FR3123825A1 - Fan blade made of composite material covered with a film of polyvinyl fluoride or ethylene chlorotrifluoroethylene as anti-erosion protection - Google Patents

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Matthieu Patrick Jean Roger Perlin
Florian HAMEL- - MONCHOT
Romain Plante
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Abstract

L’invention concerne une aube de turbomachine, comprenant : - un corps d’aube (15) en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice organique ; - des moyens de protection contre l’érosion, disposés sur le corps d’aube ; caractérisée en ce que les moyens de protection contre l’érosion sont constitué par un film (25), qui recouvre la surface à protéger du corps d’aube, le film étant choisi parmi un film en polyfluorure de vinyle (PVF) ou un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE). Figure pour l’abrégé : figure 3The invention relates to a turbomachine blade, comprising: - a blade body (15) made of composite material comprising a fibrous reinforcement densified by an organic matrix; - Means of protection against erosion, arranged on the blade body; characterized in that the means of protection against erosion consist of a film (25), which covers the surface to be protected of the blade body, the film being chosen from among a film of polyvinyl fluoride (PVF) or a film into ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE). Figure for abstract: figure 3

Description

aube de soufflante en matériau composite recouverte d’un film en polyfluorure de vinyle ou en éthylène chlorotrifluoroéthylène comme protection anti-érosionfan blade made of composite material covered with a film of polyvinyl fluoride or ethylene chlorotrifluoroethylene as anti-erosion protection

La présente invention concerne le domaine des aubes de soufflante et leur protection contre l’érosion.The present invention relates to the field of fan blades and their protection against erosion.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREPRIOR ART

Dans le cadre de la présente invention, on s’intéresse aux aubes de soufflante réalisées en matériau composite, le matériau composite étant formé à partir d’une préforme 3D (généralement une préforme tissée 3D) imprégnée par une résine thermodurcissable. On s’intéresse en particulier aux aubes de soufflante pour les moteurs LEAP (pour « Leading Edge Aviation Propulsion » en anglais), qui sont généralement formées d’une préforme tissée 3D en fibres de carbone, imprégnée d’une résine époxyde.In the context of the present invention, we are interested in fan blades made of composite material, the composite material being formed from a 3D preform (generally a woven 3D preform) impregnated with a thermosetting resin. We are particularly interested in fan blades for LEAP engines (for "Leading Edge Aviation Propulsion"), which are generally formed of a 3D woven carbon fiber preform, impregnated with an epoxy resin.

La surface des aubes de soufflante en matériau composite doit être protégée, notamment contre l’érosion. En référence à la est représenté un exemple d’un corps d’aube 15 en matériau composite pour soufflante de turbomachine. Le corps d’aube 15 comporte notamment un intrados 16, un extrados (non visible sur la figure), un bord d’attaque 17, un pied 18, une tête 19, un sommet 20. Le corps d’aube 15 est obtenu par injection RTM (pour « Resin Transfer Moulding » en anglais) d’une préforme tissée 3D. La préforme est constituée de fibres ou de filaments, qui sont liés entre eux par une résine thermodurcissable, par exemple une résine époxyde. Les filaments ou fibres peuvent être en carbone ou bien en verre, silice, carbure de silicium, alumine, etc.The surface of fan blades made of composite material must be protected, in particular against erosion. With reference to the an example of a blade body 15 made of composite material for a turbomachine fan is shown. The blade body 15 notably comprises an underside 16, an upper surface (not visible in the figure), a leading edge 17, a root 18, a head 19, a crown 20. The blade body 15 is obtained by RTM (Resin Transfer Moulding) injection of a 3D woven preform. The preform consists of fibers or filaments, which are bonded together by a thermosetting resin, for example an epoxy resin. The filaments or fibers can be made of carbon or else of glass, silica, silicon carbide, alumina, etc.

Actuellement, les corps d’aubes de soufflante en matériau composite sont recouverts, à l’extrados ( ), d’une sous-couche appelée primaire d’accroche 21, qui est elle-même recouverte d’une couche de peinture anti-érosion 22 et, à l’intrados ( ), d’une couche de colle 23 recouverte d’un film anti-érosion en polyuréthane 24, qui est recouvert d’un primaire d’accroche 21, lui-même recouvert d’une couche de peinture anti-érosion 22.Currently, fan blade bodies made of composite material are covered on the upper surface ( ), a sub-layer called primer 21, which is itself covered with a layer of anti-erosion paint 22 and, on the underside ( ), a layer of glue 23 covered with an anti-erosion polyurethane film 24, which is covered with a primer 21, itself covered with a layer of anti-erosion paint 22.

