FR2987308A1

FR2987308A1 - Procede de fabrication d'une piece composite par injection de resine dans un outillage, et dispositif comportant cet outillage

Info

Publication number: FR2987308A1
Application number: FR1251651A
Authority: FR
Inventors: Emilie Lesizza; Stephane Andre Leveque; Dominique Magnaudeix
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-08-30
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: US20130221570A1; FR2987308B1

Abstract

La résine destinée à emplir une empreinte d'une pièce à mouler et à y être polymérisée, atteint cette empreinte seulement après avoir circulé dans un conduit (11) de grande longueur, établi sur le plan de joint (9) de l'outillage contenant l'empreinte (10), de manière à profiter de l'inertie thermique de celui-ci pour chauffer la résine à une température souhaitée stable, au lieu de le faire de façon moins stable dans des tuyauteries extérieures calorifugées. On évite ainsi les instabilités de températures consécutives soit à des déperditions de chaleur dans la tuyauterie extérieure, soit au contraire des échauffements consécutifs à une polymérisation excessivement rapide.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE COMPOSITE PAR INJECTION DE RESINE DANS UN OUTILLAGE, ET DISPOSITIF COMPORTANT CET OUTILLAGE DESCRIPTION Le sujet de l'invention présente est un 5 procédé de fabrication d'une pièce composite, dans lequel de la résine est injectée dans un outillage comprenant une empreinte à la forme de la pièce afin d'obtenir un moulage, avant de polymériser la résine, ainsi qu'un dispositif comportant cet outillage et 10 permettant de fabriquer la pièce selon ce procédé. Une telle pièce peut être une aube en structure composite, composée d'abord d'une préforme de fibres installée au préalable dans l'outillage, et que la résine vient imprégner quand elle est injectée. 15 La bonne fabrication de la pièce impose de respecter diverses contraintes de température. Il est ainsi nécessaire que la résine et la préforme soient à une même température, et à laquelle la résine soit à une viscosité qui favorise l'imprégnation de la 20 préforme et assure ainsi une bonne qualité de matière de la pièce après la polymérisation. Or le respect de cette condition est difficile, puisque les réactions de réticulation qu'on rencontre pendant la polymérisation sont fortement exothermiques, et peuvent donc 25 s'enchaîner et mener à une situation instable d'augmentation brutale de la température de toute la résine injectée, avec des conséquences de dégradations de la qualité de la pièce par perte de la température idéale d'injection, ou même une explosion de l'injecteur et de l'outillage par une augmentation excessive de la pression. On se prémunit contre ce risque 5 d'échauffement excessif en maintenant la résine à une température relativement basse dans l'injecteur et en élevant sa température sur le trajet entre l'injecteur et l'outillage, de manière qu'elle atteigne la température voulue seulement en arrivant à celui-ci. On 10 procède en disposant une longueur définie de tuyau chauffé à une température supérieure à celle de l'injecteur entre l'injecteur et l'outillage. Cette solution souffre des inconvénients qu'une longueur excessive des tuyaux est en pratique nécessaire pour 15 chauffer la résine le long de son trajet, à partir de la température relativement basse qu'il est souhaitable d'instaurer à l'injecteur, et qu'un chauffage stable ne peut pas être maintenu pendant toute l'injection, si bien que la résine finit alors par arriver à 20 l'outillage à une température insuffisante ; entretenir la chaleur des tuyaux au cours de l'injection, par un dispositif de chauffage particulier, serait par ailleurs complexe. C'est pour obvier à ces inconvénients que 25 l'invention fut conçue. L'idée est d'imposer à la résine un trajet de longueur définie dans l'outillage avant qu'elle n'atteigne l'empreinte de moulage, ce qui lui permet d'atteindre la température voulue pendant toute la durée de l'injection, l'outillage pouvant être 30 chauffé en étant maintenu à température constante sans difficulté, grâce à son inertie thermique beaucoup plus grande que celle de tuyaux. Le chauffage de la résine entre l'injecteur et l'empreinte de moulage est donc réalisé principalement, voire exclusivement, à l'intérieur de l'outillage massif contenant l'empreinte. Il faut ajouter qu'une longueur de chauffage beaucoup plus réduite qu'avec des tuyaux extérieurs suffit en général pour réaliser l'alimentation de température voulue, le chauffage étant bien plus efficace dans les conditions de 10 l'invention. Sous une forme générale, l'invention est ainsi relative à un procédé de fabrication d'une pièce composite formée d'une préforme et de résine polymérisée, consistant à installer la préforme dans 15 une empreinte d'un outillage formé d'au moins deux coquilles de moulage assemblées à au moins un plan de joint, à injecter la résine dans l'empreinte et à la chauffer pour la polymériser, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à faire parcourir à la 20 résine un conduit interne à l'outillage dont une longueur donne sur au moins un des plans du joint en s'étendant à travers lui ou en étant partiellement délimitée par lui, et l'outillage est chauffé pendant que la résine est injectée dans l'empreinte. 25 La tuyauterie externe demeurant peu utile ou inutile pour chauffer la résine, et étant coûteuse (en général en cuivre), sa longueur est avantageusement réduite, inférieure à celle du conduit interne, voire beaucoup inférieure.

