Brevet FR3145306A1 — publié le 20240802

Procédé de fabrication de pièces composites Procédé (100) de fabrication d’une pièce en matériau composite à matrice organique comprenant les étapes suivantes : - la disposition (110) d’une préforme fibreuse de la pièce à fabriquer dans un moule comprenant une chambre d’imprégnation en faisant reposer une première face de la préforme fibreuse sur une surface de support de la chambre d’imprégnation, la chambre d’imprégnation étant fermée par une membrane souple placée en regard d’une deuxième face de la préforme fibreuse, ladite membrane souple séparant la chambre d’imprégnation d’une chambre de compaction, - l’injection (120) d’un fluide de compaction dans la chambre de compaction de manière à appliquer une pression de compaction (P compaction ) sur la membrane souple, - l’injection (130) d’une résine dans la chambre d’imprégnation à partir d’une face latérale à la première face de la préforme fibreuse suivant une direction parallèle à la surface de la membrane de manière à ce que la résine imprègne la préforme fibreuse et polymérise pour former une matrice organique au sein de la préforme fibreuse, la pression de compaction étant maintenue sur la membrane souple avant et pendant l’injection et la polymérisation de la résine. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé de fabrication de pièces en matériau composite à matrice organique La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication de pièces en matériau composite à matrice organique, notamment les pièces de carters fan. Ces pièces sont habituellement fabriquées à partir d’une préforme fibreuse imprégnée par une résine qui en polymérisant forme une matrice organique au sein de la préforme fibreuse. La matrice organique peut être formée par un procédé RTM (Moulage par transfert de résine ou « Resin Transfer Molding » en anglais). La préforme est déposée dans un outillage, comme un moule, fermé dans lequel on injecte une résine au sein de la préforme, par un ou des port(s) d’injection situé(s) en regard d’une face latérale de la préforme. Durant la polymérisation de la résine, on applique une pression de compaction par les ports d’injection. Néanmoins celle-ci n’est pas appliquée uniformément sur toute la préforme, ce qui entraîne des pertes de charges entre les ports d’injection de la résine et le reste de la préforme. Afin de limiter la perte de charges, on peut former la matrice organique selon le procédé C-RTM (Moulage par transfert de résine et compression ou « Compression Resin Transfer Molding » en anglais). La résine est injectée au-dessus de la préforme et la pression de compaction est appliquée sur tout le dessus de la préforme lors de la polymérisation de la résine. Néanmoins, ce procédé n’est pas applicable aux pièces axisymétriques, car il est impossible de créer un outillage circulaire rigide concentrique pour appliquer la pression de compaction. Afin de remédier à ces deux problèmes, la matrice organique peut encore être formée par le procédé Polyflex décrit notamment dans le document US2016297153. Le procédé Polyflex consiste à appliquer la pression de compaction sur le dessus de la préforme grâce à une membrane flexible située sur le dessus de la préforme. Un fluide de compaction présent entre la membrane flexible et l’outillage permet de plaquer la membrane sur la préforme et d’appliquer cette pression de compaction pour que la résine pénètre dans toute la préforme, néanmoins quand le fluide de compaction dépasse le front de pénétration de la résine, on crée un défaut de remplissage au sein de la préforme car la circulation de la résine est bloquée. Les pièces résultantes sont partiellement sèches, non conformes et donc rebutées. Il est donc souhaitable de disposer d’un procédé de fabrication de pièces en matériau composite à matrice organique permettant de garantir le remplissage de la préforme par la résine et sa qualité ainsi que la bonne polymérisation de la résine. L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite à matrice organique comprenant les étapes suivantes : la disposition d’une préforme fibreuse de la pièce à fabriquer dans un moule comprenant une chambre d’imprégnation en faisant reposer une première face de la préforme fibreuse sur une surface de support de la chambre d’imprégnation, la chambre d’imprégnation étant fermée par une membrane souple placée en regard d’une deuxième face de la préforme fibreuse, ladite membrane souple séparant la chambre d’imprégnation d’une chambre de compaction, l’injection d’un fluide de compaction dans la chambre de compaction de manière à appliquer une pression de compaction sur la membrane souple, et l’injection d’une résine dans la chambre d’imprégnation à partir d’une face latérale à la première face de la préforme fibreuse suivant une direction parallèle à la surface de la membrane de manière à ce que la résine imprègne la préforme fibreuse et polymérise