Brevet FR2014497A1 — publié le 19700417

La présente invention concerne la production d'articles creux à partir de'stratifiés par une technique d'emboutissage (ce procédé est aussi parfois appelé "pressage"). Il serait souhaitable de pouvoir produire des articles creux à partir de stratifiés du type comprenant deux ou plusieurs couches métalliques dont chacune est séparée de la couche adJa- cente par une couche d'une matière polymère thermoplastique naturelle ou synthétique, par la mise en oeuvre de techniques d'emboutissage bien connues dans l'industrie de façonnage des métaux. Parmi les articles d'un intérêt particulier qu'on pourrait fabriquer par une telle technique, on citera par exemple les carters de vilebrequins, les commandes de poussoirs, les boftiers de minuterie et d'autres accessoires creux normalement résonnants d'un moteur à combustion interne dans lesquels la présence d'une ou plusieurs couches de polymères appropriés permettrait d'amortir utilement les vibrations et par conséquent d'avoir une action d'insonorisation. les matières polymères qui, sous forme de telles couches, assurent l'amortissement des vibrations sont déjà bien connues; ce sont en général des produits mous, hautement flexibles et possédant notamment un module dynamique d'Young, à une fréquence d'environ 300 Ht, inférieur à environ 1010 dynes/cm2 et de préférence compris entre 107 et 1010 dynes/cm2 sur un intervalle de températures dans lequel ces matériaux seront utili sués. Dans la suite du présent mémoire, les matières de ce genre seront appelées "polymères thermoplastiques d'amortissement de vibrations, La Demanderesse s'est rendue compte expérimentalement que les stratifiés métal/polymère/métal disponibles dans le commerce ne se prêtent pas à un emboutissage satisfaisant, surtout lorsqu'un fluage considérable du métal est exigé, comme c'est le cas dans l'emboutissage profond.Plus précisément, elle a déterminé que si l'on cherche à emboutir de tels stratifiés au m#me degré que celui qui est possible avec une feuille ayant la même épais seur globale que le stratifié mais qui n'est formée que de métal, on aboutit à des plissements ou même à des ruptures d'une ou de plusieurs couches métalliques formant le stratifié. Grâce à la présente invention, on réussit à réduire cet inconvénient ou même à l'éliminer en totalité quand on utilise un stratifié dans lequel l'adhérence entre chaque couche polymère et au moins l'une des couches métalliques contiguës ne dépasse pas une limite particulière. En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé de formage d'un article creux dont les parois sont constituées de deux ou plusieurs couches métalliques dont chacune est séparée de sa voisine par une couche d'une- matière polymère thermoplastique d'amortissement de vibrations, naturelle ou synthétique, caractérisé en ce qu'il consiste à emboutir à la forme désirée un stratifié comprenant deux ou plusieurs couches métalli ques dont chacune est séparée de sa voisine par une couche d'une matière polymère thermoplastique d'amortissement de vibrations, naturelle ou synthétique, et dans lequel la résistance à la séparatioh de la liaison entre chaque couche de ladite matière polymère et au moins une (et de préférence les deux) des couches métalliques contiguës n'est pas supérieure à 0,9 kg/cm. La résistance à la séparation d'une liaison établie entre deux matières peut être mesurée par la technique suivante: on établit la liaison sur une partie de la longueur de deux rubans desdites matières, ces rubans ayant la meme largeur qui est de 2,5 cm, on serre l'extrémité libre de chaque ruban dans le mors d'une machine d'essai de traction (Tensomètre du type W de Hounsfield) et Où mesure la force par unité de largeur de liai- son exigée pour séparer les deux matières à l'emplacement de la liaison, à une vitesse lente constante qui est de 5 cm/minute (voir la figure unique du dessin). Selon une forme de mise en oeuvre de 11 invention, on peut simplement serrer ensemble les couches du stratifié pour effectuer l'opération de pressage ou d'emboutissage. Quand on utilise cette technique, un emboutissage profond, au meme degré que celui qui serait possible avec une feuille