Il est en général inutile de chauffer la tuyauterie externe entre l'injecteur et l'outillage pendant que la résine y circule. L'invention est encore relative à un dispositif de fabrication d'une pièce composite, apte à réaliser le procédé exposé ci-dessus, et comprenant un outillage formé d'au moins deux coquilles de moulage assemblées à au moins un plan de joint et contenant une empreinte de la pièce donnant sur un des plans de joint, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'injection de résine s'étendant entre un orifice extérieur à l'outillage et l'enceinte et dont une longueur donne sur au moins un des plans du joint en s'étendant à travers lui ou en étant partiellement délimitée par lui, et des moyens de chauffage. On a vu que ce conduit interne à l'outillage permet d'y chauffer la résine commodément et dans de bonnes conditions de stabilité de température. Sa portion principale donne en général sur le plan de joint, ce qui permet de le nettoyer après la polymérisation, quand l'outillage est ouvert. Le conduit considéré s'étend d'une entrée dans l'outillage à l'empreinte de moulage tout en pouvant s'étendre aussi le long de l'empreinte de moulage. Il peut être réduit à cette portion donnant sur le plan de joint, depuis l'orifice d'entrée dans l'outillage jusqu'au débouché dans l'empreinte de moulage, ou comprendre encore seulement un raccordement beaucoup plus court menant à l'orifice d'entrée dans l'outillage.

La portion principale du conduit peut s'étendre en serpentant sur une surface quadrilatérale, ou le long d'un côté de plus grande longueur de l'empreinte, ou encore en boucle, ces diverses dispositions conduisant en général à des constructions favorables de l'outillage.

Il est toutefois possible que l'outillage ne comporte pas assez de place au plan de joint qui sépare l'enceinte pour abriter un conduit de longueur suffisante. On peut alors construire l'outillage avec trois coquilles assemblées à deux plans de joints, l'empreinte donnant sur l'un d'eux seulement, la portion principale du conduit s'étendant alors sur l'autre des plans de joint. L'invention sera maintenant décrite au moyen des figures suivantes, qui détaillent ses 15 principaux aspects au moyen de plusieurs réalisations non exclusives d'autres : - la figure 1 illustre le dispositif en général ; - les figures 2, 3, 4 et 5 illustrent 20 plusieurs modes de réalisation du dispositif ; - et la figure 6 est un agrandissement de la figure 5. La figure 1 représente un dispositif de fabrication d'une pièce composite, comprenant un 25 injecteur 1 de résine, un outillage 2 dans une empreinte 10 duquel la pièce à fabriquer est moulée, et une tuyauterie 3 reliant l'injecteur à l'outillage 2, affectée à la circulation de résine, et se poursuivant au-delà de l'outillage 2 jusqu'à une pompe à vide 4, 30 qui aspire la résine en dehors de l'injecteur 1, qui pousse aussi la résine. La résine traverse l'empreinte de l'outillage 2 et l'emplit peu à peu pour former la pièce en imprégnant une préforme de la pièce à fabriquer qui s'y trouve déjà. Des dispositifs de chauffage 5 et 6 règlent respectivement la température de l'injecteur 1 et celle de l'outillage 2 à des valeurs souhaitées. L'outillage 2 est composé de deux coquilles 7 et 8 de moulage assemblées à un plan de joint 9. L'empreinte 10 donne sur le plan de joint 9, et la pièce fabriquée peut être démoulée en séparant les coquilles 7 et 8. On se reporte à la figure 2. Elle représente une des coquilles 8 et la portion correspondant de l'empreinte 10 au centre de cette coquille 8. La coquille 8 comprend encore un conduit 11 donnant sur le plan de joint 9 et qui s'étend entre un orifice 12 donnant sur l'extérieur de l'outillage et relié à la tuyauterie 3, vers l'injecteur 1, et un autre orifice 13 débouchant dans l'empreinte 10. Un autre orifice de la coquille 8, non représenté ici, débouche dans l'empreinte 10 et la relie à la portion aval de la tuyauterie 3 et à la pompe à vide 4. La résine, originaire de l'injecteur 1 et de la tuyauterie 3, parcourt donc le conduit 11 de l'orifice 12 à l'orifice 13, avant d'emplir l'empreinte 10. Le conduit 11 longe ici un des grands côtés de l'empreinte 10 et de la pièce à fabriquer et possède donc une longueur importante. La résine y est progressivement chauffée, jusqu'à atteindre la température souhaitée en parvenant à l'orifice 13, en étant chauffée par la matière de la coquille 8. L'inertie thermique importante de l'outillage 2 garantit un chauffage stable et progressif de la résine. On doit donc présumer qu'elle sera toujours à la température souhaitée en parvenant dans l'empreinte 10, à de petits écarts près. Le risque d'un dégagement de chaleur excessif et accidentel, conduisant à une réaction en chaîne de polymérisation exothermique, est donc très réduit. La coquille 8 comprend des rainures destinées à des joints d'étanchéité et notamment une rainure 14 entourant l'empreinte 10 et le conduit 11 et une autre rainure 15 séparant le conduit 11 de l'empreinte 10, s'étendant entre une jonction 16 à la rainure 14 précédente et une extrémité 17 donnant sur l'empreinte 10. Les joints d'étanchéité permettront d'éviter les écoulements accidentels de la résine, soit autour de l'empreinte 10, soit autour du conduit 11. Le conduit 11 donne sur le plan de joint 9 sur toute sa longueur entre l'orifice 12 d'entrée dans l'outillage 2 et l'orifice 13 de débouché dans l'empreinte 10 dans ce mode de réalisation, afin de pouvoir être nettoyé après la fabrication de la pièce, la résine qu'il contient alors étant enlevée. Il peut être partagé entre les deux coquilles 7 et 8 ou creusé dans l'une d'elles seulement.