Comme précisé, le rôle de la couche de peinture et du film en polyuréthane est principalement d’assurer une fonction anti-érosion.As specified, the role of the paint layer and the polyurethane film is mainly to ensure an anti-erosion function.

En ce qui concerne la peinture, celle qui est actuellement utilisée sur les aubes de soufflante en matériau composite à préforme tissée 3D porte la référence LBYH 203, produite par Mäder. Cette peinture possède les mêmes performances que la peinture de référence PRIAM 32005, produite par Mäder, mais elle a en outre l’avantage d’être conforme à la directive européenne REACH (règlement sur l’utilisation des substances chimiques, qui notamment interdit l’utilisation de chrome (VI) dans les produits).As for the paint, the one currently used on fan blades made of composite material with 3D woven preform bears the reference LBYH 203, produced by Mäder. This paint has the same performance as the reference paint PRIAM 32005, produced by Mäder, but it also has the advantage of complying with the European directive REACH (regulation on the use of chemical substances, which in particular prohibits the use of chromium (VI) in products).

La tenue de cette peinture reste aléatoire, comme en témoigne les retours d’expérience des aubes en service qui montrent que la dégradation de la peinture de finition, en particulier à l’intrados, est importante. En particulier, on constate qu’à partir de 1000 cycles, les forces engendrées en vol amènent la peinture à peler et à s’arracher par plaques.The behavior of this paint remains uncertain, as evidenced by the feedback from the blades in service, which show that the degradation of the finish paint, in particular on the lower surface, is significant. In particular, we note that from 1000 cycles, the forces generated in flight cause the paint to peel and tear off in patches.

La couche de peinture ne joue donc actuellement pas son rôle d’anti-érosion puisqu’elle est arrachée avant de pouvoir être consommée par érosion.The layer of paint does not currently play its anti-erosion role since it is torn off before it can be consumed by erosion.

Par ailleurs, l’application de la peinture anti-érosion demande beaucoup d’opérations pour son application et ces opérations sont particulièrement difficiles à maitriser (préparation de surface, application du primaire d’accroche, nouvelle préparation de surface, dépôt de la peinture, etc.).Furthermore, the application of the anti-erosion paint requires many operations for its application and these operations are particularly difficult to master (surface preparation, application of the primer, new surface preparation, application of the paint, etc.).

La perte de peinture n’étant pas autorisée par les standards d’inspections qualité ESM (pour « Engine shop manual » en anglais), une aube en service devra être presque systématiquement réparée lors d’une visite de maintenance, impliquant un retrait et une ré-application de l’ensemble primaire d’accroche et couche de peinture.Since loss of paint is not authorized by ESM (Engine Shop Manual) quality inspection standards, a blade in service will almost always have to be repaired during a maintenance visit, involving removal and re-application of the primer assembly and coat of paint.

En conclusion, même si la peinture possède de très bonnes performances anti-érosion et à l’impact, elle ne peut pas jouer son rôle d’anti-érosion puisqu’elle s’arrache en vol. En outre, l’application de la peinture anti-érosion implique de nombreuses opérations (préparation de surface, application du primaire, séchage puis cuisson du primaire, ponçage du primaire, application de la peinture, séchage puis cuisson de la peinture), générant des conditions de fabrication significatives qui sont difficilement maitrisables.In conclusion, even if the paint has very good anti-erosion and impact performance, it cannot play its anti-erosion role since it tears off in flight. In addition, the application of anti-erosion paint involves numerous operations (surface preparation, application of the primer, drying then baking of the primer, sanding of the primer, application of the paint, drying then baking of the paint), generating significant manufacturing conditions which are difficult to control.

En ce qui concerne le film en polyuréthane, il est relativement épais (environ 250 µm) et nécessite la présence d’une couche de colle (d’environ 100 µm). L’ensemble impacte donc la géométrie et la finesse de l’aube de soufflante.As for the polyurethane film, it is relatively thick (about 250 µm) and requires the presence of a layer of glue (about 100 µm). The assembly therefore impacts the geometry and fineness of the fan blade.

De plus, le procédé de réparation du film en polyuréthane est difficile à mettre en œuvre, puisqu’il requiert des cycles de polymérisation de 3 heures à 150°C, là où l’aube de soufflante est limitée, pour toute sa vie en réparation, à 3 heures au-dessus de 120°C. Ainsi, une seule réparation est autorisée avec le cycle connu de production.In addition, the process of repairing the polyurethane film is difficult to implement, since it requires polymerization cycles of 3 hours at 150°C, where the fan blade is limited, for its entire repair life. , at 3 hours above 120°C. Thus, only one repair is authorized with the known production cycle.