pour former une matrice organique au sein de la préforme fibreuse, la pression de compaction étant maintenue sur la membrane souple avant et pendant l’injection et la polymérisation de la résine. En appliquant la pression de compaction avant l’injection de résine sur la membrane souple, cela permet à la membrane de s’adapter à la géométrie de la préforme fibreuse pour lui appliquer une pression uniforme. Il est donc possible de fabriquer des pièces axisymétriques de type carter avec le procédé de l’invention. De plus, en maintenant une pression de compaction lors de l’injection et de la polymérisation de la résine dans la préforme fibreuse, on peut garantir un remplissage homogène de la préforme sans que la circulation de la résine soit bloquée par la membrane et le fluide de compaction tout en maintenant une pression uniforme sur toute la préforme fibreuse. Ainsi, grâce au procédé de l’invention, on améliore la santé matière des pièces fabriquées. Selon une caractéristique particulière de l’invention, la pression de compaction est variable durant l’injection et/ou la polymérisation de la résine. La pression de compaction peut varier entre 1 bar et 30 bars. On peut par exemple augmenter la pression de compaction lors de la polymérisation de la résine. Cela permet d’améliorer la santé matière notamment au niveau de la résine en réduisant le risque d’apparition de porosités chimiques. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le fluide de compaction est une huile. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le procédé comprend également le démoulage de la préforme fibreuse après la polymérisation de la résine. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la résine est une résine époxy thermodurcissable. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la membrane souple présente un coefficient de dilatation thermique compris entre 150 µm/m-°C et 300 µm/m-°C et une dureté Shore A comprise entre 50 et 80. Cela permet à la membrane de s’adapter à la géométrie de la préforme sans se déformer lors de l’application de la pression de compaction. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la préforme fibreuse est réalisée par tissage tridimensionnel de fibres. Ainsi, comme la préforme fibreuse est destinée à former le renfort fibreux de la pièce à fabriquer, la pièce finale aura de très bonnes propriétés mécaniques et un risque faible de délaminage. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. La représente, de manière schématique, un procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, un exemple moule permettant de mettre en œuvre le procédé de fabrication de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, le moule de la lors de l’injection de la résine dans la chambre d’imprégnation. L’invention est décrite en référence aux figures 1, 2A et 2B, la représentant, de manière schématique, un procédé 100 de fabrication d’une pièce en matériau composite à matrice organique selon un mode de réalisation de l’invention et les figures 2A et 2B représentant un moule permettant de mettre en œuvre le procédé 100. Le procédé 100 comprend d’abord la disposition 110 d’une préforme fibreuse 210 de la pièce à fabriquer dans un moule 200. Le moule 200 comprend une chambre d’imprégnation 240 et une chambre de compaction 230 séparées par une membrane souple 220. La préforme fibreuse 210 est destinée à former le renfort fibreux de la pièce en matériau composite à fabriquer. Elle est considérée ici comme la structure fibreuse de la pièce en matériau composite à fabriquer, obtenue par toute technique ou combinaison de techniques de constitution de textile, de disposition et de déformation pour la disposer dans le moule 200. La préforme 210 peut ainsi être réalisée au moins en partie par empilements de strates ou plis obtenus par tissage bidimensionnel (2D). Elle peut également être réalisée directement en une seule pièce par tissage tridimensionnel. Par « tissage bidimensionnel », on entend ici un mode de tissage classique par lequel chaque fil d trame passe d’un côté à l’autre de fils d’une seule couche de chaîne ou inversement. Par « tissage tridimensionnel », on entend ici un tissage par lequel des fils de chaîne traversent plusieurs couches de fils de trame, ou des fils de trame traversent plusieurs couches de fils de chaîne. La préforme 210 peut également être réalisée au moins en partie par des nappes de fibres unidirectionnelles (UD), qui peuvent être obtenues par dépose de rubans ou par placement automatique des fibres (AFP pour « Automated Fiber Placement »), ou par enroulement filamentaire. La préforme 210 peut être réalisée à partir de fibres céramiques ou de fibres de carbone, ou à partir d’un mélange des deux. En particulier, la préforme 210 peut être réalisée à partir de fibres constituées des matériaux suivants : l’alumine, la mullite, la silice, un aluminosilicate, un borosilicate, du carbure de