INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Un catalyseur acide, l’acide methanesulfonique, est mélangé avec le DMSO, tel que le ratio molaire avec la charge sucre (catalyseur/charge sucre) est 1 % mol., et ils sont portés à une température de 120°C. Le fructose est introduit sous la forme d’une solution aqueuse, à 70 % poids en sucre (sirop), dans un rapport massique DMSO/fructose de 2,3. La pression est maintenue à 0,035 MPa. Dans ces conditions de pression et de température, le milieu réactionnel est au-dessus du point de bulle du mélange, donc la phase vapeur peut être soutirée du réacteur, et condensée pour former les condensats. L’étape de déshydratation des sucres est mise en œuvre en discontinu avec un ajout de charge progressif pendant 2 h. Le milieu réactionnel est maintenu à la température et pression indiqués ci-dessus pendant 2 h supplémentaires après la fin de l’ajout.
L’effluent liquide issu de l’étape de déshydratation contient 74 % poids de DMSO, 21 % poids de 5-HMF, 3 % poids d’eau, soit un rendement molaire du 5-HMF par rapport au fructose engagé de 81 %. Des composés polymériques (nommés humines) solubles dans le milieu réactionnel ont été formées à hauteur de 5 % poids. Lors de cette étape de déshydratation, un mélange eau-DMSO est récupéré en phase vapeur. Ledit mélange eau-DMSO présente une composition de 32 % poids du DMSO et 68 % d’eau. Ce mélange eau-DMSO est distillé sous vide pour produire de l’eau ne contenant que des traces de DMSO.
Dans un réacteur en verre permettant un balayage de gaz, 50 g de l’effluent obtenu à l’étape de déshydratation sont introduits. Du TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl), de l’iodure de cuivre CuI et de la 2,2’-bipyridine dans des proportions molaire par rapport au 5-HMF respectivement de 7,5, 15,0 et 7,5 sont ensuite ajoutés. Le mélange est balayé par de l’air à un débit de 20 NL/h sous pression atmosphérique. Après 4h de réaction, la conversion du 5-HMF en DFF est totale et le rendement en DFF est de 92% molaire. L’effluent 1 obtenu a pour composition : 74 % poids de DMSO, 19 %poids de DFF et 3 %poids d’eau.
Le turboréacteur à gaz d'aéronef 10 comprend une partie centrale, formant le moteur 12 à turbine à gaz, montée à l'intérieur d'un ensemble 14 de nacelle de moteur, comme cela est typique d'un aéronef conçu pour un fonctionnement subsonique. Le turboréacteur peut notamment être un turboréacteur à double flux. L'ensemble 14 de nacelle comprend généralement une nacelle de moteur 16 et une nacelle de soufflante 18 entourant une soufflante 20 située axialement en amont du moteur 12.
Le moteur 12 comprend, axialement en partie aval, au moins une turbine qui peut être une turbine basse pression et, en aval de cette turbine, un carter d’échappement 22 métallique et comprenant une virole annulaire interne 22a et une virole annulaire externe 22b délimitant entre elles une partie aval de la veine annulaire primaire 24 dans laquelle circulent les gaz de combustion, issus de la chambre de combustion du moteur 12, selon le flux F.
La virole annulaire interne 22a est reliée, à son extrémité aval, au cône d'éjection 1, lequel peut comprendre une partie amont 1a, de forme sensiblement cylindrique, et une partie aval 1b de forme conique. La virole annulaire interne 22a est alignée avec la paroi externe du cône d’éjection 1 pour former une veine d’écoulement homogène de l’air en sortie du moteur 12.
La paroi externe du cône d’éjection peut être réalisée en composite à matrice céramique (CMC) pour résister aux températures des gaz en sortie du moteur 12 tout en réduisant la masse globale du turboréacteur. Cependant, la caractéristique fibreuse de ce matériau le rend complexe à usiner. En effet, la paroi en CMC est fortement sujette à la délamination. Dans ces matériaux, un usinage est susceptible d’engendrer une amorce de délaminage, en particulier sur la face de sortie de l’outil d’usinage. Ce délaminage va naturellement se propager de proche en proche, du fait de l’absence d’effet texture du matériau. En outre, la paroi en CMC est fréquemment sujette à des brisures lors de son usinage, en raison de sa faible résistance mécanique. Ces inconvénients subsistent malgré l’usinage de la paroi en CMC en l’accolant à un support de maintien, également appelé « contre-forme ». En effet, les surfaces des pièces en CMC ne sont généralement pas planes et régulières, si bien que la surface d’appui de la contre-forme peut difficilement être ajustée pour épouser finement la surface de la paroi en CMC venant en appui sur cette contre-forme.
