INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
A cet effet, la présente invention propose un procédé de fabrication d’au moins un secteur d’anneau de turbine en matériau composite comprenant : - la réalisation d’au moins une ébauche fibreuse par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame, l’ébauche fibreuse s’étendant suivant une direction longitudinale et une direction transversale, l’ébauche fibreuse comprenant une partie inférieure s’étendant suivant la direction transversale entre des premier et deuxième bords latéraux, la partie inférieure étant destinée à former la base annulaire du secteur d'anneau, et une partie supérieure s’étendant suivant la direction transversale entre des premier et deuxième bords latéraux, la partie supérieure étant reliée à la partie inférieure par une portion centrale, la partie supérieure comprenant des première et deuxième portions de déploiement s’étendant suivant la direction transversale entre la portion centrale et respectivement les premier et deuxième bords latéraux de la partie supérieure, la première portion de déploiement étant séparée de la partie inférieure par une première déliaison, la deuxième portion de déploiement étant séparée de la partie inférieure par une deuxième déliaison, les premier et deuxième bords latéraux de la partie inférieure étant alignés respectivement avec les premier et deuxième bords latéraux de la partie supérieure, - la découpe du contour de l’ébauche, - la mise en forme de l’ébauche fibreuse par pliage des première et deuxième portions de déploiement vers la portion centrale de façon à former des première et deuxième parties de préforme de bride de fixation et par courbure de la partie inférieure de façon à former une partie de préforme de base annulaire de manière à obtenir une préforme fibreuse ayant une forme voisine de celle du secteur d'anneau à réaliser, - la consolidation de la préforme fibreuse, - le chargement de la préforme consolidée sur un outillage de support, - l’infiltration de la préforme consolidée par un métal fondu de manière à obtenir un secteur d’anneau brut en matériau composite comprenant une base annulaire avec des premier et deuxièmes bords latéraux comportant respectivement des première et deuxième encoches, une première bride de fixation et une deuxième bride de fixation, caractérisé en ce que, lors de la découpe du contour de l’ébauche fibreuse, les première et deuxième encoches sont découpées respectivement dans le premier bord latéral de la partie inférieure et dans le deuxième bord latéral de la partie inférieure, et en ce que ladite au moins une préforme fibreuse consolidée est suspendue sur l’outillage de support par les première et deuxième encoches.
Les encoches permettent de suspendre la préforme sur l’outillage de support de manière stable et équilibrée, et ce avec un contact minimum entre la préforme et l’outillage.
Dans le procédé de l’invention, les encoches sont réalisées en même temps que la découpe du contour de l’ébauche fibreuse. La réalisation des encoches n’a donc pas d’impact sur le coût de fabrication du secteur d’anneau car elle est incluse dans l’opération de découpe de l’ébauche fibreuse.
En outre, les encoches servent de détrompeurs amont/aval pour le secteur d’anneau brut.
Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, les première et deuxième encoches sont respectivement présentes dans des portions sacrificielles, les portions sacrificielles étant éliminées après l’infiltration de la préforme consolidée par un métal fondu. La découpe des encoches n’a ainsi aucun impact sur le renfort fibreux du secteur d’anneau final et, par conséquent, sur les propriétés mécaniques du secteur d’anneau en matériau composite. En outre, la qualité du secteur d’anneau final est améliorée car les points de contact entre l’outillage de support et la préforme susceptibles d’engendrer des défauts dans la pièce lors de l’infiltration par un métal fondu, sont situés en dehors de la pièce finale et sont éliminés.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, les première et deuxième encoches sont découpées par faisceau laser ou jet d’eau sous pression.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, lors de la découpe du contour de l’ébauche fibreuse, des troisième et quatrième encoches sont découpées respectivement dans le premier bord latéral de la partie supérieure et dans le deuxième bord latéral de ladite partie supérieure, les troisième et quatrième encoches étant découpées simultanément avec les première et deuxième encoches. En découpant simultanément les première et troisième encoches dans les premiers bords latéraux des parties inférieure et supérieure et les deuxième et quatrième encoches dans les deuxièmes bords latéraux des parties inférieure et supérieure, on simplifie le procédé de fabrication car il n’est pas nécessaire d’utiliser un outillage pour protéger la partie supérieure de l’ébauche fibreuse lors de la découpe des encoches.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, les première à quatrième encoches sont respectivement présentes dans des portions sacrificielles, les portions sacrificielles étant éliminées après l’infiltration de la préforme consolidée par un métal fondu.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, les première à quatrième encoches sont découpées par faisceau laser ou jet d’eau sous pression.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, l’outillage de support comprend un portant comprenant au moins une barre de suspension et au moins un support de préforme poreuse, chaque support comprenant une première partie reliée à ladite au moins une barre de suspension par une liaison coulissante et une deuxième partie s’étendant à partir de la première partie, la deuxième partie de chaque support de préforme poreuse comprenant deux bras transversaux s’étendant suivant une deuxième direction, chaque bras transversal comportant une projection s’étendant suivant une première direction, les projections coopérant respectivement avec les première et deuxième encoches présentes sur la préforme.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, la deuxième partie de chaque support de préforme comprend une vis anti-basculement.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, la deuxième partie de chaque support de préforme poreuse comprend une butée réglable présente dans la partie inférieure de la deuxième partie.