Par conséquent, même si le film polyuréthane possède de très bonnes caractéristiques pour sa tenue à l’impact, sa tenue anti-érosion est moins bonne que d’autres matériaux et nécessite un procédé de collage extrêmement lourd (collage sous autoclave à 150°C), ce qui le rend difficilement réparable.Consequently, even if the polyurethane film has very good characteristics for its resistance to impact, its anti-erosion resistance is less good than other materials and requires an extremely heavy bonding process (bonding under autoclave at 150°C ), which makes it difficult to repair.

Enfin, que ce soit pour le dépôt de la couche de peinture ou pour le collage du film en polyuréthane, une préparation de surface par sablage est nécessaire. Or, la préparation par sablage est difficile à maitriser, étant donné qu’on ne doit pas retirer plus de 40 µm d’épaisseur sur chaque face du corps d’aube en matériau composite (que ce soit au cours de la production ou de la réparation de l’aube).Finally, whether for the deposition of the paint layer or for the bonding of the polyurethane film, surface preparation by sandblasting is necessary. However, preparation by sandblasting is difficult to control, given that no more than 40 μm of thickness must be removed from each face of the blade body made of composite material (whether during production or vane repair).

Au final, ces empilements de couches successives, censés protéger le matériau composite du corps de l’aube de l’érosion, sont partiellement inefficaces et engendrent des procédés de mise en œuvre extrêmement lourds à mettre en place et difficilement maitrisables.In the end, these stacks of successive layers, supposed to protect the composite material of the blade body from erosion, are partially ineffective and generate implementation processes that are extremely cumbersome to set up and difficult to control.

La présente invention vise à fournir une solution de protection contre l’érosion du corps d’une aube en matériau composite, qui soit plus performante que le film en polyuréthane actuellement utilisé, et qui présente une meilleure tenue en vol que la peinture actuellement utilisée. Elle vise également à fournir une alternative à l’empilement complexe et parfois peu efficace actuellement réalisé sur les aubes de soufflante en matériau composite pour régler le problème de l’érosion.The present invention aims to provide a solution for protecting against erosion of the body of a blade made of composite material, which is more efficient than the polyurethane film currently used, and which has better behavior in flight than the paint currently used. It also aims to provide an alternative to the complex and sometimes inefficient stacking currently carried out on fan blades made of composite material to solve the problem of erosion.

Pour ce faire, l’invention a pour objet une aube de turbomachine, comprenant :
- un corps d’aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice organique ;
- des moyens de protection contre l’érosion, disposés sur le corps d’aube ;
caractérisée en ce que les moyens de protection contre l’érosion sont constitué par un film, qui recouvre la surface à protéger du corps d’aube, le film étant choisi parmi un film en polyfluorure de vinyle (PVF) ou un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE).To do this, the subject of the invention is a turbine engine blade, comprising:
- a blade body made of composite material comprising a fibrous reinforcement densified by an organic matrix;
- Means of protection against erosion, arranged on the blade body;
characterized in that the means of protection against erosion consist of a film, which covers the surface to be protected of the blade body, the film being chosen from a polyvinyl fluoride (PVF) film or an ethylene chlorotrifluoroethylene film (ECTFE).

Ainsi, contrairement à l’art antérieur, les moyens de protection contre l’érosion sont uniquement un film en polyfluorure de vinyle (PVF) ou un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène, à l’exclusion d’un film en polyuréthane, ou d’une couche de peinture.Thus, unlike the prior art, the means of protection against erosion are only a polyvinyl fluoride (PVF) film or an ethylene chlorotrifluoroethylene film, excluding a polyurethane film, or a coat of paint.

De préférence, le film est un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE).Preferably, the film is an ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE) film.

De préférence, le film en polyfluorure de vinyle (PVF) ou en éthylène chlorotrifluoroéthylène recouvre l’ensemble de la surface du corps d’aube.Preferably, the polyvinyl fluoride (PVF) or ethylene chlorotrifluoroethylene film covers the entire surface of the blade body.

Pour rappel, le polyfluorure de vinyle (PVF) est un polymère du fluorure de vinyle et est commercialisé sous le nom TedlarTM; l’éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE) est un copolymère thermoplastique d’éthylène et de chlorotrifluoroéthylène et est commercialisé sous le nom HalarTM.As a reminder, polyvinyl fluoride (PVF) is a polymer of vinyl fluoride and is marketed under the name Tedlar TM ; ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE) is a thermoplastic copolymer of ethylene and chlorotrifluoroethylene and is marketed under the name Halar TM .

