Brevet FR3100476A1 — publié le 20210312

Un aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10), ledit procédé comportant une étape d’empilement (103) consistant à empiler une pluralité de plis composites de pré-imprégné (220) et au moins un pli composite intégrant des nanotubes (230), ledit au moins un pli composite intégrant des nanotubes étant positionné dans un espace inter-plis (221) entre deux plis composites de pré-imprégné (220), ledit procédé de fabrication (200) étant caractérisé en ce que ledit au moins un pli composite intégrant des nanotubes (210) est un pli présentant une composante thermoplastique, lesdits nanotubes étant intégrés dans ladite composante thermoplastique. Figure de l’abrégé : Figure 3. PROCEDE DE FABRICATION D’UNE PIECE COMPOSITE RENFORCEE PAR DES NANOTUBES Le domaine technique de l’invention est celui de la fabrication de pièces en matériaux composites renforcées présentant des caractéristiques améliorées de résistance aux impacts. L’invention présente une application particulièrement intéressante dans le domaine des turbomachines, notamment pour la fabrication de pièces en matériaux composites soumises à des chocs ou impacts, telles que par exemple des aubes de soufflante ou encore des carters. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Classiquement, il est connu que les matériaux composites présentant plusieurs couches de renfort polymérisées ont une certaine faiblesse, sous l’effet d’impacts, dans le sens de l’épaisseur. Les différentes couches de renfort le constituant peuvent alors se séparer par délaminage. Cette faiblesse des matériaux composites est notamment problématique dans le domaine des turbomachines. En effet, certaines pièces, notamment les aubes de soufflantes en matériaux composites, sont plus exposées aux impacts et peuvent être soumises à des impacts de corps étranger, tel que par exemple un oiseau, de la grêle ou encore des cailloux, conduisant potentiellement à une dégradation de la structure de la pièce composite. Pour renforcer la cohésion des couches de renfort de la pièce composite, il a été développé des techniques de tissage de fibres de renfort en trois dimensions, décrites notamment dans les demandes de brevets FR2732406 et FR2861143 déposées par la Demanderesse. Toutefois, cette technique est relativement complexe et coûteuse à mettre en œuvre. Ainsi, pour des questions de rentabilité, certaines pièces en matériaux composites de la turbomachine, qui subissent moins de contraintes, ne sont pas exigibles à cette technologie de mise en œuvre bien que ces pièces peuvent potentiellement être soumises à des impacts, ou chocs, risquant de provoquer par exemple des délaminages. Pour renforcer la cohésion des différentes couches de renfort d’un panneau en matériaux composites fabriqué à partir de différents plis composites, et donc améliorer la tenue des panneaux au phénomène de délaminage, il a été développé une technique de couture transverse améliorant la cohésion des différentes couches de renfort du matériau composite à fibres de carbone par l’insertion de nanotubes de carbone entre les plis lors de l’empilement des plis. Cette technique consiste plus particulièrement à positionner une « forêt » de nanotubes de carbone verticaux sur un pli de composite non polymérisé et d’insérer ce pli de composite renforcé en nanotubes entre deux plis de carbone pré-imprégné, jusqu’à l’obtention d’un empilement de 16 plis de carbone pré-imprégné. Toutefois cette technique nécessite une mise en œuvre complexe pour faire pousser des nanotubes verticalement sur l’ensemble d’un substrat ainsi que pour le positionnement précis des nanotubes sur un pli de pré-imprégné. Les figures ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La figure 1 illustre un schéma synoptique illustrant les principales étapes du procédé de fabrication selon l’invention. La figure 2 illustre une vue d’ensemble de l’étape de fabrication d’un voile de fibres thermoplastiques non tissées renforcé par des nanotubes lors de la deuxième étape du procédé de fabrication illustré à la figure 1. La figure 3 illustre un exemple d’empilement de différents pré-imprégnés et de différents voiles de fibres thermoplastiques non tissées renforcés par des nanotubes réalisés lors de la troisième étape du procédé de fabrication illustré à la figure 1. Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10), ledit procédé comportant une étape d’empilement (103) consistant à empiler une pluralité de plis composites de pré-imprégné (220) et au moins un pli composite intégrant des nanotubes (210), ledit au moins un pli composite intégrant des nanotubes (210) étant positionné dans un espace inter-plis (221) entre deux plis composites de pré-imprégné (220), ledit procédé de fabrication (200) étant caractérisé en ce que ledit au moins un pli composite intégrant des nanotubes (210) est un pli présentant une composante thermoplastique, lesdits nanotubes étant intégrés dans ladite composante thermoplastique. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un pli composite intégrant des nanotubes présente une matrice thermoplastique et/ou des fibres thermoplastiques. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit au moins un pli composite intégrant des nanotubes (210) un voile de fibres thermoplastiques, lesdits nanotubes étant intégrés dans lesdites fibres thermoplastiques. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit voile de fibres thermoplastiques est un voile de fibres thermoplastiques non tissées. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon l’une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que le voile de fibres thermoplastiques présente un grammage compris entre 15 g/m2 et 100 g/m2. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit au moins un pli composite intégrant des nanotubes (210) intègre des nanotubes de carbone. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite étape d’empilement (103) consiste à empiler une pluralité de plis composites de pré-imprégné (220) et une pluralité de plis composites intégrant des nanotubes (210), chaque espace inter-plis (221) entre deux plis composites de pré-imprégné (220) recevant un pli composite intégrant des nanotubes. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape (104) de mise sous pression et sous des conditions de température de l’empilement de plis composites résultant de ladite étape d’empilement (103). Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape de fabrication (102b) dudit pli composite intégrant des nanotubes, ladite étape de fabrication comportant une sous-étape de mélange d’un polymère thermoplastique et de poudre de nanotubes. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est un polymère présentant un point de fusion compris entre 85°C et 148°C. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon l’une des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est un copolymère à base de polycaprolactame et de polyhexaméthylène adipamide. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon l’un des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le mélange résultant de ladite sous-étape de mélange présente un taux compris entre 1% et 10% en poudre de nanotubes, préférentiellement entre 3% et 4%. Procédé de fabrication (200) d’une pièce composite renforcée par des nanotubes (10) selon l’une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que ladite étape de fabrication (102b) dudit pli composite intégrant des nanotubes comporte : une sous-étape d’extrusion dudit mélange résultant de ladite sous-étape de mélange au travers d’une filière dimensionnée pour obtenir des filaments de polymère thermoplastique chargés en nanotubes présentant un diamètre compris entre 30 et 70 micromètres ; une sous-étape de fusion et de soufflage desdits filaments de polymère thermoplastique chargés en nanotubes. Pièce composite (10) mise en œuvre par le procédé de fabrication (200) selon l’une des revendications 1 à 13 caractérisée en ce que ladite pièce composite (10) est une pièce pour turbomachine. Turbomachine caractérisée en ce qu’elle comporte une pièce composite (10) mise en œuvre par le procédé de fabrication (200) selon l’une des revendications 1 à 13.