3-筛选及标引后的专利著录项目数据及专利全文fr2982237b1

1、2 982 237RPUBLIQUE FRANAISE de publication :( nutiliser que pour les commandes de reproduction)INSTITUT NATIONALDE LA PROPRIT INDUSTRIELLE11 59999( f j ) d enregistrement national :PARIS51) Int Cl8 : B 64 C 7/02 (2013.01), B 29 C 70/30dBREVET DINVENTIONB1PIECE EN MATERIAUCOMPOSITE AVEC COUCHE DE PRO

2、TECTION.Rfrences dautresdocuments nationaux apparents :Date de dpt : 04.11.11.Priorit :U UDemandeur(s) : EUROPEAN AERONAUTIC DEFENCE AND SPACE COMPANY EADS FRANCESocit par actions simplifie FR.Date de mise la disposition du public de la demande : 10.05.13 Bulletin 13/19.Inventeur(s) : CINQUIN JACQUE

3、S.JDate de la mise disposition du public du brevet dinvention : 09.05.14 Bulletin 14/19.Liste des documents cits dans le rapport de recherche :Titulaire(s) : EUROPEAN AERONAUTIC DEFENCE AND SPACE COMPANY EADS FRANCE Socit paractions simplifie.Se reporter la fin du prsent fasciculeMandataire(s) : CAB

4、INET SCHMIT CHRETIEN.FR2 982 237 - B12 9 8 2 2 3 71Pice en matriau composite avec couche de protectionLinvention se rapporte des pices en matriau composite avec une couche de protection de surface. Linvention concerne plus particulirement la protection de pices composites aronautiques comportant une

5、 matrice en polymre thermodurcissable.Lutilisation des matriaux composites est largement rpandue dans de nombreux domaines techniques, tels que la construction automobile ou aronautique. Ce type de matriau est notamment recherch pour le gain de masse quil procure, proprits mcaniques quivalentes, par

6、 rapport des matriaux conventionnels tels que les mtaux.Les matriaux composites sont particulirement utiliss pour la fabrication de pices de structure daronefs. Ces matriaux comportent des fibres, minrales, carbones ou organiques, qui sont maintenues par une matrice en rsine organique.La rsine de la

7、 matrice peut avoir des proprits thermoplastiques, ou encore thermodurcissables.Un matriau thermoplastique se ramollit ou fond lorsquil est chauff au- dessus dune certaine temprature, et redevient dur en dessous de cette temprature. Ce phnomne est rversible et naltre gnralement pas les proprits mcan

8、iques du matriau.Au contraire, la transformation dun matriau thermodurcissable faitintervenir une polymrisation irrversible, typiquement une raction de rticulation. Elle conduit un produit fini solide, gnralement rigide.510152025Certainesrsinesthermodurcissables,tellesquelesrsinespolypoxydes, permet

9、tent de fabriquer des matriaux composites adapts aux structures daronefs, selon des procds faciles matriser et pour un cot relativement faible.Nanmoins, de tels matriaux ont une faible rsistance aux milieuxagressifs, tels quun environnement temprature leve, chimiquement30corrosif ou expos aux ultrav

10、iolets. Une telle expositioncesmilieuxagressifs conduit rapidement une dgradation de la matrice et une pertedes proprits mcaniques du matriau composite. La plupart des matrices poxy standard sont par exemple inadaptes aux tempratures leves, soit2 9 8 2 2 3 72suprieures 100-150 C, car elles subissent

11、 alors une oxydation qui altre les proprits du matriau composite.Les solutions connues ce problme consistent utiliser dautres matriaux en milieux agressifs. Par exemple, des pices de structures daronefs destines travailler haute temprature, telles que des mts racteurs, sont typiquement ralises en mt

12、aux tels que du titane ou des aciers spciaux. Ces mtaux sont cependant beaucoup plus lourds et plus coteux que les matriaux composites.Il existe des rsines polymres dites hautes performances, plusrsistantes que les rsines classiques comme les polypoxydes. Les rsines510hautes performances sont notamm

13、ent peu sensiblesloxydationetpeuvent tre utilises dans un environnement haute temprature. Cependant, ces rsines sont beaucoup plus coteuses que les rsines classiques, et ncessitent des procds complexes de fabrication des pices composites.Il est possible de munir dune protection anti-UV les pices com