L’invention a également pour objet un procédé de protection contre l’érosion d’une aube de turbomachine, l’aube ayant un corps d’aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice organique, le procédé comprenant la formation du corps d’aube par :
- fourniture d’une préforme du corps de l’aube à réaliser, la préforme étant réalisée à partir de fibres ;
- placement de la préforme dans la cavité d’un moule adapté pour un moulage par transfert de résine (RTM) ;
- densification de la préforme par injection d’une résine dans le moule et chauffage du moule contenant la préforme imprégnée, avec une éventuelle mise sous pression du moule, moyennant quoi on obtient la polymérisation de la résine ;
le procédé comprenant en outre, avant le placement de la préforme dans le moule, le placement d’un film choisi parmi un film en polyfluorure de vinyle (PVF) ou un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène sur chacune des parois intérieures du moule délimitant la cavité, le chauffage du moule provoquant également la polymérisation de chaque film.The invention also relates to a method for protecting a turbine engine blade against erosion, the blade having a blade body made of composite material comprising a fibrous reinforcement densified by an organic matrix, the method comprising the formation of the dawn body by:
- Supply of a preform of the blade body to be produced, the preform being made from fibers;
- placement of the preform in the cavity of a mold suitable for resin transfer molding (RTM);
- densification of the preform by injection of a resin into the mold and heating of the mold containing the impregnated preform, with possible pressurization of the mold, whereby polymerization of the resin is obtained;
the method further comprising, before placing the preform in the mold, placing a film chosen from among a polyvinyl fluoride (PVF) film or an ethylene chlorotrifluoroethylene film on each of the interior walls of the mold delimiting the cavity, the heating of the mold also causing the polymerization of each film.

Un autre objet de l’invention est un procédé de protection contre l’érosion d’une aube de turbomachine, l’aube ayant un corps d’aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice organique, le procédé comprenant la formation du corps d’aube par :
- fourniture d’une préforme du corps de l’aube à réaliser, la préforme étant réalisée à partir de fibres ;
- placement de la préforme dans la cavité d’un moule adapté pour un moulage par transfert de résine (RTM) ;
- densification de la préforme par injection d’une résine dans le moule et chauffage du moule contenant la préforme imprégnée, avec une éventuelle mise sous pression du moule, moyennant quoi on obtient la polymérisation de la résine ;
le procédé comprenant en outre, après la densification de la préforme :
- la préparation de la surface du corps d’aube par sablage ;
- l’application d’une couche de colle sur la surface du corps d’aube ;
- l’application d’un film choisi parmi un film en polyfluorure de vinyle (PVF) ou un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène sur la couche de colle, de manière à recouvrir la surface à protéger du corps d’aube.Another object of the invention is a method for protecting a turbine engine blade against erosion, the blade having a blade body made of composite material comprising a fibrous reinforcement densified by an organic matrix, the method comprising the formation of the dawn body by:
- Supply of a preform of the blade body to be produced, the preform being made from fibers;
- placement of the preform in the cavity of a mold suitable for resin transfer molding (RTM);
- densification of the preform by injection of a resin into the mold and heating of the mold containing the impregnated preform, with possible pressurization of the mold, whereby polymerization of the resin is obtained;
the method further comprising, after the densification of the preform:
- preparing the surface of the blade body by sandblasting;
- the application of a layer of glue on the surface of the blade body;
- the application of a film chosen from a polyvinyl fluoride (PVF) film or an ethylene chlorotrifluoroethylene film on the adhesive layer, so as to cover the surface to be protected of the blade body.

Avantageusement, dans les deux procédés ci-dessus, la préforme est tissée en trois dimensions à partir de fibres.Advantageously, in the two methods above, the preform is woven in three dimensions from fibers.

De manière connue, la fourniture de la préforme peut comprendre la réalisation d’une ébauche fibreuse par tissage d’une pluralité de fibres, suivie de la mise en forme de l’ébauche fibreuse.In known manner, the supply of the preform may comprise the production of a fibrous blank by weaving a plurality of fibers, followed by the shaping of the fibrous blank.

La polymérisation de la résine permet la formation de la matrice organique du matériau composite.The polymerization of the resin allows the formation of the organic matrix of the composite material.

