Domaine technique

[0001] L'invention exposée concerne la fabrication d'une aube, notamment une aube composite, telle qu'une aube pour une turbomachine, en particulier un turboréacteur.

Technique antérieure

[0002] Les matériaux composites sont de plus en plus utilisés dans les moteurs aéronautiques afin de réduire la masse des structures, tout en assurant un bon comportement mécanique.

[0003] Afin d'améliorer les performances du moteur, notamment les exigences aéronautiques de poussée et de performance, les pièces en matériau composite présentent des géométries toujours plus complexes.

[0004] Il est connu, de la demande de brevet FR2985940, un procédé de fabrication d'une pale en matériau composite. Ce procédé comprend une insertion d'un longeron avec une première résine polymérisée dans une préforme de pale et une injection d'une deuxième résine dans la préforme de pale.

[0005] Toutefois, la tenue mécanique à l'interface entre le longeron et la préforme de pale peut ne pas être satisfaisante.

Exposé de l'invention

[0006] L'invention exposée vise à remédier, en tout ou partie, à cet inconvénient.

[0007] A cet effet, elle concerne un procédé de fabrication d'une aube, notamment une aube composite, comprenant au moins :

- une étape de préparation, au cours de laquelle une préforme d'un longeron comportant au moins une âme, en particulier une préforme d'un longeron en fibres, est disposée dans un premier moule ; - une étape de première injection, au cours de laquelle une première résine, notamment une première résine thermodurcissable, est injectée dans la préforme du longeron ;

- une étape de polymérisation partielle, au cours de laquelle une polymérisation de la première résine dans la préforme du longeron est réalisée jusqu'à une vitrification partielle de la première résine ;

- une étape de positionnement, au cours de laquelle une préforme d'un corps de l'aube, notamment une préforme d'un corps de l'aube comprenant des fibres, est positionnée autour de l'âme de la préforme du longeron ;

- une étape de deuxième injection, au cours de laquelle une deuxième résine, notamment une deuxième thermodurcissable, est injectée dans la préforme du corps de l'aube ; et

- une étape de polymérisation complète au cours de laquelle une polymérisation finale de la première résine et la deuxième résine est réalisée.

[0008] Grâce à la polymérisation partielle de la première résine dans la préforme du longeron jusqu'à une vitrification partielle de la première résine, la préforme du longeron peut être manipulée, notamment pour être positionnée dans la préforme du corps de l'aube.

[0009] Ainsi, la vitrification partielle de la première résine confère une raideur suffisante au longeron pour qu'il ne se déforme pas au-delà d'un niveau inadmissible lors du démoulage et de l'introduction dans la préforme du corps de l'aube et une pégosité faible pour éviter que le longeron reste collé au moule et/ou colle sur toute surface avec laquelle il serait mis en contact.

[0010] De plus, la vitrification de la première résine étant partielle, lors de la polymérisation complète, la première résine et la deuxième résine peuvent se lier et former ainsi une interface présentant de meilleures propriétés mécaniques que lorsque la première résine est complètement polymérisée avant l'injection de la deuxième résine.

[0011] On peut ainsi éviter des étapes supplémentaires d'ajout d'un adhésif, d'une pâte de collage et/ou d'un primaire d'accrochage sur le longeron dont la résine a été complètement polymérisée. On réduit ainsi les étapes de fabrication et les coûts liés au matériau de collage qui sont non négligeables. On réduit également le risque d'un collage non conforme entre le longeron et le corps de l'aube qui peut aller jusqu'à la mise au rebut de la pièce pour non- conformité avec le cahier des charges.

[0012] On comprend que l'injection de la première résine et de la deuxième résine est réalisée respectivement dans un premier et un deuxième moule.

[0013] A titre d'exemples non limitatifs, l'injection est réalisée par un procédé d'injection de résine en moule fermé, également désigné par l'acronyme LCM pour « Liquid Composite Molding » en anglais, par exemple par moulage par transfert de résine, également désigné par l'acronyme RTM pour « Resin Transfert Molding » en anglais, par moulage par transfert de résine sous vide, également désigné par l'acronyme VA-RTM pour « Vacuum Assisted Resin Transfert Molding » en anglais, ou par moulage par compression, également désigné par l'acronyme C-RTM pour « Compressive Resin Transfert Molding » en anglais.

[0014] Selon un exemple de réalisation, la préforme du corps de l'aube comprenant des fibres peut comprendre une première partie faite de fibres et une deuxième partie exempte de fibres.

[0015] A titre d'exemple non limitatif :

- la deuxième partie exempte de fibres peut être réalisée en mousse, et/ou

- la préforme de longeron en fibres peut être réalisée par tissé 3D, et/ou

- la préforme du corps de l'aube comprenant des fibres peut être réalisée au moins partiellement par tissé 3D.

[0016] Dans certains modes de réalisation, la première résine et/ou la deuxième résine est une résine thermodurcissable par polyaddition.

