Brevet FR3129867A1 — publié le 20230609

La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, une résine époxyde allégée obtenue par le procédé de l’invention, et leurs utilisations pour la production de noyau pour pièces creuses destinées notamment aux industries aéronautique, aérospatiale et automobile, technologies médicales et éoliennes, et wagons, navires, et articles de sport. Figure pour l'abrégé : Néant NOYAU ALLEGE EN RESINE EPOXYDE POUR PIECE CREUSE EN COMPOSITE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, une résine époxyde allégée obtenue par le procédé de l’invention, et leurs utilisations pour la production de noyau pour pièces creuses, notamment destinées aux industries aéronautique, aérospatiale et automobile, aux technologies médicales, aux éoliennes, aux wagons et navires et aux articles de sport. Arrière-plan technique Pour la réalisation de pièces ou structures creuses en composite renforcé, telles que des aubes en composites tissés 3D creuses ou des aubes directrices de sortie, désignées également par l’acronyme OGV pour « Outlet Guide Vane » en anglais, il est généralement utilisé un noyau mousse qui reste dans la pièce ou un noyau qui doit être retiré par la suite. Le retrait du noyau apporte un allègement le plus important mais est aussi la plus difficile à industrialiser car, pour ce faire, il n’est pas toujours aisé de retirer le noyau. En effet, s’il est, par exemple utilisé, un noyau fusible, il est impératif d’apporter les calories nécessaires à le faire fondre tout en veillant à ne pas endommager la pièce. Par ailleurs, il est nécessaire de prévoir un orifice de sortie permettant d’évacuer les résidus du noyau. Or, un agencement d’un tel orifice de sortie est contraignant car il est impératif de tenir compte d’une concentration de contraintes générée à proximité orifice de sortie. De telles de structures creuses en composite réalisent leur plein potentiel lorsque le noyau est léger, résistant à la compression, au cisaillement et à la pression, même à des températures élevées (notamment supérieure à 100°C). Cependant, trouver un matériau permettant, d’une part, de concevoir le meilleur noyau possible en termes de masse, de résistance à la compression, au cisaillement, de coût, etc. et, d’autre part, qui soit compatible avec la matière constitutive de la pièce ou de la structure en composite, en particulier une résine époxyde renforcée par des fibres de verre, de carbone ou d’aramide, de préférence, par des fibres de carbone, n’est pas aisé. Actuellement, dans l’industrie aéronautique, les résines époxydes à base de diglycidyléther du bisphénol F, désignées également par l’acronyme DGEBF, et/ou à base de diglycidyléther du bisphénol A, désignées également par l’acronyme DGEBA, tel que, par exemple, la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay, est très couramment utilisée pour fabriquer les pièces ou les structures en composites, comme les aubes de soufflante, les carters ou les cales, par un procédé de moulage par transfert de résine sous vide, désigné également par l’acronyme VARTM pour « Vacuum Assisted Resin Transfer Molding » en anglais, dans lequel le moule extérieur est remplacé par une membrane soumise à une pression d’huile. Un tel procédé de moulage par transfert de résine sous vide est notamment décrit, par exemple, dans la publication « Modeling the VARTM Composite Manufacturing Process Xiaolan Song, Alfred C. Loos, Brian W. Grimsley, Roberto J. Cano, Pascal Hubert. ». Dans le cadre de développement de nouvelles pièces ou structures creuses en composite renforcé, en particulier les aubes directrices de sortie ou les aube de soufflante, l’incorporation d’un noyau en mousse, autrement dit un matériau alvéolaire en particulier de type, polyuréthane, polystyrène, mélamine … est souhaitée pour diminuer la masse globale tout en assurant les caractéristiques mécaniques et les tenues vibratoires recherchées. A ce jour, les mousses connues sont onéreuses et posent problème lors de l’opération d’injection, notamment par une incompatibilité avec la résine utilisée, en particulier avec la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay. D’autre part, les noyaux dont le matériau constitutif se révèle compatible avec la composition de la résine époxyde à base de diglycidyléther du bisphénol F, comme par exemple la résine époxyde de dénomination PR520 commercialisée par la société Solvay, seront de facto compatibles avec d’autres résines époxydes à base de diglycidyléther du bisphénol F et/ou à base de diglycidyléther du bisphénol A pour lesquelles la température de cuisson est d’au moins 170°C. Dans le cadre de développement de pièces ou structures creuses en composite renforcé, il existe donc un réel besoin de disposer d’un matériau constitutif du noyau qui soit compatible avec les pièces ou structures en composite, permettant d’améliorer la liaison noyau/pièce ou noyau/structures. En particulier, il existe un réel besoin de disposer d’un matériau pour le noyau des pièces ou structures creuses en composite renforcé, qui soit léger, c’est-à-dire présentant une masse volumique inférieure ou égale à 300 kg/m 3 , en particulier inférieure ou égale à 200 kg/m 3 , résistant à la compression, c’est-à-dire présentant en particulier une résistance à la compression inférieure à 10 MPa, en particulier à des températures élevées, notamment une température d’au moins 150°C), et aisé de mise en œuvre dans des conditions industriellement intéressantes, notamment en termes de coût. La présente invention a précisément pour but de répondre à ces besoins, en fournissant un procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, notamment ayant une masse volumique inférieure ou égale à 1000 kg/m 3 , comportant au moins : une étape d’incorporation (A), au cours de laquelle du bicarbonate, notamment du bicarbonate de sodium, est incorporé à une résine époxyde, notamment une résine époxyde à base de diglycidyléther du bisphénol F, et/ou diglycidyléther du