Enfin, l’invention concerne une turbomachine équipée d’une aube telle que décrite ci-dessus ou protégée contre l’érosion selon l’un ou l’autre des procédés décrits ci-dessus.Finally, the invention relates to a turbomachine equipped with a blade as described above or protected against erosion according to one or other of the methods described above.

Le fait d’utiliser un film en polyfluorure de vinyle (ou film TedlarTM) ou, de préférence, un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène (ou film HalarTM), permet de simplifier le procédé de fabrication des aubes en matériau composite, puisque le film TedlarTMou HalarTMremplace le film en polyuréthane et la couche de peinture. On réduit donc le nombre d’étapes nécessaires à la protection de l’aube contre l’érosion.The fact of using a polyvinyl fluoride film (or Tedlar TM film) or, preferably, an ethylene chlorotrifluoroethylene film (or Halar TM film), makes it possible to simplify the process for manufacturing blades made of composite material, since the film Tedlar TM or Halar TM replaces the polyurethane film and the paint layer. The number of steps necessary for protecting the blade against erosion is therefore reduced.

Dans le cas d’un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène de type HalarTM, cela permet également de réduire le nombre de réparations en service, un film HalarTMétant plus efficace pour la protection contre l’érosion qu’un film en polyuréthane ou qu’une couche de peinture de même épaisseur (comme nous l’avons vu plus haut, la couche de peinture se détache avant d’être consommée par érosion).In the case of an ethylene chlorotrifluoroethylene film of the Halar TM type, this also makes it possible to reduce the number of repairs in service, a Halar TM film being more effective for protection against erosion than a polyurethane film or than a layer of paint of the same thickness (as we have seen above, the layer of paint comes off before being consumed by erosion).

En outre, cela permet de réduire le nombre de retouches en production. En effet, comme nous l’avons déjà mentionné, dans l’art antérieur, la pose d’une couche de peinture anti-érosion nécessite de nombreuses opérations, ce qui engendre des anomalies et des non conformités, qui nécessitent des retouches en production. L’absence d’une couche de peinture anti-érosion dans le procédé selon l’invention évite ces non conformités. D’autre part, dans l’art antérieur, lors du collage d’un film en polyuréthane, il y a peu de non conformités, mais on peut observer la présence d’anomalies (trous) dans le film. La retouche du film en polyuréthane consiste alors à retirer le film endommagé, puis à recoller un nouveau film, mais cette étape de retouche est longue. L’absence d’un film en polyuréthane dans le procédé selon l’invention évite ces éventuelles étapes de retouche.In addition, it reduces the number of rework in production. Indeed, as we have already mentioned, in the prior art, the application of a layer of anti-erosion paint requires numerous operations, which generates anomalies and nonconformities, which require retouching in production. The absence of a layer of anti-erosion paint in the process according to the invention avoids these nonconformities. On the other hand, in the prior art, during the bonding of a polyurethane film, there are few nonconformities, but one can observe the presence of anomalies (holes) in the film. The retouching of the polyurethane film then consists of removing the damaged film, then regluing a new film, but this retouching step is long. The absence of a polyurethane film in the process according to the invention avoids these possible retouching steps.

Enfin, cela réduit le nombre d’aubes non conformes puisqu’on réduit, voire évite, les étapes difficilement maitrisables (en particulier le sablage).Finally, it reduces the number of non-compliant blades since it reduces, or even avoids, the steps that are difficult to control (in particular sandblasting).

D'autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés parmi lesquels :Other advantages and characteristics of the invention will appear better on reading the following detailed description of preferred embodiments thereof, given by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings, among which:

- , déjà décrite, est une vue schématique d’un corps d’aube de soufflante ;- , already described, is a schematic view of a fan blade body;

- est une vue schématique en coupe dans l’épaisseur du corps d’aube montrant l’empilement des couches au niveau de l’extrados selon l’art antérieur ;- is a schematic sectional view through the thickness of the blade body showing the stacking of the layers at the level of the upper surface according to the prior art;

- est une vue schématique en coupe dans l’épaisseur du corps d’aube montrant l’empilement des couches au niveau de l’intrados selon l’art antérieur ;- is a schematic sectional view through the thickness of the blade body showing the stacking of the layers at the level of the lower surface according to the prior art;

- est une vue schématique en coupe dans l’épaisseur du corps d’aube selon un premier mode de réalisation de l’invention montrant le film en éthylène chlorotrifluoroéthylène recouvrant la surface du corps d’aube ;- is a schematic sectional view through the thickness of the blade body according to a first embodiment of the invention showing the ethylene chlorotrifluoroethylene film covering the surface of the blade body;