Il existe donc un besoin de remédier à ces inconvénients.
Le présent document propose un procédé d’usinage d’une paroi en matériau composite à matrice céramique comprenant une première face et une seconde face opposées, le procédé comprenant au moins les étapes :
déposer une couche sacrificielle sur au moins une partie de la première face,
usiner ladite paroi avec un outil d’usinage depuis la seconde face de sorte que l’outil d’usinage traverse la paroi et la couche sacrificielle,
retirer la couche sacrificielle, et
dans lequel la couche sacrificielle est agencée pour empêcher une désagrégation de la paroi au cours de l’usinage de ladite paroi.
Ainsi, la couche sacrificielle permet de maintenir les fibres de la paroi en CMC lors du passage de l’outil d’usinage, en particulier au niveau du débouché de l’outil d’usinage sur la première face. Le procédé permet de maintenir l’intégrité de la paroi en CMC et évite son délaminage lors de l’usinage. En outre, la couche sacrificielle étant retirée après usinage, la masse de la paroi CMC n’est pas impactée par le procédé d’usinage.
Selon un mode de réalisation, la couche sacrificielle peut être agencée pour présenter une résistance mécanique supérieure à la pression exercée par l’outil d’usinage sur la paroi selon une direction normale à ladite paroi. Par « résistance mécanique », on entend la valeur limite de contrainte hors plan, également appelée « tenue en compression orthogonale ». Elle correspond à la composante du tenseur des contraintes.
Selon un premier mode de réalisation, la couche sacrificielle peut comprendre un substrat tissé. Le substrat tissé peut, par exemple, être formé à partir de fibres de verre. Le substrat tissé peut être réalisé par un tissage sergé ou taffetas. Le substrat tissu peut présenter une densité surfacique comprise entre 100 et 250 g/m2.
Selon un deuxième mode de réalisation, la couche sacrificielle peut comprendre un film polymère.
Il a été illustré que la composition selon l’invention permet d’obtenir une pièce en matériau composite à matrice céramique à renforts discontinu via un procédé de fabrication directe applicable avec une matière première thermoplastique. De la sorte, la pièce en matériau composite à matrice céramique à renforts discontinu est obtenue de manière simplifiée et/ou permet d’accéder à des géométries de pièces plus complexes que celles accessibles par les autres procédés de fabrication directe connus jusqu’ici pour l’obtention de pièces composées de ces matériaux.
Dans la présente demande, l’expression « compris entre ... et ... » doit s’entendre bornes incluses.
Des compositions selon l’invention ont été préparées et leur applicabilité à des procédés de fabrication additive a été testée.
Les compositions du tableau 1 illustrent des compositions satisfaisantes pour la préparation de filaments pour des procédés de dépôt de fil fondu. Les compositions du tableau 1 sont données en teneur volumique pour les composants des charges dispersées dans la phase polymérique par rapport au volume totale de la composition. Ainsi, pour chaque composition, la teneur volumique en phase polymérique est le complément à 100 des teneurs volumiques données pour les premières, et le cas échéant deuxièmes, charges. Dans chaque exemple, la phase polymérique comprend un élastomère thermoplastique par exemple un élastomère polyester et un polyéthylène à basse densité. Le signe « -- » dans le tableau 1 indique que des deuxièmes charges ne sont pas présentes.
Composition pour la fabrication directe d’un matériau composite à matrice céramique à renfort continu L’invention s’inscrit dans le domaine de la fabrication directe, et plus précisément des matières premières adaptées à la fabrication directe de pièce en matériau composite à matrice céramique à renfort continu.
La fabrication directe est une méthode d’intérêt technologique croissant, notamment pour la fabrication de pièces de géométries complexes.
De manière classique, les méthodes de fabrication directe pour les pièces en matériaux composites comprennent le dépôt ou l’impression d’une matière première à l’aide d’une tête d’impression, par exemple guidée par ordinateur, suivant une géométrie en trois dimensions correspondant à celle de la pièce à fabriquer.
La solidification de la matière première est réalisée après chaque couche déposée de sorte qu’un objet en trois dimensions est obtenu après l’étape d’impression. Cette étape correspond à la fabrication d’une pièce dite « verte » (ou encore « green body » selon l’appellation anglaise).