de la même épaisseur que le stratifié mais uniquement formée du même métal que celui dans le stratifié, devient possible, Cependant, de préférence on lie légèrement les couches ensemble, par exemple par chauffage et/ou par pression, ou bien encore par l'utilisation d'un adhésif doux approprié, de sorte que la résistance à la séparation soit par exemple d'au moins 0,09 kg/cm.De préférence l'adhérence est suffisante pour permettre de manutentionner et de transporter le stratifié sans rompre la stratification mais elle est suffisamment faible pour permettre la séparation des couches individuelles à la main. Par exemple, le degré d'adhérence doit être égal ou inférieur à celui qui existe normalement entre un substrat revetu d'un-adhésif adhérant par pression et la pellicule de protection placée sur l'adhésif. Selon ltexpérîence de la Demanderesse, cette liaison correspond à une résistance à la séparation comprise entre environ 0,009 et O,#4 kg par cm de largeur. Quand on utilise des stratifiés ainsi formés, on peut pousser avec succès l'emboutissage encore plus avant que ce ne serait possible avec une feuille d'épaisseur comparable mais uniquement constituée du métal utilisé dans le stratifié. Selon un autre aspect de I'invention, cette dernière a pour objet un stratifié pouvant entre converti par pressage en un ar ticle creux et qui est caractérisé an ce qu'il comprend deux ou plusieurs couches métalliques dont chacune est séparée de sa voisine par urle couche d'une matière polymère thermoplastique dta- mortissement de vibrations, naturelle ou syethetique et en ce que la résistance de la liaison entre chaque couche polymère et les couches métalliques ccntiguës est telle que le stratifié puisse 9tre manié et transporté sans déstratification mais que les cou- ches individuelles puissent Autre séparées à la main, La matière polymère thermoplastique d'-t;;rn--ortissement des vi- brations, qui peut entre naturelle ou synthétique, peut 4tre un polymère ou un copolymère (le copolymère pouvant entre homogène ou hétérogène), un mélange de polymères et/ou de copolymères, ou un mélange d'un ou plusieurs polymères et/ou copolymères avec d'autres ingrédients qu' on utilise couramment en combinaison avec 1G matières polymères, par exemple des stabilisants thermiques, des lubrifiants et surtout des plastifiants et- des charges.La nature de la matière polymère dépend des cord-9J-#ions deutilisation du produit, en particulier de la fréquence des vibrations et de la température opérato re. Une première catégorie de matières polymères que l'on peut utiliser dans ce but sont des mélanges mous de copolymères caoutchouteux de butadiène avec des polymères ou copolymères de chlorure de vinyle, Une autre catégorie comprend les polymères et copolymères d'acétate de vinyle. les catégories citées ne constituent que deux des groupes de matériaux représentatifs des diverses matières polymères thermoplastiques d'amortissement des vibrations, naturelles ou synthétiques que l'on peut utiliser sous forme de couches, par exemple de feuilles pour la production des stratifiés selon l'invention. Quand les stratifiés doivent servir à former des carters emboutis pour moteurs à combustion interne, la matière polymère doit avoir de préférence une valeur Tan S (facteur de perte) d' au moins 0,1 sur un intervalle de température de 10 à 700C à des fréquences d'environ 100 Hz.Un groupe préféré de matières polymères que l'on peut utiliser pour de telles applications comprend des compositions de (1) un copolymère de butadiène/acrylonitrile, (2) un polystyrène ou un copolymère de ce dernier avec un maximum de 50 % en poids de butadiène et (3) un polymère renfermant du chlore et qui peut entre (a) un polymère chloré d'éthylène ou (b) un copolymère contenant de 10 à 90 % en poids de chlorure de vinylidène et de 90 à 10-% en poids d'au moins un ester alkylique ou nitrile d'acide acrylique ou méthacrylique. Ces compositions font l'objet de la demande de brevet français N & 69%#985 du 26 Février 1969 déposée par la Demanderesse. Par un choix convenable de la nature et de la concentration de chaque ingrédient polymère dans la composition, on peut former des matières d'amortissement