silicium, du carbone ou un mélange de plusieurs de ces matériaux. La préforme 210 peut comprendre tout type de fibres de verre. La préforme 210 comprend une première face 211 et une deuxième face 212 opposée à la première face 211. On dispose la préforme 210 dans le moule 200 en faisant reposer sa première face 211 sur une surface de support 201 de la chambre d’imprégnation 240. La membrane souple 220 est en regard de la deuxième face 212 de la préforme 210, et dans la chambre d’imprégnation 240, elle est opposée à la surface de support 201 de la chambre d’imprégnation 240. Puis, on injecte un fluide de compaction 260 dans la chambre de compaction 230 de manière à appliquer une pression de compaction P compaction sur la membrane souple 220 (étape 120 de la ). L’injection du fluide de compaction 260 peut se faire à travers un port d’entrée 231 du moule 200 situé en regard de la membrane souple 220 et débouchant dans la chambre de compaction 230. La pression de compaction P compaction ainsi appliquée permet de déformer la membrane 220 pour qu’elle vienne se plaquer à la préforme fibreuse 210. Ensuite, on injecte une résine 250 dans la chambre de compaction 240 (étape 130) à partir d’une face latérale 213 à la première face 211 de la préforme fibreuse 210 suivant une direction X parallèle à la surface de la membrane 220 de manière à ce que la résine 250 imprègne la préforme fibreuse 210 et polymérise pour former une matrice organique. L’injection 130 de la résine 250 peut se faire via un port d’entrée 241 situé en regard de la face latérale 213 de la préforme 210. Durant cette étape 130 d’injection et de polymérisation de la résine 250, on maintient la pression de compaction P compaction sur la membrane souple 220. Enfin, le procédé 100 peut comprendre le démoulage 140 de la préforme fibreuse 210 après la polymérisation de la résine 220. La pression de compaction P compaction peut être variable durant l’injection et la polymérisation de la résine 220. Elle varie par exemple entre 1 bar et 30 bars. Le fluide de compaction 260 est par exemple une huile. La résine 220 est par exemple une résine époxy thermodurcissable. La membrane souple 220 présente un coefficient de dilatation thermique compris entre 150 µm/m-°C et 300 µm/m-°C et une dureté Shore A comprise entre 50 et 80. Elle est par exemple en silicone, ou dans un matériau de type élastomère. Elle peut être renforcée par des fibres de verre ou de polyester. Ces exemples de caractéristiques permettent à la membrane souple 220 d’être suffisamment flexible pour s’adapter à la géométrie de la préforme 210 tout en restant un minimum rigide pour supporter la pression de compaction P compaction appliquée par le fluide de compaction 260. L’expression « compris(e) entre … et … » doit se comprendre comme incluant les bornes. Procédé (100) de fabrication d’une pièce en matériau composite à matrice organique comprenant les étapes suivantes : la disposition (110) d’une préforme fibreuse (210) de la pièce à fabriquer dans un moule (200) comprenant une chambre d’imprégnation (240) en faisant reposer une première face (211) de la préforme fibreuse sur une surface de support (201) de la chambre d’imprégnation, la chambre d’imprégnation étant fermée par une membrane souple (220) placée en regard d’une deuxième face (212) de la préforme fibreuse, ladite membrane souple séparant la chambre d’imprégnation d’une chambre de compaction (230), l’injection (120) d’un fluide de compaction (260) dans la chambre de compaction de manière à appliquer une pression de compaction (P compaction ) sur la membrane souple, l’injection (130) d’une résine (250) dans la chambre d’imprégnation à partir d’une face latérale (213) à la première face de la préforme fibreuse suivant une direction (X) parallèle à la surface de la membrane de manière à ce que la résine imprègne la préforme fibreuse et polymérise pour former une matrice organique au sein de la préforme fibreuse, la pression de compaction étant maintenue sur la membrane souple avant et pendant l’injection et la polymérisation de la résine. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel la pression de compaction (P compaction ) est variable durant l’injection et/ou la polymérisation de la résine. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le fluide de compaction (260) est une huile. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant également le démoulage (140) de la préforme fibreuse après la polymérisation de la résine. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la résine (250) est une résine époxy thermodurcissable. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la membrane souple (220) présente un coefficient de dilatation thermique compris entre 150 µm/m-°C et 300 µm/m-°C et une dureté Shore A comprise entre 50 et 80. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la préforme fibreuse (210) est réalisée par tissage tridimensionnel de fibres.