Enfin, le produit laminé est usiné ou découpé si nécessaire aux dimensions adéquates, pour qu'il ait, dans le plan des feuilles, les bonnes formes et dimensions. L’usinage implique l’utilisation d’huile de coupe polluante qui n’est pas recyclable.
La fabrication du produit laminé génère la production de copeaux et de poussières. L’usinage et le découpage du produit laminé génèrent par ailleurs la production de chutes. L’usinage génère en outre des résidus d’huile de coupe. La fabrication du produit laminé peut enfin donner lieu à la production de rebuts non conformes à la structure ou aux propriétés visées. Tous ces matériaux de déchets de fabrication contiennent, en plus du matériau constitutif des feuilles, des résidus de résines qui sont difficilement recyclables.
Le procédé de l’invention prévoit la récupération de ces matériaux formant déchets, à savoir notamment mais de façon non limitative les rebuts, les chutes, les copeaux, les poussières et les résidus d’huile de coupe. Cette récupération peut s’effectuer concomitamment à la fabrication des produits laminés ou ultérieurement, lors des opérations de nettoyage par exemple.
Pour ce faire, ces matériaux formant déchets sont récupérés puis compressés dans une presse prévue à cet effet et connue de l’homme du métier.
On obtient des balles de matériaux de masse d’environ 10 à 20 kilogrammes.
Ces balles sont ensuite traitées thermiquement à des températures supérieures à 500 °C, de préférence à des températures comprises entre 500 et 1000°C, possiblement entre 1000 et 1500 °C. Compte tenu du fait que le point de combustion moyen des résines utilisées est de 300 °C, les températures précédemment mentionnées permettent de faire disparaître les résines. Il en est de même pour les résidus d’huile de coupe qui disparaissent à ces températures.
Le traitement thermique peut être par exemple réalisé dans un four électrique.
La durée du traitement thermique est comprise entre 1 à 10 heures.
On obtient alors des balles de matériaux recyclables. Ces balles pourront par exemple être ensuite fondues dans un cubilot ou un haut fourneau pour être utilisé dans toute application nécessitant l’emploi de ces métaux.
Selon un exemple de réalisation, des chutes de produit laminé sont soumis à une presse à paquets à couvercle (PCC) puis soumis à une température comprise entre 500 et 1000°C pendant une durée de traitement comprise entre 1 et 3 heures.
Procédé de fabrication d’un secteur d’anneau de turbine La présente invention se rapporte à la fabrication de secteurs d’anneau de turbine en matériau composite à matrice céramique (CMC) dans laquelle on infiltre une préforme fibreuse par un métal fondu.
Différents procédés de fabrication de pièces en matériau composite à matrice céramique sont connus. On connait le procédé dit « Pre-preg » dans lequel des fils pré imprégnés de résine précurseur de carbone sont mis sous la forme de nappes qui sont ensuite drapées pour obtenir une préforme fibreuse. La préforme fibreuse est moulée, cuite, et enfin infiltrée par un métal (ou un alliage métallique) à l’état liquide (technique d’infiltration à l’état fondu : « MI » pour « Melt-Infiltration »). On connait encore le procédé dit « Slurry-Cast » dans lequel on peut dans un premier temps densifier partiellement une préforme fibreuse tissée par voie gazeuse, par exemple par infiltration chimique en phase gazeuse (CVI), puis introduire une poudre céramique dans la préforme pré densifiée, par exemple par immersion dans une barbotine adéquate, et enfin infiltrer la préforme par un métal fondu (MI) de façon à finaliser la densification de la pièce. Dans l’un ou l’autre des procédés présentés, l’infiltration de la préforme peut être réactive, c’est-à-dire que le métal fondu peut réagir avec une phase de matrice déjà présente dans la préforme.