- est une vue schématique en coupe dans l’épaisseur du corps d’aube selon un deuxième mode de réalisation de l’invention montrant le film en éthylène chlorotrifluoroéthylène, disposé sur une couche de colle, et recouvrant la surface du corps d’aube.- is a schematic cross-section view through the thickness of the blade body according to a second embodiment of the invention showing the ethylene chlorotrifluoroethylene film, placed on a layer of adhesive, and covering the surface of the blade body.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DISCUSSION OF PARTICULAR EMBODIMENTS

Des tests ont été réalisés pour une même épaisseur de peinture ou de film (TedlarTM, HalarTMou polyuréthane). On peut ainsi voir les performances d’un film TedlarTMou d’un film HalarTMen comparaison avec un film en polyuréthane et une couche de peinture anti-érosion.Tests have been carried out for the same thickness of paint or film (Tedlar TM , Halar TM or polyurethane). We can thus see the performance of a Tedlar TM film or a Halar TM film in comparison with a polyurethane film and a layer of anti-erosion paint.

Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau 1 ci-dessous.The results obtained are collated in Table 1 below.

L’exigence minimale prescrite est un coefficient d’érosion de 40 g/µm. Par ailleurs, plus le coefficient est élevé, plus la tenue à l’érosion est bonne.The prescribed minimum requirement is an erosion coefficient of 40 g/µm. Moreover, the higher the coefficient, the better the resistance to erosion.

Ces tests ont montré qu’un film HalarTMse consomme deux fois moins vite qu’un film en polyuréthane de même épaisseur. Ainsi, en divisant par deux l’épaisseur du film en polyuréthane actuellement utilisé sur les aubes et en le remplaçant par un film HalarTM, le résultat sur l’anti-érosion serait le même qu’actuellement.These tests have shown that a Halar TM film wears off half as quickly as a polyurethane film of the same thickness. Thus, by halving the thickness of the polyurethane film currently used on the blades and replacing it with a Halar TM film, the result on anti-erosion would be the same as currently.

Ces tests ont également montré qu’un film TedlarTMprésente un coefficient d’érosion meilleur que le film en polyuréthane, mais pas aussi performant qu’un film HalarTM.These tests also showed that a Tedlar TM film has a better erosion coefficient than a polyurethane film, but not as efficient as a Halar TM film.

En ce qui concerne la couche de peinture, nous avons réalisé les tests sur la peinture PRIAM 32005, qui a des performances proche de la peinture LBYH203 actuellement utilisée pour les aubes de soufflante LEAP. On constate que la peinture PRIAM 32005 a des propriétés anti-érosion bien plus intéressante qu’un film HalarTM, ou qu’un film TedlarTM, mais étant donné qu’elle ne joue actuellement pas son rôle d’anti-érosion du fait de sa mauvaise adhérence, elle perd donc en efficacité et nécessite de nombreuses réparations.As far as the paint layer is concerned, we carried out the tests on the PRIAM 32005 paint, which has performances close to the LBYH203 paint currently used for the LEAP fan blades. It can be seen that the PRIAM 32005 paint has much better anti-erosion properties than a Halar TM film, or than a Tedlar TM film, but given that it does not currently play its anti-erosion role because due to its poor adhesion, it therefore loses efficiency and requires numerous repairs.

Peinture PRIAM 32005Painting PRIAM 32005 Film HalarTM Film Halar TM Film TedlarTM TedlarTM film Film en polyuréthanePolyurethane film Coefficient d’érosion en g/µmErosion coefficient in g/µm 246,8246.8 94,894.8 57,257.2 52,552.5

Ainsi, un film TedlarTMou un film HalarTMpeut être utilisé pour protéger un corps d’aube en matériau composite contre l’érosion. De préférence, on utilisera un film HalarTM.Thus, a Tedlar TM film or a Halar TM film can be used to protect a blade body made of composite material against erosion. Preferably, a Halar TM film will be used.

Un film HalarTMpermettrait de réaliser parfaitement la fonction anti-érosion, tout en remplaçant la couche de peinture et le film en polyuréthane. Il présente en outre des performances intéressantes à la résistance à l’impact, ce qui est intéressant, même si les phénomènes d’impact sont moins observés que l’érosion sur les aubes de soufflante en service. Il présente également une tenue excellente aux fluides, par rapport au film en polyuréthane.A Halar TM film would perfectly perform the anti-erosion function, while replacing the paint layer and the polyurethane film. It also exhibits interesting impact resistance performance, which is interesting, even if impact phenomena are observed less than erosion on fan blades in service. It also has excellent fluid resistance compared to polyurethane film.