Voici d'autres modes de réalisation de l'invention. La figure 3 représente une autre coquille 108, dans laquelle un conduit 111 parcouru par la résine et donnant sur son plan de joint 109, et s'étendant de même entre un orifice 112 menant à l'extérieur et un autre orifice 113 menant à l'empreinte 110, s'étend ici en serpentant dans une zone quadrilatérale 119 entre les orifices 112 et 113. Une telle disposition peut être utile pour maintenir une longueur suffisante du conduit 111 en l'absence de possibilité de le disposer le long de l'empreinte 110. Le fonctionnement de l'invention est identique à celui de la réalisation précédente. On notera que l'orifice 112 menant à l'extérieur donne aussi sur le plan de joint 109, ce qui pouvait être le 10 cas de la réalisation précédente. Une rainure 114, entourant l'empreinte 110 et le conduit 111, reçoit encore un joint d'étanchéité, empêchant les écoulements de résine dans le plan de joint 109. La figure 4 illustre une conception un peu 15 différente, dans laquelle le conduit 211 ne s'étend pas dans le plan de joint 209 séparant les deux coquilles 208 et 207 délimitant l'empreinte de la pièce à mouler, mais dans un autre plan de joint 217, sur une autre face de la coquille 208, opposée au plan de joint 209, 20 et qui est un plan d'assemblage de la coquille 208 à une troisième coquille 218. Le conduit 211 s'étend alors entre un premier orifice 212 d'alimentation en résine, traversant ici la troisième coquille 218, mais pouvant s'étendre aussi dans le plan de joint 211, et 25 un orifice 213 traversant la coquille 208, jusqu'à l'empreinte 210 délimitée entre les coquilles 207 et 208. Le conduit 211 peut serpenter sur toute la surface du plan de joint 209 et s'étendre notamment en boucle. Une rainure 215 de réception d'un joint d'étanchéité 30 l'entoure.