Pour parvenir à la pièce finale, il est nécessaire de réaliser sur la pièce verte, une étape d’élimination de la matière organique, dite étape de déliantage permettant d’obtenir une pièce dite « brune » (ou encore « brown body » selon l’appellation anglaise). Après cette étape, une étape de frittage est généralement réalisée afin d’obtenir une pièce finale densifiée. D’autres étapes de mise en forme ou de finition peuvent éventuellement être envisagées entre les étapes de déliantage et de frittage ou après l’étape de frittage.
La fabrication de matériaux composites à matrice céramique à renfort continu par fabrication directe est actuellement limitée par les matières premières disponibles pour leur fabrication, et par les contraintes techniques liées à l’applicabilité de ces matières premières aux méthodes de fabrication directe existantes.
L’invention vise précisément à proposer une matière première utilisable par des méthodes de fabrication directe connues et qui permettent l’obtention de matériaux composites à matrice céramique à renfort continu.
Pour cela, les inventeurs proposent une composition pour la fabrication directe d’un matériau composite à matrice céramique à renfort continu comprenant :
une phase polymérique comprenant au moins un élastomère thermoplastique et un polyéthylène à basse densité, la phase polymérique ayant une teneur volumique comprise entre 20 % et 80 % par rapport au volume total de la composition ; des charges dispersées dans la phase polymérique, les charges ayant une teneur volumique comprise entre 20 % et 80 % par rapport au volume total de la composition et comprenant : des premières charges composées de particules inorganiques ; et des deuxièmes charges composées de renforts fibreux continus, la teneur volumique des deuxièmes charges étant comprise entre 1,0 % et 50 % par rapport au volume total des charges de la composition.
Ces compositions sont utilisables avec les méthodes de fabrication directe, notamment par voie fondue telles que l’extrusion, ou l’impression par dépôt de fil fondu, (dit FFF pour l’acronyme anglais « Fused Filament Fabrication ») ou encore toute autre méthode applicable aux matières premières thermoplastiques.
En conséquence, les compositions permettent d’obtenir des pièces en matériaux composite à matrice céramique à renfort continus aux formes complexes, notamment creuses ou encore qui nécessitent du supportage. En d’autres termes, les compositions peuvent servir de matière première pour des procédés de fabrication directe d’une pièce en matériau composite à renfort continu.
Dans un mode de réalisation, les élastomères themoplastiques de la phase polymérique peuvent être choisis parmi les élastomères themoplastiques de polyuréthanes (TPU), les élastomères themoplastiques styréniques, les élastomères themoplastiques copolyesters, les élastomères themoplastiques copolyamides (TPA), les élastomères themoplastiques oléfiniques suivant la classification issue de la norme ISO 18064:2014. De préférence, ils sont choisis parmi les élastomères themoplastiques styréniques, les élastomères themoplastiques copolyesters et les élastomères themoplastiques oléfiniques.
Enfin, après nouvelle rotation du plateau (5), la canette pleine et munie d’un couvercle serti retourne à sa position initiale, c’est-à-dire à l’aplomb de la trappe d’accès (2), permettant à l’utilisateur de récupérer ladite canette remplie et obturée.
La référence (10) désigne le magasin de stockage des couvercles, conforme à une première variante du premier mode réalisation de l’invention.
On l’a représenté de manière plus précise au sein de la . Ce magasin de stockage (10) des couvercles, en l’espèce représenté vide, est destiné à être reçu de manière amovible au sein de l’unité de distribution et de positionnement (8) desdits couvercles au niveau de l’extrémité des canettes remplies (cf. supra). Plus précisément, ce magasin de stockage (10) est, par exemple, constitué de tôles verticales (11) définissant un volume interne ou puit globalement cylindrique de dimensions adaptées au diamètre externe desdits couvercles, de telle sorte à ce que ceux-ci puissent, par simple gravité, descendre librement au sein du magasin au fur et à mesure de l’utilisation et de la distribution des couvercles en question. Ces tôles aboutissent jusqu’au niveau d’une base (12) et sont solidarisées à celle-ci. La base s’étend donc perpendiculairement par rapport à la dimension principale du magasin (10) en l’espèce selon un plan horizontal lorsque le magasin est en position opérationnelle.