Pour l’application d’un film HalarTMà la surface de l’aube, on peut envisager une solution par co-moulage.For the application of a Halar TM film to the surface of the blade, a co-moulding solution can be considered.

Pour ce faire, on peut placer un film HalarTMdirectement à l’intérieur du moule RTM, sur chacune des parois intérieures du moule. La mise en place des films HalarTMpeut se faire en utilisant un agent tackifiant, permettant le maintien en place des films lors de la mise en place de la préforme tissé 3D et de l’injection de la résine. Pour rappel, un agent tackifiant est un composé qui permet d'augmenter les propriétés d'adhésion de la composition dans laquelle ils sont incorporés. Ce sont généralement des polymères thermoplastiques amorphes de faible poids moléculaire, dérivés de monomères synthétiques ou naturels. Des Joints au niveau des plans de joint du moule peuvent être ajoutés afin d’éviter le fluage excessif de la résine pendant le procédé d’injection RTM. On place ensuite la préforme fibreuse dans le moule et on procède au moulage RTM de la manière connue (injection de la résine dans la préforme, chauffage, mise sous pression éventuelle du moule). Le chauffage va conduire à la polymérisation de la résine destinée à former la matrice du matériau composite, ainsi qu’à la polymérisation du film HalarTM. Comme illustré dans la , le corps d’aube 15 est alors recouvert d’un film HalarTM 25 polymérisé, qui va le protéger contre l’érosion.To do this, we can place a Halar filmTMdirectly inside the RTM mold, on each of the interior walls of the mold. Setting up the Halar filmsTMcan be done using a tackifying agent, allowing the films to be held in place during the installation of the 3D woven preform and the injection of the resin. As a reminder, a tackifying agent is a compound which makes it possible to increase the adhesion properties of the composition in which they are incorporated. They are generally low molecular weight, amorphous thermoplastic polymers derived from synthetic or natural monomers. Joints at the parting lines of the mold can be added in order to avoid excessive flow of the resin during the RTM injection process. The fibrous preform is then placed in the mold and the RTM molding is carried out in the known manner (injection of the resin into the preform, heating, optional pressurization of the mold). The heating will lead to the polymerization of the resin intended to form the matrix of the composite material, as well as to the polymerization of the Halar filmTM. As illustrated in the , the blade body 15 is then covered with a Halar filmTM 25 polymerized, which will protect it against erosion.

Cette solution présente l’avantage de supprimer les étapes de préparation de surface du corps de l’aube, les étapes de collage et l’étape d’application de la couche de peinture.This solution has the advantage of eliminating the blade body surface preparation steps, the bonding steps and the paint layer application step.

On peut également envisager une solution par collage, mais une préparation de la surface par sablage serait toujours à réaliser (contre deux actuellement). Le résultat de la solution par collage est représenté dans la , où l’on peut voir le corps d’aube 15 qui est recouvert d’un film de colle 23, lui-même recouvert du film HalarTM25. Ce collage peut être réalisé à l’aide d’un film de colle 23, supportée ou non, par exemple du type AF191 de chez 3MTM(utilisé pour le collage du bord d’attaque sur l’aube de soufflante LEAP), ou bien encore du type Redux 322 de chez Hexcel Composites (utilisé pour le collage des panneaux de support abradable sur le carter de soufflante LEAP).We can also consider a solution by gluing, but a preparation of the surface by sandblasting would always be necessary (compared to two currently). The result of the solution by gluing is represented in the , where one can see the blade body 15 which is covered with a film of adhesive 23, itself covered with the film Halar TM 25. This bonding can be carried out using a film of adhesive 23 , supported or not, for example of the AF191 type from 3M TM (used for bonding the leading edge on the LEAP fan blade), or even of the Redux 322 type from Hexcel Composites (used for bonding the abradable support panels on the LEAP fan housing).

On précise que les solutions d’application d’un film HalarTMà la surface de l’aube qui sont décrites ci-dessus sont également valables pour l’application d’un film TedlarTM.It is specified that the solutions for applying a Halar TM film to the surface of the blade which are described above are also valid for the application of a Tedlar TM film.