Les figures 5 et 6 illustrent un autre genre de conception, dans lequel le conduit 311 de circulation de la résine longe l'empreinte 310, en donnant sur elle sur une longueur importante, au lieu 5 d'y déboucher par un orifice tel que 113 ou 213. La distribution de résine dans l'empreinte 310 peut être commandée par des rainures 316 parallèles entre elles, se raccordant à différents points du conduit 311 et s'ouvrant sur l'empreinte 310 en s'étendant dans sa 10 direction de profondeur. Cette disposition permet de distribuer la résine de façon assez uniforme le long du conduit 311, dans la direction de longueur de la pièce à fabriquer et dans la direction de son épaisseur. De plus, la résine subit un dernier chauffage dans les 15 rainures 316, et atteint une uniformité de température encore meilleure que dans les conduits 311. D'une façon générale, comme le conduit d'alimentation en résine s'étendant d'un orifice d'entrée dans l'outillage à l'empreinte de moulage est 20 de longueur assez grande pour permettre le chauffage de la résine (quoique beaucoup plus petite que la longueur des tuyaux extérieurs utilisés pour le chauffage dans les conceptions antérieures), il est préféré que la plus grande partie de sa longueur, voire sa totalité ou 25 sa quasi-totalité, donne sur le plan de joint, afin de faciliter le nettoyage après le moulage, d'autant plus que le conduit est en général sinueux. Des modes de réalisation avantageux comprennent ainsi un conduit s'étendant entièrement 30 dans le plan de joint depuis l'orifice d'entrée dans l'outillage jusqu'à l'orifice de débouché dans l'empreinte (comme le mode de réalisation de la figure 3), soit un conduit comprenant, outre la portion principale donnant sur le plan de joint, un raccordement beaucoup plus court menant à un orifice d'entrée à travers une des coquilles (comme le mode de réalisation de la figure 2). Le mode de réalisation de la figure 4 comprend encore un raccordement entre la portion principale et l'empreinte à travers une des coquilles, mais qui est encore beaucoup plus court que cette partie principale. La portion du conduit qui s'étend entre l'empreinte et l'orifice de sortie menant à la pompe à vide 4 peut aussi s'étendre dans le plan de joint de coquilles, sans que ce soit nécessaire puisque cette portion où le chauffage de la résine est devenu inutile sera courte en général et son nettoyage sera plus facile.

Claims

REVENDICATIONS1) Procédé de fabrication d'une pièce composite formée d'une préforme solide et de résine polymérisée, consistant à installer la préforme dans une empreinte d'un outillage (2) formé d'au moins deux coquilles (7, 8) de moulage assemblées à au moins un plan de joint (9), à injecter la résine dans l'empreinte et à la chauffer pour la polymériser, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à faire parcourir à la résine non encore polymérisée un conduit (11 ; 111 ; 211 ; 311) interne à l'outillage dont une longueur donne sur au moins un des plans du joint en s'étendant à travers lui ou en étant partiellement délimitée par lui et l'outillage est chauffé pendant que la résine est injectée dans l'empreinte.
2) Procédé de fabrication d'une pièce 20 suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite longueur s'étend sur une portion principale du conduit.
3) Procédé de fabrication d'une pièce suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la 25 tuyauterie (3) n'est pas chauffée pendant que la résine est injectée dans l'empreinte.
4) Dispositif de fabrication d'une pièce composite, comprenant un outillage (2) formé d'au moins deux coquilles (7, 8) de moulage assemblées à au moins 30 un plan de joint et contenant une empreinte (10 ; 110 ; 210 ; 310) de la pièce donnant sur un des plans dejoint (9 ; 109 ; 209 ; 309), caractérisé en ce qu'il comprend un conduit (11 ; 111 ; 211 ; 311) d'injection de résine s'étendant entre un orifice extérieur à l'outillage et l'enceinte et dont une longueur donne sur au moins un des plans du joint en s'étendant à travers lui ou en étant partiellement, et des moyens de chauffage (6) de l'outillage (2).
5) Dispositif de fabrication d'une pièce composite suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la portion principale du conduit (111) s'étend en serpentant sur une surface quadrilatérale (119).
6) Dispositif de fabrication d'une pièce composite suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la portion principale du conduit (11) s'étend le long d'un côté de plus grande longueur de l'empreinte (10).
7) Dispositif de fabrication d'une pièce composite suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la portion principale du conduit (211) s'étend en 20 boucle.
8) Dispositif de fabrication d'une pièce composite suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'outillage comprend trois coquilles (207, 208, 218) assemblées à deux plans de 25 joint (209, 217), l'empreinte (210) donnant sur l'un des plans de joint et la portion principale du conduit (211) sur l'autre des plans de joint.
9) Dispositif de fabrication d'une pièce composite suivant l'une quelconque des revendications 4 30 à 7, caractérisé en ce que la portion principale delongueur du conduit (311) donne aussi sur l'empreinte (310) .
10) Dispositif de fabrication d'une pièce suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la portion principale du conduit comporte des rainures (316) de distribution s'embranchant sur elle et s'étendant dans une direction de profondeur de l'empreinte (310) en donnant sur l'empreinte.
11) Dispositif de fabrication d'une pièce composite suivant l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un injecteur (1) de résine, une tuyauterie (3) reliant l'injecteur de résine à l'orifice extérieur de l'outillage (2), et des moyens régulés de chauffage (5, 6) de l'injecteur et de l'outillage.