bisphénol A, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; une étape d’introduction (B), au cours de laquelle la résine modifiée de l’étape d’incorporation (A) est introduite dans un moule fermé, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; et une étape de cuisson, au cours de laquelle la résine modifiée de introduite dans un moule fermé est cuite à une température de polymérisation de la résine. L’un des avantage du procédé de l’invention est que le matériau du noyau est compatible avec les pièces creuses, notamment les pièces creuses en composite comprenant un tel noyau. A l’étape d’introduction B) , le noyau en résine époxyde modifiée peut être fabriqué en moule fermé par injection basse pression (par exemple à une pression inférieure 0,7 MPa) ou tout simplement par introduction d’une quantité de résine par coulée avant fermeture du moule. Un procédé de moulage par compression ou par compression-transfert peut également être mis en œuvre. Il suit alors le cycle de cuisson de la résine puisque la même résine est utilisée pour la pièce finale. Le procédé de l’invention permet de fabriquer un noyau dont la masse est allégée conduisant à l’allègement des pièces, notamment des pièces en composite, dans lesquelles il est intégré. L’invention concerne également une résine époxyde allégée à base de diglycidyléther du bisphénol F et/ou de diglycidyléther du bisphénol A obtenue par une étape d’incorporation (A) d’un procédé selon l’invention. La masse volumique de cette résine époxyde allégée, pouvant également être dénommée mousse ou résine-mousse, est inférieure ou égale à 1000 kg/m 3 , en particulier comprise entre 100 et 1000 kg/m 3 , notamment comprise entre 150 kg/m 3 et 800 kg/m 3 , plus particulièrement entre 150 kg/m 3 et 250 kg/m 3 , spécifiquement égale à 205 kg/m 3 . La résine époxyde allégée obtenue par le procédé de l’invention présente une résistance à la compression comprise entre 1 et 25 MPa, notamment comprise entre 1 et 10 MPa, plus particulièrement comprise entre 2 MPa et 8 MPa, spécifiquement supérieure ou égale à 2 MPa, en particulier égale à 7,1 MPa. L’invention concerne également l’utilisation d’un procédé selon l’invention et/ou d’une résine époxyde allégée obtenu par le procédé de l’invention. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de production de pièces ou de structures creuses mettant en œuvre une étape de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée par un procédé selon l’invention et/ou une résine époxyde allégée obtenu par le procédé de l’invention. L’invention concerne, en outre, une pièce creuse en résine époxyde renforcée notamment par des fibres de carbone, comprenant un noyau en résine époxyde allégée obtenu par un procédé selon l’invention. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux dessins annexés présentés à titre d’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, dans lesquels : représente une image de la surface d’un échantillon préparé par le procédé de l’exemple 1, à l’aide d’un appareil photographique. Procédé de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée, notamment ayant une masse volumique inférieure ou égale à 1000 kg/m 3 , comportant au moins : une étape d’incorporation (A) , au cours de laquelle du bicarbonate, notamment du bicarbonate de sodium, est incorporé à une résine époxyde, notamment une résine époxyde à base de diglycidyléther du bisphénol F, et/ou diglycidyléther du bisphénol A, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; une étape d’introduction (B) , au cours de laquelle la résine modifiée de l’étape d’incorporation (A) est introduite dans un moule fermé, en particulier à une température comprise entre 60°C et 100°C ; et une étape de cuisson, au cours de laquelle la résine modifiée de introduite dans un moule fermé est cuite à une température de polymérisation de la résine. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taux d’incorporation de bicarbonate, notamment de bicarbonate de sodium, dans la résine est de 1% à 20%. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce la résine époxyde est à base de diglycidyléther du bisphénol F. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’introduction de la résine modifiée dans un moule fermé à l’étape d’introduction (B) s’effectue par injection basse pression, notamment à une pression inférieure à 0,7 MPa, ou par coulée avant fermeture du moule. Résine époxyde allégée à base de diglycidyléther du bisphénol F et/ou de diglycidyléther du bisphénol A obtenue par une étape d’incorporation (A) d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes. Résine époxyde allégée selon la revendication 5, caractérisée en ce que la résine époxyde allégée a une masse volumique inférieure ou égale à 1000 kg/m 3 , en particulier comprise entre 100 kg/m 3 et 1000 kg/m 3 , notamment comprise entre 150 kg/m 3 et 800 kg/m 3 , plus particulièrement entre comprise 150 kg/m 3 et 250 kg/m 3 , spécifiquement égale à 205 kg/m 3 . Résine époxyde allégée selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la résine époxyde allégée présente une résistance à la compression comprise entre 1 MPa et 25 MPa, notamment comprise entre 1 MPa et 10 MPa, plus particulièrement comprise entre 2 MPa et 8 MPa, spécifiquement supérieure ou égale à 2 MPa, en particulier égale à 7,1 MPa. Utilisation d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 et/ou d’une résine époxyde allégée selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, pour la production de noyau pour pièces ou de structures creuses. Procédé de production de pièces ou de structures creuses mettant en œuvre une étape de fabrication d’un noyau en résine époxyde allégée par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 et/ou une résine époxyde allégée selon l’une quelconque des revendications 5 à 7. Pièce creuse en résine époxyde renforcée, notamment par des fibres de carbone, comprenant un noyau en résine époxyde allégée selon l’une quelconque des revendications 5 à 7.