[0017] Alternativement, il est envisageable que, dans certains modes de réalisation, la première résine et/ou la deuxième résine est une résine thermodurcissable par polycondensation. Toutefois, de façon préférentielle, l'étape de polymérisation partielle de la première résine est réalisée par polyaddition. Ceci permet ainsi d'éviter une génération de composés volatils, notamment de l'eau, difficilement évacuables. De tels composés volatils seraient susceptibles de créer une pièce poreuse disposant de caractéristiques mécaniques inférieures aux attentes.

[0018] Selon diverses caractéristiques de l'invention : - la première résine et la deuxième résine peuvent être des résines époxydes ; et/ou

- la première résine et la deuxième résine peuvent être les mêmes ; et/ou

- la polymérisation partielle de la première résine peut être réalisée jusqu'à obtention d'un taux de réticulation supérieur ou égal à 0,5, de préférence supérieur ou égal à 0,6, encore plus de préférence supérieur ou égal à 0,7 ; et/ou

- la température de polymérisation partielle de la première résine peut être inférieure à la température nominale de polymérisation de la première résine.

[0019] La température de polymérisation partielle de la première résine étant inférieure à la température nominale de polymérisation de la première résine, il est possible de réduire la vitesse de polymérisation de la première résine et ainsi de contrôler de manière plus précise l'avancement de la polymérisation (gélification et vitrification).

[0020] A titre d'exemple non limitatif, la température de polymérisation partielle de la première résine peut être inférieure de 20°C (degré Celcius) par rapport à la température nominale de polymérisation de la première résine.

[0021] Dans certains modes de réalisation, la température nominale de polymérisation de la deuxième résine peut être supérieure ou égale à la température nominale de polymérisation de la première résine. En particulier, la différence entre la température nominale de polymérisation de la deuxième résine et la température nominale de polymérisation de la première résine peut être inférieure ou égale à 20°C.

[0022] On peut ainsi réduire, voire éviter, la potentielle dévitrification de la première résine pendant l'étape de polymérisation complète de la première résine et de la deuxième résine.

Brève description des dessins

[0023] D’autres caractéristiques et avantages de l’objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées. [0024] [Fig. 1] La figure 1 est un ordinogramme représentant les étapes d'un procédé de fabrication d'une aube, notamment une aube composite, selon l'invention ; et

[0025] [Fig. 2] La figure 2 est une vue en coupe d'une aube, notamment une aube composite.

Description détaillée

[0026] La figure 1 est un ordinogramme représentant les étapes d'un procédé 100 de fabrication d'une aube 10, notamment une aube composite 10. Selon un exemple présenté à la figure 2, l'aube 10 peut être une aube fan à calage variable.

[0027] L'aube 10 comprend un longeron 12 et un corps d'aube 11. Le longeron 12 comprend un pied 14 et une âme 16. Le corps d'aube 11 comprend une première partie 20 et une deuxième partie 18.

[0028] Dans le mode de réalisation de la figure 2, le pied 14 est également appelé « pied tulipe » et permet de maintenir l'aube 10 tout en permettant la rotation de l'aube 10 autour de son axe.

[0029] Dans un mode particulier de réalisation, une préforme du longeron 12 de l'aube 10 est réalisée en tissé 3D. Le longeron 12 peut être également réalisé en stratifié, par empilement de tissus secs unidirectionnels, par empilement de tresses et/ou de tissus 2D stratifiés ou enroulés, réalisés en placement manuel ou automatique, également désigné par l'acronyme AFP pour « Automatic Fiber Placement » en anglais.

[0030] A titre d'exemples non limitatifs, les fibres de la préforme du longeron 12 peuvent être des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres de kevlar et/ou des fibres de polyester.

[0031] Dans le mode de réalisation de la figure 2, la préforme de la première partie 20 du corps 11 de l'aube 10 est réalisée en tissé 3D. La première partie 20 du corps 11 de l'aube 10 peut être également réalisé en stratifié, par empilement de tissus secs unidirectionnels, par empilement de tresses et/ou de tissus 2D stratifiés ou enroulés, réalisés en placement manuel ou automatique, également désigné par l'acronyme AFP pour « Automatic Fiber Placement » en anglais. [0032] A titre d'exemples non limitatifs, les fibres de la préforme de la première partie 20 du corps 11 de l'aube 10 peuvent être des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres de kevlar et/ou des fibres de polyester.

[0033] Dans un mode particulier de réalisation de la figure 2, la préforme de la deuxième partie 18 du corps 11 de l'aube 10 peut être réalisée en mousse.

[0034] A titre d'exemple non limitatif, la deuxième partie 18 du corps 11 de l'aube 10 peut être réalisée dans une mousse à cellules ouvertes.

[0035] Selon le mode particulier de réalisation de la figure 2, la première partie 20 du corps 11 de l'aube 10 est disposée autour de la deuxième partie 18 du corps 11 de l'aube 10. Par ailleurs, la deuxième partie 18 du corps 11 de l'aube 10 peut comprendre un logement destiné à recevoir le longeron 12.

