Brevet FR3100740A1 — publié le 20210319

Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite L’invention concerne de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes : - la disposition d’une préforme fibreuse dans un moule, - une étape d’injection (E2) dans le moule d’une résine à imprégner dans la préforme fibreuse, - une étape de polymérisation (E3) de la résine pour former la pièce en matériau composite, caractérisé en ce que l’injection et la polymérisation de ladite résine sont réalisées avec une température de résine identique, cette température étant supérieure ou égale à la température d’activation de la résine. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite La présente invention se rapporte au domaine général des procédés de fabrication par moulage par injection de résine d’une pièce en matériau composite. Plus précisément elle se rapporte à un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite, notamment une pièce pour l’aéronautique telle qu’une aube de soufflante, par densification d’une préforme fibreuse préalablement imprégnée avec une résine. Dans l’art antérieur, les aubes d’une soufflante de turbomachine aéronautique peuvent être fabriquées en alliage métallique ou en matériau composite, par exemple à matrice organique. Pour réduire la masse du moteur, améliorer son rendement et réduire ses émissions polluantes, il est connu d’utiliser des aubes en matériau composite. En effet, les matériaux composites présentent une tenue mécanique satisfaisante en comparaison avec les alliages métalliques utilisés précédemment, tout en étant bien plus légers que ces derniers. Un procédé connu de fabrication d’une telle pièce en matériau composite est le moulage par injection de résine (« RTM » pour « Resin Transfer Molding ») qui consiste à injecter une résine dans un moule contenant éventuellement une préforme poreuse, ou à injecter directement une résine chargée en matériau de renfort, puis à faire polymériser la résine pour obtenir une pièce moulée en matériau composite. On peut par exemple utiliser des résines thermodurcissables, et des préformes en fibres de carbone tissées. Dans un procédé de moulage par injection de résine, l’outillage peut comporter deux demi-coquilles qui, posées l’une sur l’autre, confinent une cavité. Dans les modes de réalisation actuels, dans une première étape, la résine est injectée dans la préforme fibreuse du moule à une température inférieure à sa température de polymérisation. Puis, une fois l’injection terminée, un chauffage du moule est réalisé pour obtenir la polymérisation de la résine introduite et former la pièce en matériau composite. Du fait de ces deux étapes distinctes, et du temps de chauffage nécessaire entre les deux ainsi que le temps de maintien en température pour faire polymériser l’intégralité de la résine, le procédé de fabrication des pièces en matériau composite est relativement long. Optimiser les procédés de fabrication de telles pièces demeure donc une préoccupation constante de l’homme de l’art, et l’invention vise précisément à proposer un procédé de moulage par transfert de résine dont la durée est grandement diminuée par rapport aux procédés de l’art antérieur décrits plus haut. Ainsi, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes : - la disposition d’une préforme fibreuse dans un moule, - l’injection dans le moule d’une résine à imprégner dans la préforme fibreuse, - la polymérisation de la résine pour former la pièce en matériau composite, caractérisé en ce que l’injection et la polymérisation de ladite résine sont réalisées avec une température de résine identique, cette température étant supérieure ou égale à la température d’activation de la résine. Les inventeurs ont constatés qu’en injectant la résine à une température supérieure à la température d’activation de la résine, la polymérisation de la résine débute dès l’injection. Il en résulte un procédé dont la durée est considérablement réduite par rapport à un procédé de l’art antérieur et ne nécessitant pas de chauffage entre l’étape d’injection et l’étape de polymérisation. La « température d’activation » de la résine est entendue comme la température minimale à imposer à la résine pour obtenir en moins de 2 heures la polymérisation de plus de 95 % en masse de la résine introduite dans une préforme fibreuse. La polymérisation de la résine est progressive et d’autant plus rapide que la température est élevée. Dans un procédé de l’invention, la résine commence à polymériser dès son injection dans la préforme fibreuse puisqu’elle est placée à une température supérieure à sa température d’activation. Néanmoins, en choisissant des