Traditionnellement, en raison de la conception des fours d’infiltration, les préformes sont infiltrées l’une après l’autre en les tenant avec une pince, la préforme étant directement trempée dans un bain de métal fondu ou mise en contact avec celui-ci à l’aide d’un drain, le drain pouvant être par exemple un tissu, un feutre, un mat, ou tout autre matériau poreux. Le drain est mis au contact du métal fondu d’une part, et de la préforme à infiltrer d’autre part, le métal fondu étant transféré à la préforme et infiltré dans celle-ci par capillarité à l’aide du drain.
Cette infiltration présente plusieurs inconvénients comme notamment :
- un risque d’endommagement de la préforme lors de l’installation (choc, chute, etc.),
- un risque de chute de la pièce lors de l’opération d’infiltration,
Des produits de ce type sont connus de l'art antérieur, et sont notamment utilisés comme cales de réglage pour des ensembles mécaniques. Ces ensembles présentent généralement des jeux importants en certains points, résultant de la combinaison des tolérances de fabrication. Ces jeux sont compensés en insérant des cales. L'épaisseur de ces cales est ajustée en retirant les feuilles supérieures ou inférieures une à une, jusqu'à ce que l'épaisseur recherchée soit atteinte.
Les feuilles sont généralement des feuilles métalliques, par exemple à base d’aluminium, d’acier inoxydable, d’acier au carbone, de laiton ou de titane.
De façon connue, on prépare une solution liquide de résine non polymérisée dans un solvant, on enduit plusieurs feuilles avec ladite solution liquide de façon à constituer un film de résine sur au moins une face de feuille et on empile les feuilles de façon à les séparer les unes des autres par ledit film de résine. On amène alors la résine à un état de polymérisation qui confère à la cale une force de liaison entre feuilles qui est plus faible que la résistance des feuilles au déchirement, ce dont il résulte que chaque feuille peut être détachée de l'empilement sans se déchirer. La polymérisation peut être réalisée par chauffage sous presse à une température et pendant un temps déterminé selon les propriétés souhaitées du produit laminé, notamment en termes de pelabilité. Le produit laminé est enfin usiné ou découpé.
Le matériau adhésif est généralement un matériau polymérisable à base de monomères ou d’oligomères de type époxy, phénolique, vinyle ester, vinylique, acrylique ou autres, qui permettent l’obtention d’un thermoplastique ou d’un thermodurcissable par réticulation. On choisit de préférence un thermodurcissable pour ses caractéristiques de dureté dans les montées en température comme plus particulièrement une résine époxy.
Néanmoins, l’utilisation de ces matériaux pour préparer un tel produit laminé présente un impact environnemental non négligeable, notamment en ce qui concerne les difficultés de recyclage.
Ces difficultés de recyclage portent plus particulièrement sur les matériaux formant déchets de fabrication tels que les rebuts, les chutes, les copeaux et les poussières qu’il n’est actuellement pas possible de valoriser et/ou recycler, en particulier au regard de la présence des résines utilisées. Il en est de même pour un autre matériau formant déchet de fabrication qu’est l’huile de coupe utilisée lors de l’usinage du produit laminé.
L’invention vise ainsi à proposer un procédé permettant de pallier les difficultés de recyclage précédemment évoquées.
À cet effet, le procédé de recyclage de matériaux formant déchets de fabrication de produits laminés de l’invention est essentiellement caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes de : récupération desdits matériaux concomitamment ou ultérieurement à la fabrication des produits laminés, compression des matériaux récupérés, et traitement thermique des matériaux compressés à une température supérieure à 500°C.
Les produits laminés visés présentent une épaisseur réglable par délitage issue d’un empilement alterné de feuilles et de couches d'un matériau adhésif, chaque feuille présentant une résistance intrinsèque au déchirement, et chaque couche de matériau adhésif reliant l'une à l'autre deux feuilles adjacentes de l'empilement par une force de liaison plus faible que la résistance des feuilles au déchirement, ce dont il résulte que chaque feuille peut être détachée de l'empilement sans se déchirer.