14、posites en polypoxydes. Cette protection est notamment obtenue en couvrant les pices dun revtement tel quune peinture. Toutefois, une telle tape de peinture allonge la dure de ralisation des pices.La prsente invention permet de rsoudre ces problmes et de fournir des pices de structure composites, av

15、ec une matrice thermodurcissable peu onreuse et facile mettre en oeuvre, lesdites pices prsentant une bonne rsistance en milieux agressifs tels que les hautes tempratures, les environnements corrosifs ou lexposition aux UV.Plus particulirement, un objet de linvention est une pice en matriau composit

16、e, particulirement une pice de structure daronef, ladite pice comportant : une couche structurale en matriau composite comportant des fibres maintenues par une matrice de rsine polymre thermodurcissable ; une couche de protection de surface de la couche structurale, destine protger la couche structu

17、rale dune oxydation haute temprature et/ou dune agression chimique et/ou dune exposition aux ultraviolets ; ladite pice tant caractrise en ce que la couche de protection comprend une matrice de rsine polymre thermoplastique prsentant une meilleure rsistance loxydation haute temprature et/ou une agre

18、ssion chimique et/ou aux152025302 9 8 2 2 3 73ultraviolets, que la rsine polymre thermodurcissable de la couche structurale.La couche de protection en rsine thermoplastique permet damliorer la rsistance de la pice composite aux agressions extrieures, sans augmenter sensiblement le cot ni la complexi

19、t de son procd de fabrication.Selon un mode prfrentiel de ralisation de linvention, une rsine5thermoplastique de la couche de protection estune rsine thermostablepolyaromatique,faisantnotammentpartiedesrsineshautes10performances. La thermostabilit des polymrespolyaromatiques provientdes cycles aroma

20、tiques de leurs chanes squelettiques et des forcesintermolculaires fortes entre ces chanes. Les composites ayant une matricethermostablepolyaromatiquepeuventtreutilissencontinudestempratures allant jusqu 400 C.Plus prfrentiellement, la rsine choisie parmi les polyaryltherctones15thermostable polyaro

21、matique estet les polyamide-imides. Commeexemple de polyaryltherctone, on peut citer le polythertherctone (PEEK).Dans les pices ralises selon ce mode de linvention, la matrice de la couche structurale est protge de loxygne par une couche de matriau prsentant une trs bonne rsistance loxydation haute

22、temprature. Il est donc possible dutiliser de telles pices dans un environnement de travail plus haute temprature que celle habituellement tolre par la matrice thermodurcissable.Selon un mode prfrentiel de ralisation de linvention, une rsine2025thermodurcissablepolypoxyde, une prfrentiellement,de la

23、 couche structurale est choisie parmi une rsinersine bismalimide et une rsine phnolique.Plus il sagit dune rsine polypoxyde, couramment appelersine poxy. Ce type de rsine est peu onreux et permet la fabrication de matriaux composites par des procds courants et bien matriss.Selon un mode prfrentiel d

24、e ralisation de linvention, une rsine thermoplastique de la couche de protection a une temprature de fusion comprise entre 300 C et 500 C, ce qui permet lutilisation des pices haute temprature. La plupart des polyaromatiques cits ci-dessus a unetemprature de fusion comprise dans un tel intervalle.30

25、352 9 8 2 2 3 74Les pices composites selon linvention peuvent trefabriquespardes procds analogues des procds connus. Cependant, un autre objetde linvention est un procd de ralisation dunepicedestructuredaronef telle que dcrite ci-dessus, ledit procd comportant une tape de mise en contact de la matri

26、ce de rsine thermoplastique ltat fondu, avec la couche structurale. La mise en contact avec la rsine thermodurcissable de la rsine thermoplastique fondue permet une meilleure adhrence de lacouche structurale et de la couche de protection.5Selon un mode prfrentiel de ralisation de linvention, comport

27、e les tapes suivantes :- empilement dun film de rsine thermoplastique avec un primprgns de rsine thermodurcissable,- cuisson de la pice une temprature de polymrisationla temprature de fusion de la rsine thermoplastique,le procd10ou des plisinfrieure 15ladite cuisson pouvant comprendre une tape daugm