conditions d’injections telles que le temps total d’injection de la résine dans la préforme est suffisamment court par rapport au temps nécessaire à la polymérisation totale de la résine, la résine conserve pendant toute l’étape d’injection une viscosité compatible avec sa bonne injection dans la préforme fibreuse, et la durée de polymérisation est largement raccourcie car la polymérisation commence dès le début de l’étape d’injection. En d’autres termes, la polymérisation qui débute au cours de l’injection de la résine dans la préforme fibreuse n’empêche pas la résine d’imprégner l’ensemble des porosités de la préforme fibreuse. De plus, un tel procédé permet de s’affranchir d’une étape de chauffage du moule après l’injection pour obtenir la polymérisation de la résine. Par exemple, la température de résine pendant l’injection et la polymérisation peut être choisie comme n’étant pas supérieure de plus de 50°C à la température d’activation de la résine, plus préférentiellement pas supérieure de plus de 20°C à la température d’activation de la résine. Un tel choix permet d’assurer que l’imprégnation de la préforme soit totale, malgré que la résine polymérise dès le début de l’injection. Comme précisé ci-dessus, l’injection et la polymérisation de ladite résine sont réalisées avec une température de résine identique. En d’autres termes, aucun chauffage de la résine n’est réalisé entre l’injection de la résine dans le moule et la fin de sa polymérisation. Dans un mode de réalisation, la température d’activation de la résine est comprise entre 180°C et 400°C. Dans un mode de réalisation, la résine est choisie parmi des résines époxy thermodurcissables. Dans un mode de réalisation, l’injection de la résine est faite avec un débit compris entre 500 cm 3 /min et 2500 cm 3 /min. Assurer un tel débit d’injection permet d’assurer que la résine, injectée à une température supérieure à sa température d’activation, occupe l’intégralité de la porosité de la préforme fibreuse avant d’avoir fini de polymériser. De plus, un débit d’injection important permet d’accélérer le procédé, comparativement aux procédés de l’art antérieur. Il est possible d’atteindre des débits d’injection de résine plus importants que dans les procédés de l’art antérieur, notamment puisque l’injection à lieu à une température supérieure à la température d’activation de la résine, et que celle-ci est donc plus visqueuse que dans les procédés connus de l’art antérieur. Dans un mode de réalisation, l’injection de la résine est réalisée à une pression comprise entre 3 et 20 bars pendant les étapes d’injection et de polymérisation de la résine. Augmenter la pression d’injection permet de faciliter la bonne imprégnation de la résine, et sa bonne répartition dans l’ensemble de la porosité de la préforme fibreuse avant que la polymérisation, amorcée dès l’injection, ne soit complète. Dans un mode de réalisation de l’invention, l’étape de polymérisation a une durée inférieure ou égale à une heure. La figure 1 montre schématiquement un exemple d’installation permettant de mettre en œuvre un procédé selon l’invention ; La figure 2 est un graphique montrant un exemple de consignes de température en fonction du temps dans les différentes parties de l’installation de la figure 1. Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes : - la disposition d’une préforme fibreuse dans un moule, - une étape d’injection (E2) dans le moule d’une résine à imprégner dans la préforme fibreuse, - une étape de polymérisation (E3) de la résine pour former la pièce en matériau composite, caractérisé en ce que l’injection et la polymérisation de ladite résine sont réalisées avec une température de résine identique, cette température étant supérieure ou égale à la température d’activation de la résine. Procédé de fabrication selon la revendication 1 dans lequel la température d’activation de la résine est comprise entre 180°C et 400°C. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la résine est choisie parmi les résines époxy thermodurcissables. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la température de résine n’est pas supérieure de plus de 20°C à la température d’activation de la résine. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’injection de la résine est faite avec un débit compris entre 500 cm 3 /min et 2500 cm 3 /min. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, l’injection de la résine est réalisée à une pression comprise entre 3 et 20 bars pendant les étapes d’injection et de polymérisation de la résine. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape de polymérisation a une durée inférieure ou égale à une heure.