Par ailleurs, il peut être observé sur la l’absence de ces tôles en zone amont (13) du magasin, et donc selon toute la hauteur de celui-ci, ainsi qu’une lumière traversante (14) ménagée au niveau inférieur de la face opposée à la face amont (13). Cette lumière traversante (14) est destinée à permettre l’action de l’unité de distribution et de positionnement (8) unitaire des couvercles au niveau de l’extrémité supérieure des canettes après remplissage. Plus précisément, cette lumière traversante (14) permet le passage d’un doigt (15), actionné par un moteur (16), et apte à gérer la distribution de manière unitaire des couvercles au niveau de l’extrémité supérieure d’une canette remplie pour ensuite permettre l’opération de sertissage.
Avantageusement, on munit le magasin de stockage (10) d’un organe (17) destiné à coulisser selon toute la hauteur dudit magasin. Cet organe (17) est amovible ; il pénètre à l’intérieur du volume défini par le magasin par la face amont (13), et est donc dimensionné en conséquence. Il est apte à maintenir les couvercles stockés dans le magasin lors des opérations de manipulation de ce dernier. Cet organe (17) est muni d’une languette (18) de largeur inférieure à l’ouverture (13) ménagée le long de la face amont dudit magasin, pour ainsi permettre son insertion au sein de celui-ci, et sa montée ou sa descente lors de l’opération de chargement dudit magasin en couvercles. Cet organe (17) est destiné à être retiré lorsque le magasin (10) est positionné au sein de l’unité de distribution et de positionnement (8). Avantageusement, et afin de conserver la languette (18) horizontale, l’organe (17) est muni de deux pattes extérieures (28), s’étendant parallèlement et selon la même direction que la languette (18), mais à l’extérieur et au contact des tôles définissant le magasin (10).
Ainsi que mentionné en préambule, ce magasin (10) est amovible, justement afin de faciliter les opérations de remplissage dudit magasin en couvercles d’obturation.
A cet effet, la base (12) dudit magasin est pourvue d’alésages (19), ménagés à la périphérie des tôles (11) définissant le puit de réception des couvercles du magasin, et destinés à coopérer avec des tiges verticales (20) émanant de la face supérieure d’une plate-forme (21) de l’unité de distribution et de positionnement (8). On conçoit dès lors que l’escamotage du magasin alors vide, ou partiellement rempli, s’effectue par préhension dudit magasin et ascension vers le haut, pour dégager la base (12) des tiges (20). Corollairement, une fois le magasin rempli, on procède par simple descente dudit magasin en prenant soin de faire coopérer les tiges (20) avec les alésages (19). On conçoit la grande simplicité de mise en œuvre, et plus particulièrement de mise en place et d’escamotage du magasin (10) dans et hors de l’installation.
Une fois le magasin (10) escamoté hors de ladite installation, son remplissage est des plus aisé. L’opérateur se contente de faire glisser une pile de couvercles entre les tôles (11) définissant le volume interne dudit magasin. Cette pile de couvercles est idéalement préalablement stockée au sein d’un emballage de forme et dimensions adaptées à celles des couvercles. L’opérateur introduit cette pile par l’extrémité supérieure du puit défini par les tôles (11), ces dernières étant avantageusement évasées au niveau de leur extrémité supérieure afin de favoriser l’introduction de cette pile.
Afin de retenir la pile de couvercles lors de son introduction dans le puit, l’utilisateur positionne son doigt sous cette dernière par la zone amont (13), ou utilise l’organe (17).
Une fois la pile de couvercles en place dans le magasin, ledit organe est retiré, puis l’opérateur retire par le haut l’emballage de stockage préalable des couvercles par simple traction au niveau de l’extrémité supérieure du puit.
Le magasin alors rempli, peut être repositionné au sein de l’installation, comme évoqué supra.
Ce faisant, on conçoit toute la simplicité de la gestion de l’installation, plus particulièrement s’agissant de la gestion des stocks de couvercles.
On a représenté au sein de la une variante du magasin de stockage (10). Cette variante diffère uniquement dans le mode de positionnement réversible dudit magasin au sein de l’unité de distribution et de positionnement (8). A cet effet, le magasin (10), et plus précisément les tôles (11) qui définissent le puit de réception des couvercles sont munies de moyens de positionnement et de centrage, constitués d’excroissances (22) prolongeant typiquement quatre desdites tôles (11), lesdites excroissances ou saillies (22) étant régulièrement réparties afin de conférer la stabilité requise au magasin une fois positionné en place sur l’unité de distribution et de positionnement (8). Ces excroissances ou saillies (22) sont positionnées de telle sorte à venir en contact avec la paroi interne d’un orifice traversant (23) ménagé au sein de la plate-forme (21) de l’unité de distribution et de positionnement (8), dont le fonctionnement sera décrit ultérieurement.