de vibrations qui possèdent des propriétés damortissement efficaces entre A0 et 1000C. lies matières polymères peuvent être interposées en sandwich entre des plaques métalliques pour former ainsi des stratifiés convenant remarquablement pour fabriquer par emboutissage de carters tels que des carters de vilebrequin, des couvercles de distributeurs et de sour papes associés aux moteurs à combustion interne. Faire varier la teneur en acrylonitrile dans un copolymère de butadiène/acrylonitrile constitue l'un des moyens pour régler à un certain degré la température minimum à laquelle la composi- tion demeure efficace, une température minimum plus faible nécessitant une plus faible concentration d'acrylonitrile. D'autre part, la réduction de la teneur#en acrylonitrile tend également à abaisser l'efficacité d'amortissement de la composition et par conséquent il est rarement souhaitable d'utiliser les copolymères qui contiannent moins d'environ 20 % en poids d'acrylonitri le.Au contraire, l'augmentation de la teneur en acrylonitrile se traduit par une amélioration correspondante de l'efficacité d'amortissement de la composition, mais la température minimum à laquelle la composition est efficace tend à devenir plus élevée. En conséquence, il n'est pas en général recommandé d'élever la teneur en acrylonitrile au-dessus d'environ 40 % en poids. L'augmentation de la concentration du copolymère de butadiène/acrylonitrile dans la composition tend à augmenter l#efficac# globale de la matière aux plus faibles températures mais se traduit également par une réduction indésirable de son efficacité aux températures élevées, ce dernier phénomène pouvant apparattre lorsque la concentration en copolymère dépasse environ 60 % en poids. Pour la plupart d'utilisations, la concentration appropriée du copolymère dans la composition est comprise entre 10 et 60 % et de préférence entre 30 et 50 % en poids. On peut régler les propriétés de la composition aux températures moyennes et supérieures de l'intervalle considéré en faisant principalement varier la nature et la concentration du polymère ou du copolymère de styrène ainsi que celles du polymère chloré. Le polymère ou copolymère de styrène constitue avantageusement de 10 à 50 % et de préférence de 15 à 25 % du poids de la composition. Des teneurs en styrène dans le polymère comprises entre 50 et 100 o4 sont satisfaisantes mais on préfère cependant des copolymères qui contiennent de 65 à 90 % en poids de styrène. Le polymère chloré représente normalement de 30 à 80 % du poids de la composition mais on préfère une teneur de 35 à 60 %. Quand ce dernier polymère est un polymère d'éthylène chloré, il contient de préférence de 15 à 50 % en poids de chlore. Si l'on utilise un copolymère de chlorure de vinylidène, ce dernier contient de préférence de 30 à 90 % en poids de chlorure de vinyli dène. Le comonomère utilisé avec le chlorure de vinylidène peut être un ester alkylique ou un nitrile d'un acide acrylique ou méthacrylique. On préfère l'acrylonitrile et l'acrylate d'éthyle mais on peut également utiliser de l'acrylate de butyle, de l'a- crylate de 2-éthyl-hexyle, du méthacrylate de butyle, du méthacrylate de 2-éthyl-hexyle, du méthacrylonitrile, etc. La composition peut contenir également d'autres ingrédients, y compris d'autres polymères. On a trouvé en particulier qu'il est possible de remplacer jusqu'à 20 % en poids du polymère ou copolymère de styrène par un élastomère réticulé de butadiène/ styrène. li'introduction de charges finement divisées est utile pour augmenter le module de la composition, si une telle caractéristique est considérée comme souhaitable. Parmi les charges possibles, on mentionnera les noirs de carbone, le graphite, le mica, la vermiculite et le carbonate de calcium, qui peuvent entre utilisés éventuellement en combinaison. De préférence, la quantité de charge ne dépasse pas 5 % du poids de la composition. Outre leurs propriétés hautement avantageuses d'amortissement des vibrations, les présentes compositions confèrent également une bonne résistance aux huiles et à l'eau et elles sont a adhésives. Il en résulte que pour former des stratifiés il n'est pas en général nécessaire de