Le procédé de l’invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : les matériaux formant déchets de fabrication de produits laminés sont des rebuts de fabrication et/ou des chutes et/ou des copeaux et/ou des poussières et/ou des résidus d’huile de coupe l’opération de traitement thermique est portée à une température comprise entre 500 et 1500 °C. l’opération de traitement thermique est menée pendant une durée comprise entre 1 et 10 heures. le matériau adhésif est un polymère thermodurcissable. le matériau adhésif est une résine époxy ou une résine acrylique. la résine epoxy est une résine epoxy en phase aqueuse. chaque feuille de l’empilement est métallique. alternativement,chaque feuille de l’empilement est un substitut de papier à base de poudre minérale naturelle et de polymère. chaque feuille de l’empilement est du papier de pierre.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous.
La présente invention concerne un procédé de recyclage de matériaux formant déchets de fabrication de produits laminés lesquels produits laminés présentent une épaisseur réglable par délitage issue d’un empilement alterné de feuilles et de couches d'un matériau adhésif, chaque feuille présentant une résistance intrinsèque au déchirement, et chaque couche de matériau adhésif reliant l'une à l'autre deux feuilles adjacentes de l'empilement par une force de liaison plus faible que la résistance des feuilles au déchirement, ce dont il résulte que chaque feuille peut être détachée de l'empilement sans se déchirer.
Il a été découvert, dans le cadre de l’invention, qu’en portant ces matériaux à des températures supérieures à 500°Cla disparition du matériau adhésif permettait d’assurer le recyclage de ces matériaux.
Dans le cadre de l’invention, les feuilles peuvent être métalliques, par exemple, de façon non limitative, à base d’aluminium, d’acier inoxydable, d’acier au carbone, de laiton ou de titane.
Également dans le cadre de l’invention, les feuilles peuvent être un substitut de papier qui est connu sous le nom de papier de pierre. Il s’agit d’une feuille qui est blanchie par une charge minérale de carbonate de calcium.
La est une vue schématique en perspective illustrant le tissage 3D d'une ébauche fibreuse pour la fabrication de l'aube de la ,
La est une vue schématique en perspective de l’ébauche fibreuse de la après découpe du contour de ladite ébauche conformément à un mode de réalisation de l’invention,
La est une vue schématique en perspective d’un secteur d’anneau brut en matériau composite obtenu après infiltration par un métal fondu de la préforme de la ,
La est une vue schématique en perspective d’un secteur d’anneau en matériau composite obtenu près usinage du secteur d’anneau brut de la ,
La est une vue schématique en perspective d’un outillage de support sur lequel est suspendu la préforme de la ,
La est une vue schématique en perspective d’un support pour préforme de l’outillage de support de la figure,
La est une vue schématique de face du support pour préforme de l’outillage de support de la avec une préforme fibreuse,
La est une vue schématique de côté du support pour préforme de l’outillage de support de la ,
La est une vue schématique en coupe d’un four pour l’infiltration par du métal fondu utilisant l’outillage de support de la .
Le procédé de fabrication de secteurs d’anneau de turbine de l’invention débute par la réalisation d’une ou plusieurs ébauches fibreuses par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame.
La montre très schématiquement une ébauche fibreuse 10 destinée à former une préforme fibreuse d’un secteur d’anneau de turbine en matériau composite à réaliser. L'ébauche de structure fibreuse 10 est obtenue, comme illustrée schématiquement sur la , par tissage tridimensionnel (3D) réalisé de façon connue au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes 50 en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame 60.
Pour le tissage de l’ébauche fibreuse 10, on peut utiliser des fils en fibres céramique, par exemple des fils en fibres SiC tels que ceux commercialisés par la société japonaise Nippon Carbon sous la dénomination "Hi-Nicalon S", ou des fils en fibres de carbone. Le tissage peut être de type interlock. D'autres armures de tissage tridimensionnel peuvent être utilisées comme par exemple des armures multi-toile ou multi-satin. On pourra se référer au document WO 2006/136755.
L’ébauche fibreuse 10 est tissée en une seule pièce, l’ébauche s’étendant suivant une direction longitudinale DL et une direction transversale DT. L’ébauche fibreuse comprend une partie inférieure 12 s’étendant suivant la direction transversale DT entre des premier et deuxième bords latéraux 121 et 122, la partie inférieure 12 étant destinée à former la base annulaire du secteur d'anneau, et une partie supérieure 14 s’étendant suivant la direction transversale DT entre des premier et deuxième bords latéraux 143 et 144. La partie supérieure 14 est reliée à la partie inférieure 12 par une portion centrale 16. La partie supérieure 14 comprend des première et deuxième portions de déploiement 141 et 142 destinées à former des brides de fixation du secteur d’anneau. Les premier et deuxième bords latéraux 121 et 122 de la partie inférieure 12 sont alignés respectivement avec les premier et deuxième bords latéraux 143 et 144 de la partie supérieure 14.