28、entation de la temprature un niveau gal ou suprieur ladite temprature de fusion, durant une courte dure, de sorte prserver les proprits mcaniques de la rsine thermodurcissable.Linvention sera mieux comprise la lecture de la description qui suit et lexamen de la figure qui laccompagne. Celle-ci est d

29、onne titre indicatif et nullement limitatif de linvention.La figure unique reprsente une vue schmatique en coupe dune pice2010 de structure daronef en matriau composite, selon unralisation de linvention.modedeLa pice 10comporte une couche structurale 11enmatriau25composite. La couche structurale 11

30、est forme dun ou de plusieurs plis (12, 13) structuraux empils. Les plis (12, 13) comportent typiquement des fibres14 maintenues par une matrice 15 de rsine polymre thermodurcissable.Les fibres 14 des plis structuraux sont par exemple des fibres carbone ou de verre. La nature et/ou lorientation spat

31、iale des fibres peuvent varier selon le pli (12, 13), de manire connue.En revanche, la matrice 15 thermodurcissable est prfrentiellementde1430identique pour lensemble des plis (12, 13), afin dassurercohsion la pice 10.unebonne2 9 8 2 2 3 75La matrice 15 thermodurcissable est prfrentiellement forme d

32、une rsine polypoxyde, communment appele rsine poxy. Dans le cadre de linvention, on peut galement utiliser une rsine bismalimide ou une rsine phnolique, ou tout autre type de rsine thermodurcissable utilis de manire connue pour la fabrication de pices composites dans le domaine de laronautique.Un pl

33、i 12, proche dune surface 16 de la pice 10, est au contact dune couche 17 de protection, destine tre agence du ct de la pice 10 le plus expos un milieu agressif. Ladite couche 17 comprend une matrice 18 de rsine polymre thermoplastique.La couche 17 a pour fonction de protger la couche structurale du

34、ne oxydation haute temprature et/ou dune agression chimique et/ou dune exposition aux ultraviolets. Pour cette raison, la matrice 18 de rsine thermoplastique est choisie de manire prsenter une meilleure rsistance loxydation haute temprature et/ou une agression chimique et/ou aux ultraviolets, que la

35、 rsine polymre thermodurcissable de la couche structurale.Par exemple, une fonction de la couche 17 est de former une barrire51015physique entre la couche 11 structurale et loxygne, afin dviteroxydation de la matrice 15 lorsque la pice 10 est dans un environnement haute temprature.une20Lamatrice18de

36、rsinepolymrethermoplastiqueestprfrentiellement choisie avec une temprature de fusion relativement leve, pour permettre une utilisation de la pice 10 dans un environnement haute temprature. La pice 10 peut par exemple tre incorpore un mt racteur daronef, ou plus gnralement tre situe proximit dun mote

37、ur. Prfrentiellement, la matrice 18 comprend une rsine thermostable polyaromatique,par exemplele PEEK (polythertherctone),le PEK (polytherctone), le PEKK (polytherctonectone) ou une autre rsine de nature chimique et de proprits similaires. Les rsines polyamide-imides(PAI) peuvent galement tre utilis

38、es.La couche 17 peut former la surface 16 de la pice 10, mais peutgalement tre recouverte dune couche de peinture ou de finition. On peut galement avoir cette couche de protection sur les deux faces de la pice 10.25302 9 8 2 2 3 76Unepaisseur19delacouche17deprotectionvarieprfrentiellement entre 20 m

39、 et 500 m, plus prfrentiellement entre 50 m et 300 m.La pice 10 peut tre fabrique selon divers procds analogues des5procds connus. Par exemple, la couche 17 de protection peuttreassemble par collage avec une couche 11 structurale dj polymrise. La faisabilit dun tel procd dpend de la gomtrie de la pi

40、ce former, cette dernire prsentant de prfrence une courbure dans une seule direction.Un autre procd de fabrication de la pice 10 comporte lassemblage de la couche 17 par thermoformage avec une couche 11 structurale dj polymrise. Le thermoformage peut avoir lieu une temprature comprise entre la tempr

41、ature de transition vitreuse et la temprature de fusion de la rsine 18 thermoplastique.Cependant, il est prfrable que le procd de fabrication de la pice 10 comporte une tape de mise en contact de la rsine thermodurcissable et de la rsine thermoplastique, cette dernire tant porte une temprature gale