Claims (5)

Aube de turbomachine, comprenant :
- un corps d’aube (15) en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice organique ;
- des moyens de protection contre l’érosion, disposés sur le corps d’aube ;
caractérisée en ce que les moyens de protection contre l’érosion sont constitué par un film (25), qui recouvre la surface à protéger du corps d’aube, le film étant choisi parmi un film en polyfluorure de vinyle (PVF) ou un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE). Turbomachine blade, comprising:
- a blade body (15) made of composite material comprising a fibrous reinforcement densified by an organic matrix;
- means of protection against erosion, placed on the blade body;
characterized in that the means of protection against erosion consist of a film (25), which covers the surface to be protected of the blade body, the film being chosen from among a film of polyvinyl fluoride (PVF) or a film into ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE). Procédé de protection contre l’érosion d’une aube de turbomachine, l’aube ayant un corps d’aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice organique, le procédé comprenant la formation du corps d’aube par :
- fourniture d’une préforme du corps de l’aube à réaliser, la préforme étant réalisée à partir de fibres ;
- placement de la préforme dans la cavité d’un moule adapté pour un moulage par transfert de résine (RTM) ;
- densification de la préforme par injection d’une résine dans le moule et chauffage du moule contenant la préforme imprégnée, avec une éventuelle mise sous pression du moule, moyennant quoi on obtient la polymérisation de la résine ;
le procédé comprenant en outre, avant le placement de la préforme dans le moule, le placement d’un film choisi parmi un film en polyfluorure de vinyle (PVF) ou un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène sur chacune des parois intérieures du moule délimitant la cavité, le chauffage du moule provoquant également la polymérisation de chaque film. Method for protecting against erosion a turbine engine blade, the blade having a blade body made of composite material comprising a fibrous reinforcement densified by an organic matrix, the method comprising forming the blade body by:
- supply of a preform of the body of the blade to be produced, the preform being made from fibers;
- placement of the preform in the cavity of a mold suitable for resin transfer molding (RTM);
- densification of the preform by injection of a resin into the mold and heating of the mold containing the impregnated preform, with possible pressurization of the mold, whereby polymerization of the resin is obtained;
the method further comprising, before placing the preform in the mold, placing a film chosen from among a polyvinyl fluoride (PVF) film or an ethylene chlorotrifluoroethylene film on each of the interior walls of the mold delimiting the cavity, the heating of the mold also causing the polymerization of each film. Procédé de protection contre l’érosion d’une aube de turbomachine, l’aube ayant un corps d’aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice organique, le procédé comprenant la formation du corps d’aube par :
- fourniture d’une préforme du corps de l’aube à réaliser, la préforme étant réalisée à partir de fibres ;
- placement de la préforme dans la cavité d’un moule adapté pour un moulage par transfert de résine (RTM) ;
- densification de la préforme par injection d’une résine dans le moule et chauffage du moule contenant la préforme imprégnée, avec une éventuelle mise sous pression du moule, moyennant quoi on obtient la polymérisation de la résine ;
le procédé comprenant en outre, après la densification de la préforme :
- la préparation de la surface du corps d’aube par sablage ;
- l’application d’une couche de colle sur la surface du corps d’aube ;
- l’application d’un film choisi parmi un film en polyfluorure de vinyle (PVF) ou un film en éthylène chlorotrifluoroéthylène sur la couche de colle, de manière à recouvrir la surface à protéger du corps d’aube. Method for protecting against erosion a turbine engine blade, the blade having a blade body made of composite material comprising a fibrous reinforcement densified by an organic matrix, the method comprising forming the blade body by:
- supply of a preform of the body of the blade to be produced, the preform being made from fibers;
- placement of the preform in the cavity of a mold suitable for resin transfer molding (RTM);
- densification of the preform by injection of a resin into the mold and heating of the mold containing the impregnated preform, with possible pressurization of the mold, whereby polymerization of the resin is obtained;
the method further comprising, after the densification of the preform:
- preparing the surface of the blade body by sandblasting;
- application of a layer of glue on the surface of the blade body;
- the application of a film chosen from a polyvinyl fluoride (PVF) film or an ethylene chlorotrifluoroethylene film on the adhesive layer, so as to cover the surface to be protected of the blade body. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel la préforme est tissée en trois dimensions à partir de fibres. A method according to claim 2 or claim 3, wherein the preform is woven in three dimensions from fibers. Turbomachine équipée d’une aube selon la revendication 1 ou protégée contre l’érosion par le procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 4. Turbomachine equipped with a blade according to claim 1 or protected against erosion by the method according to any one of claims 2 to 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3043685A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-19 Snecma METHOD FOR BONDING A PROTECTIVE FILM TO A COMPLEX SHAPE PIECE
US10746031B2 (en) * 2017-07-18 2020-08-18 Rolls-Royce Corporation Annulus filler

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