La première portion de déploiement 141 s’étend suivant la direction transversale DT entre la portion centrale 16 et le premier bord latéral 143 de la partie supérieure 14. La première portion de déploiement 141 est séparée de la partie inférieure 12 par une première déliaison 18.
La deuxième portion de déploiement 142 s’étend suivant la direction transversale DT entre la portion centrale 16 et le deuxième bord latéral 144 de la partie supérieure 14. La deuxième portion de déploiement 142 est séparée de la partie inférieure 12 par une deuxième déliaison 19.
Les exemples non limitatifs de ces polyalkylarylsiloxanes comportent les produits commercialisés sous les noms commerciaux suivants :
Les fluides SILBIONE® de la gamme 70 641 de RHODIA ; les fluides RHODORSIL® des gammes 70 633 et 763 de RHODIA ;
le fluide phényltriméthicone commercialisé sous la référence DOW CORNING 556 COSMETIC GRADE FLUID par DOW CORNING ;
les silicones des gammes PN, PH de BAYER, par exemple les produits PN1000 et PH1000 ; et
certaines huiles de la gamme SF de General Electric, telles que SF 1023, SF 1154, SF 1250 et SF 1265.
Les silicones organomodifiés qui peuvent être utilisés selon la présente invention comportent, sans s'y limiter, les silicones tels que ceux définis précédemment et comprenant au moins une fraction ou un groupe organofonctionnel lié directement ou au moyen d’un groupe hydrocarbures au sein de leur structure.
Les silicones organomodifiés peuvent comporter, par exemple, des polyorganosiloxanes comprenant :
des fractions polyéthylèneoxy et/ou polypropylèneoxy comprenant facultativement des fractions alkyle en C 6 -C 24 , telles que des produits appelés diméthicone copolyols commercialisés par DOW CORNING sous le nom commercial DC 1248 et sous le nom commercial DC Q2-5220 et les fluides SILWET® L 722, L 7500, L 77, et L 711 commercialisés par UNION CARBIDE, ainsi que la diméthicone PEG12 commercialisée sous le nom commercial XIAMETER® OFX-0193 FLUID par DOW CORNING, et (C 12 )alkyl-méthicone copolyol commercialisé par DOW CORNING sous le nom commercial Q2 5200 ;
des fractions d’amine facultativement substituées, par exemple, les produits commercialisés sous le nom commercial GP 4 Silicone Fluid et GP 7100 par GENESEE et les produits commercialisés sous les noms commerciaux Q2 8220 et DOW CORNING 929 et 939 par DOW CORNING. Des fractions d’amine substituées peuvent être choisies, par exemple, parmi les fractions d'amino alkyle en C 1 -C 4 . Les aminosilicones ou les amodiméthicones peuvent avoir des groupes fonctionnels alcoxy en C 1 -C 4 supplémentaires, tels que ceux correspondant au produit WACKER BELSIL ADM LOG 1. Les aminosilicones ou les amodiméthicones peuvent avoir au moins un, préférentiellement deux, groupes alkyle supplémentaires tels que des groupes alkyle en C 12 -C 20 , préférentiellement en C 14 -C 18 , et plus préférentiellement en C 16 -C 18 , préférentiellement à la ou aux extrémités terminales de leur chaîne moléculaire, tels que bis-cétéarylamodiméthicone, commercialisée sous le nom commercial « Silsoft Ax » par Momentive Performance Materials ;
des fractions alcoxylées, telles que le produit commercialisé sous le nom « SILICONE COPOLYMER F-755 » par SWS SILICONES et ABIL WAX® 2428, 2434 et 2440 par Goldschmidt ;
des fractions hydroxylées, telles que les polyorganosiloxanes contenant des fonctions hydroxyalkyle décrits, par exemple, dans la demande de brevet français N° FR-A-85 163 34 ;
des fractions acyloxyalkyle, par exemple les polyorganosiloxanes décrits dans le brevet U.S. N° 4 957 732 ;