42、ou suprieure sa temprature de fusion. La rsine thermoplastique ltat fondu adhre ainsi de manire optimale la rsine thermodurcissable, notamment en raison dune microrugosit de la surface de la couche 11.Un tel procd est par exemple la projection de poudre ltat fondu de rsine 18 la surface de la couche

43、 11 structurale. La rsine 18 recristalliseau contact de la couche 11 pour former un film 17 protecteur.101520Prfrentiellement,lasurfacedelacouche11estactivesimultanment la projection de poudre fondue de rsine 18, afin doptimiser ladhrence des deux couches (11, 17). Lactivation peut tre effectue, soi

44、t par un traitement lectrique de type corona, soit par simple dgraissage suividun lger ponage pour augmenter la rugosit de la surface.25Unautreprocdpossibleconsisteappliquerlarsinethermoplastique sur la couche 11 structurale avant la polymrisation de la matrice 15, et polymriser ensuite lensemble de

45、 manire monobloc.Par exemple, dans un procd mettant en uvre un moule femelle, cest- -dire sensiblement concave, on dpose un film de rsine 18 thermoplastique dans le fond dudit moule. On dpose ensuite par-dessus ledit film un ou plusieurs plis (12, 13) structuraux, primprgns dune rsine15 thermodurcis

46、sable.30352 9 8 2 2 3 77On durcit ensuite la couche structurale par polymrisation, ou cuisson, de la rsine 15. Cette tape a lieu par exemple en autoclave ou en tuve, de manire connue. Durant la cuisson de la pice 10, la temprature peut tre monte durant un court laps de temps jusqu un niveau gal ou s

47、uprieur la temprature de fusion de la rsine 18. Le film thermoplastique, en fondant,adhre solidement la couche structurale.5De tels procds de mise en contact aveclesplisprimprgnspeuvent tre automatiss et nallongent que trs peu la dure de fabrication de la pice, par rapport une pice similaire sans co

48、uche de protection.Linvention permet par exemple de remplacer des pices mtalliques de10ltat de la technique, telles que des mts racteurs, par despicescomposites avec une matrice thermodurcissable telle quune rsine poxy. Il en rsulte un gain de masse consquent, ainsi quun cot de ralisation nettement

49、diminu.On considre par exemple une pice 10 dont la matrice 15 est une rsine poxy avec une temprature de transition vitreuse de 200 C environ. Une couche 17 de protection de surface en PEEK permet une telle pice 10 de travailler des tempratures allant jusqu 160 C environ, ce qui nest pas ralisable se

50、lon ltat de la technique cause de loxydation de la rsinepoxy.1520Linvention permet galement de remplacer, peu onreuses, des matrices thermodurcissables type hautes performances pour fabriquer desdestines travailler en environnement agressif.par des matrices poxyou thermoplastiques depicesdestructure

51、s252 9 8 2 2 3 78REVENDICATIONS1. Procd de fabrication dune pice (10) de structure daronef en matriau composite, comportant les tapes suivantes :- empilement dun film de rsine polymre thermoplastique avec un ou des plis comportant des fibres (14) primprgnes dune matrice (15) de rsine polymre thrmodu

52、rcissable,ladite rsine polymre thermoplastique prsentant une meilleure rsistance loxydation haute temprature et/ou une agression chimique et/ou aux ultraviolets, que la rsine polymre thermodurcissable,- cuisson de la pice une temprature de polymrisation infrieure la temprature de fusion de la rsine

53、thermoplastique,ladite cuisson comprenant une tape daugmentation de la temprature un niveau gal ou suprieur ladite temprature de fusion, durant une courte dure, de sorte prserver les proprits mcaniques de la rsinethermodurcissable.510152. Procd selon la revendication 1, tel que la rsine thermoplasti

54、que est unersine thermostable polyaromatique.203.Procdselonla revendication2, tel quela rsine thermostable polyaromatique est choisie parmi les polyaryltherctones et les polyamide-imides.254.Procd selon lunedesrevendications1 3, tel que la thermodurcissable est choisie parmi une rsine polypoxyde, unebismalimide et une rsine phnolique.rsinersine