[0036] A titre d'exemple non limitatif, le procédé 100 de fabrication de l'aube 10, notamment de l'aube composite 10, va être décrit en relation avec la figure 1.

[0037] Le procédé 100 de fabrication de l'aube 10 comprend au moins une étape de préparation 102 au cours de laquelle la préforme du longeron 12 est disposée dans un premier moule. Selon une variante, la préforme du longeron 12 peut être réalisée par tissé 3D de fibres de carbone.

[0038] Le procédé 100 de fabrication de l'aube 10 comprend également une étape de première injection 104, au cours de laquelle une première résine, en particulier une première résine thermodurcissable, est injectée dans la préforme du longeron 12.

[0039] La première résine peut être, à titre également d'exemples non limitatifs, une résine époxyde, par exemple la résine commercialisée par la société Solvay sous la dénomination PR 520 RTM, une résine polyimide, telle que le polybismaléimides, et/ou une résine phthalonitrile. Préférentiellement, la première résine polymérise par polyaddition.

[0040] La première résine peut être préchauffée, par exemple à 160°C. Une telle température correspond à la température de polymérisation partielle et est inférieure d'environ 20°C de la température nominale de polymérisation de la première résine.

[0041] Selon un exemple particulier, la température nominale de polymérisation est de l'ordre de 180°C, par exemple 180°C +/- 5°C. [0042] La polymérisation partielle est faite à une température plus basse pour que la réaction soit moins rapide et qu'il soit possible l'interrompre de façon appropriée.

[0043] Le procédé 100 de fabrication de l'aube 10 comprend également une étape de polymérisation partielle 106 au cours de laquelle une polymérisation de la première résine présente dans la préforme du longeron 12 est réalisée jusqu'à une vitrification partielle de la première résine.

[0044] Par exemple, l'étape de polymérisation partielle 106 de la première résine peut être réalisée à une température de 160°C, notamment pendant une période d'une heure.

[0045] A titre d'exemple, un résultat avantageux est tel qu'après une heure à 160°C, la première résine a atteint un taux de réticulation de 80%.

Par suite, la préforme du longeron 12 avec la première résine est retirée du premier moule.

[0046] Le procédé 100 de fabrication de l'aube 10 comprend également une étape de positionnement 108 au cours de laquelle une préforme du corps 11 de l'aube 10 est positionnée autour de l'âme 16 de la préforme du longeron 12. Avantageusement, la préforme du longeron 12 comprenant la première résine partiellement polymérisée est insérée dans le logement de réception du longeron 12 de la deuxième partie 18 de la préforme du corps 11 de l'aube 10.

[0047] Le positionnement peut être réalisé dans un deuxième moule. Lorsque le positionnement est réalisé hors du deuxième moule, l'ensemble formé par la préforme du longeron 12 et la préforme du corps 11 de l'aube 10 est disposé dans le deuxième moule.

[0048] Le procédé 100 de fabrication de l'aube 10 comprend également une étape de deuxième injection 110 au cours de laquelle une deuxième résine, en particulier une première résine thermodurcissable, est injectée dans la préforme du corps 11 de l'aube 10.

[0049] La deuxième résine peut être, à titre également d'exemples non limitatifs, une résine époxyde, par exemple la résine commercialisée par la société Solvay sous la dénomination PR 520 RTM, une résine polyimide, telle que le polybismaléimides, et/ou une résine phthalonitrile. Préférentiellement, la deuxième résine polymérise par polyaddition.

[0050] La deuxième résine peut être préchauffée, par exemple à 160°C, avant son injection dans le deuxième moule. [0051] Le procédé 100 de fabrication de l'aube 10 comprend également une étape de polymérisation complète 112 au cours de laquelle une polymérisation finale de la première résine et de la deuxième résine est réalisée, en particulier à une température de 180°C, notamment pendant une période d'au moins deux heures.

[0052] La détermination des conditions de température et temps pour l'étape de polymérisation partielle de la première résine peut être avantageusement déterminée par calorimétrie différentielle à balayage, également désignée par l'acronyme DSC pour « Differential Scanning Calorimetry » en anglais. Il est ainsi possible de déterminer le taux de conversion, également dénommé taux de réticulation ou degré de polymérisation, en fonction de la température pour une résine donnée.

[0053] A cet effet, par calorimétrie différentielle à balayage, différents cycles thermiques compris entre 120°C et 180°C sont testés pour des durées comprises entre 10 minutes et 6 heures. Il est ainsi possible d'obtenir des abaques fournissant une indication d'un avancement de la résine en fonction de son historique thermique. Les lois de polymérisation permettent donc de dériver l'avancement de la résine sous des cycles complexes.

[0054] Il est ainsi possible de déterminer une valeur de réticulation, par exemple 80%, présentant un bon compromis entre un avancement suffisamment faible pour que la résine puisse continuer la réticulation pendant la deuxième cuisson et suffisamment élevé pour que la pièce intermédiaire puisse se manipuler sans la déformer.

[0055] Quoique l'invention exposée ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.