit bi-composant pour la fabrication de l'adhesif selon un mode de l'invention particulierement prefere comprend le composant A, et separement, le composant B, tell que decrits ci-dessus, les deux composants destines a etre mélanges ensemble pour fabriquer l'adhesif. Le kit permet la mice en ceuvre du procede de fabrication. 15 Dans l'adhesif bi-composant connu, le chrome hexavalent joue un role d'inhibiteur de reaction entre la poudre d'aluminium et le silicate. Sans ce compose, le mélange de poudre d'aluminium et de silicate devient rapidement inutilisable. La presence d'un tel inhibiteur de reaction est obligatoire donc pour la stabilite entre la poudre d'aluminium et le silicate lors du stockage. Comme la poudre d'aluminium et le silicate ne 20 sont pas gardes ensemble dans l'invention, le chrome hexavalent n'est plus necessaire. Un technicien qui dolt coller un feutre abradable a un support peut donc ramener un kit vers le site. Puis, it sort les deux composants du kit, qui sont chacun déjà dans les proportions necessaires telles qu'indiquees auparavant. Typiquement, les deux composants sont chacun fourni dans un conteneur respectif. En melangeant les deux 25 composants de ce kit, un adhesif pour le collage des feutres abradables est obtenu. Idealement, le kit est fourni dans les proportions des deux composants telles qu'indiquees auparavant. Autrement dit, quand la totalite des deux composants du kit sont mélanges, l'adhesif consiste, de maniere 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 7 encore la fabrication de l'adhesif, car le technicien n'a qu'a melanger la totalite des deux composants du kit pour obtenir l'adhesif prefere sans rien peser. Le kit bi-composant par rapport a un adhesif tri-composant evite les sources d'erreurs supplementaires lors des pesees, permet de gagner du temps lors du mélange et 5 a moins de contrainte de stockage. II est pret a etre utilise des le mélange realise, et surtout, il ne comprend pas de chrome hexavalent (CrVI). Cet adhesif inorganique est particulierement adapte pour le collage de feutres abradables, tel que le collage d'un feutre abradable a un support pour un joint labyrinthe. II est utile egalement pour des applications hautes temperatures. 10 Changer l'ordre de l'etape de mélange, et en tenant des composants *pares, permet de s'affranchir de la presence du chrome hexavalent. On realise un adhesif sans chrome hexavalent de la merne gamme, et merne superieur, que l'adhesif connu. Par consequent, l'adhesif est moins dangereux pour la sante ainsi que pour l'environnement, et reste toujours compatible (au niveau chimique et physique) pour la merne fonction. En 15 outre, elle permet un accroissement de la tenue mecanique, ayant une valeur de rupture plus importante pendant les essais. Ce nouvel adhesif est toujours capable de supporter l'environnement agressif dans le moteur. L'adhesif de l'invention est bien different par rapport a l'adhesif connu. L'homme de métier, visant a supprimer le chrome hexavalent, essayera un mélange 20 d'aluminium et de silicate comme dans l'adhesif connu, mail avec un agent autre que le chrome hexavalent, necessaire pour inhiber la reaction a eviter entre aluminium et silicate. Sinon, il substituera l'adhesif connu qui contient le chrome hexavalent par une solution déjà existante commercialement et specifique a des applications hautes temperatures. II n'arrivera pas au procede ni au kit de l'invention. 25 II faut noter que le terme « adhesif » a ete appliqué juste apres le mélange des composants, apres qu'il ait durci (adhesif etat final), et merne avant le mélange en kit, pour les raisons evidentes pratiques. Cependant, on comprend selon le contexte de quel etat il s'agit. Bien entendu, bien que cet adhesif soit approprie pour le collage de feutres 30 abradables, il nest pas ainsi limite et peut egalement etre employe pour le collage d'autres 8 pieces, par exemple, des instruments tel que des capteurs sur des lames du moteur, etc. En effet, it peut etre utilise partout ob l'adhesif REVENDICATIONS1. Procede de fabrication d'un adhesif pour le collage de feutres abradables, le procede comprenant : - la fourniture d'une poudre d'aluminium, - la fourniture d'une poudre d'oxyde de zinc, - la fourniture d'un silicate, une etape de mélange, caracterise en ce que l'etape de mélange comprend : une premiere etape de mélange pendant laquelle on mélange la poudre d'aluminium avec la poudre d'oxyde de zinc pour former un premier composant, puis une deuxierne etape de mélange pendant laquelle on mélange le premier composant avec un deuxierne composant comprenant le silicate, moyennant quoi on obtient ('adhesif. 2. Procede de fabrication d'un adhesif selon la revendication 1, caracterise en ce que la premiere etape comprend le mélange de 94% a 98% en masse de la poudre d'aluminium avec 2% a 6% en masse de la poudre d'oxyde de zinc. 3. Procede de fabrication d'un adhesif selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que la deuxierne etape comprend le mélange de 35% a 45% en masse du premier composant avec 55% a 65% en masse du deuxierne composant. 4. Procede de fabrication d'un adhesif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le silicate est un silicate de potassium, un silicate de sodium ou un silicate de calcium. 5. Procede de fabrication d'un adhesif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le procede ne comprend pas la fourniture de chrome hexavalent. 10 6. Procede de fabrication d'un adhesif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le procede comprend la fourniture de l'eau et l'etape de mélange comprend en outre une troisierne etape de mélange, avant la 5 deuxierne etape de mélange, pendant laquelle on mélange le silicate avec l'eau pour former le deuxierne composant. 7. Procede de fabrication d'un adhesif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comprend en outre une etape de 10 ('application de l'adhesif, puis une etape de polymerisation comprenant le sechage et l'etuvage a haute temperature. 8. Un adhesif qui peut etre fabrique par le procede de fabrication selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que l'adhesif consiste en de 15 la poudre d'aluminium, la poudre d'oxyde de zinc et le silicate. 9. Un kit bi-composant pour la fabrication de l'adhesif pour le collage de feutres abradables, caracterise en ce que le premier composant comprend de la poudre d'aluminium et de la poudre 20 d'oxyde de zinc, et separement, le deuxierne composant comprend un silicate, les deux composants destines a etre mélanges ensemble pour fabriquer l'adhesif. 10. Un kit selon la revendication 9, caracterise en ce que le premier composant 25 comprend 94% a 98% en masse de la poudre d'aluminium et 2% a 6% en masse de la poudre d'oxyde de zinc. 11. Un kit selon la revendication 9 ou 10, caracterise en ce que le premier composant est 35% a 45% en masse et le deuxierne composant est 55% a 65% en masse. 30 12. Un kit selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le kit ne comprend pas de chrome hexavalent.