Dans la , les excroissances (22) sont prévues pour optimiser la stabilité du magasin. Elles sont associées aux moyens décrits en lien avec la première variante, c’est-à-dire les tiges (20) qui s’étendent le long de la paroi externe des tôles (11) au voisinage de l’extrémité inférieure du magasin.
La illustre schématiquement une troisième variante du magasin de stockage (10) du premier mode de réalisation de l’invention. Dans cette variante, le puit est défini simplement par quatre tiges verticales (24), assemblées les unes aux autres, respectivement au niveau supérieur par une plaque (25) orientée perpendiculairement par rapport à la dimension principale des tiges (24), et au niveau inférieur par deux plaques (26, 27) identiques à la plaque (25), séparées l’une de l’autre par une distance compatible avec la hauteur des tiges (20) émanant de la plate-forme (21), dont la fonction a déjà été décrite en lien avec les figures 3 à 5. De fait, ces plaques (26, 27) sont également pourvues d’alésages (27), situés à l’aplomb les uns des autres deux à deux, destinés à recevoir les tiges (20), et sont donc positionnés en conséquence.
Le mode d’escamotage et de repositionnement du magasin (10) hors et au sein de l’installation de l’invention de ces deux variantes est identique à celui décrit en lien avec la première variante décrite avec les figures 2 à 5.
Un système de maintien en température est installé entre le bulleur et le compresseur pour éviter d’avoir des points froids et toujours rester à une température supérieure à la température de condensation du gaz.
Des solutions existent mais il n’est pas possible de satisfaire le besoin avec un bulleur vendu sur le marché car il ne permet pas de supporter des pressions supérieures à quelques bars.
L’utilisation d’un contrôleur de point de rosée permettrait d’avoir un contrôle précis de la teneur en humidité. Cependant cette solution est bien plus onéreuse et complexe et n’accepte pas des pressions supérieures à quelques bars.
Pour pallier ce problème, les industriels ne souhaitant pas investir dans un contrôleur de point de rosée et souhaitant utiliser un équipement moins coûteux et plus robuste, maintiennent la température de leur bulleur à l’aide d’une résistance électrique : des câbles électriques chauffants sont disposés le long des conduites de gaz pour éviter les points froids entre le bulleur et le système. L’objectif est de maintenir une température suffisante et ne pas avoir de condensation.
Des solutions de séchage de gaz permettant d’atteindre 5ppm pour des débits de 200 à 2 000 NL/h sont nombreuses : - Le sécheur à dessiccation permet un fonctionnement jusqu’à 1 000 bar et a une très bonne capacité de séchage, l’inconvénient est qu’il nécessite un remplacement ou une régénération du dessicant lorsqu’il est saturé en eau. Des enceintes résistantes aux moyennes pressions (jusqu’à 700 bar), modifiées sur mesure sont aujourd’hui utilisées, elles permettent de contenir le dessicant ainsi que l’eau condensée. Le gaz comprimé et le condensat se retrouvent dans la même enceinte. Lors des purges de condensat, une partie du gaz est perdu, car évacué en même temps que l’eau. Ils sont constitués de pièces en acier inox massives et couteuses. Chaque maintenance demande un remplacement du joint permettant l’étanchéité. La conception de ces enceintes rend généralement cette procédure délicate. - La solution de séchage par perméation a la même problématique de régénération et utilise pour cela une partie de l’hydrogène séché pour absorber l’humidité accumulée sur les membranes, il y a donc des pertes de gaz significatives. Un autre inconvénient est la pression de fonctionnement qui n’accepte pas des pressions supérieures à 35 bar pour de petites installations et donc à faible débit. - La solution de séchage par groupe froid disponible sur le marché permet d’atteindre une température de rosée proche de 0°C mais n’accepte pas de pression supérieure à quelques bars. Il n’est donc pas possible d’atteindre 5ppm dans ces conditions de pression et température. -La solution de séparation de phase par coalescence permet de séparer les phases d’eau liquide et vapeur. Cette solution ne permet pas d’atteindre un séchage suffisant.
Plus précisément, l’invention a pour but de : - Garantir que le gaz entrant est saturé en humidité, soit 70% ≤ HR ≤ 99% ; - Garantir que le gaz sortant est porteur d’une concentration en eau inférieure à 5ppm.
Un autre objectif est de garantir la saturation du gaz en humidité quelle que soit la température de fonctionnement.