traiter les tôles, autrement que par exemple pour les dégraisser. Il n'est pas davantage nécessaire d'incorporer d'adhésifs supplémentaires avant d'appliquer les compositions selon l'invention. On peut former les stratifiés simplement en pressant une feuille de la composition polymère entre deux plaques métalliques dans des conditions de température et de pression auxquelles la composition polymère commence tout juste à couler.Une température d'environ 13000 et une pression d'environ 0,35 à 0,42 kgjcm2 sont en général suffisantes. Pour obtenir les meilleurs résultats, la Demanderesse a trouvé qu'il était préférable d'utiliser dans les stratifiés des plaques en acier doux d'une qualité appropriée à l'emboutissage profond ou à l'emboutissage super-profond. On obtient des résultats spécialement efficaces avec un acier doux d'une qualité prévue pour les emboutissages super-profonds et qui a été stahilisé à l'aluminium (qu'on appelle aussi parfois "acier calmé à l1alu- minium"). Pour façonner les stratifiés selon l'invention on peut utiliser des conditions opératoires normalement employées pour la fabrication d'articles creux par emboutissage de tôles, mais on obtint de meilleurs résultats si les pressions de maintien des ébauches sont plus élevées que celles qu'on aurait normalement utilisées avec des tôles d'une épaisseur analogue à celle du stratifié. Le degré auquel une feuille ou un stratifié peut entre embouti par pressage peut entre déterminé par ltessai de formage d'une cuvette, essai qui est décrit par Swift dans les pages 203 a 208 de "Sheet Metal Industries", 1957. Conformément à cet essai, on place une ébauche métallique circulaire sous une matrice cylindrique creuse ayant un diamètre intérieur déterminé (en 1'oc- currmee 53,6 mm) et on maintient l'ébauche en place à l'aide de mors de serrage fonctionnant sous une pression convenable. On frappe ensuite l'ébauche à l'aide d'un poinçon qui la refoule dans la matrice pour former ainsi une cuvette. Le rayon de courbure entre la paroi latérale et la face du poinçon est de 6,4 mm. Le diamètre de la plus grosse ébauche que l'on peut entièrement transformer en une cuvette sans fracture et sans autre déformation telle qu'un plissement constitue une mesure de l'aptitude du métal à l'emboutissage profond. Avec un acier doux de la qualité dite pour emboutissage profond, sous forme d'une tôle ayant 1,219 mm d'épaisseur, le plus grand disque que l'on peut transformer entièrement en une cuvette sans rupture par cet essai a un diamètre compris entre environ 105,5 et 106 mm. Avec un stratifié usuel disponible dans le commerce et qui comprend une couche intercalaire en un polymère thermoplastique pour amortir les vibrations, ladite couche, étant liée entre deux tôles en acier doux de la qualité pour emboutissage profond, l'épaisseur totale du stratifié étant équivalente à 1,219 mm, on peut convertir des disques de 100 mm de diamètre en cuvettes sans plissements et sans rupture.La résistance à la séparation de la liaison entre la feuille plastique et chaque tôle est supérieure à 1,80 kg/cmO D'autre part, avec un stratifié comprenant une couche de matière polymère thermoplastique d'amortissement des vibrations du type précédemment décrit (mélange d'un copolymère de butadiène/ acrylonitrile , d'un copolymère de butadiène/styrène et de polyéthylène chloré) qui est serrée mais non liée entre deux tSle d'acier doux de qualité pour emboutissage profond, de manière que l'épaisseur totale du stratifié soit équivalente à 1,219 mn, on réussit à former des cuvettes par l'essai de Swift indiqué à partir de disques dont les diamètres peuvent attendre 105,5 ou 106 mm. Avec un stratifié comprenant une couche de la meome matière polymère d'amortissement de vibrations, légèrement liée par la chaleur et la pression entre deux tôles d'acier doux de qualité pour emboutissage profond, le stratifié ayant une épaisseur équivalente à 1,219 mm et la résistance à la séparation de chaque liaison étant comprise entre environ 0,018 et 0,18 kg/cm, on prépare efficacement des cuvettes par l'essai de Swift à partir de disques dont les diamètres sont de 109 mm ou même plus grands. On peut obtenir des résultats encore meilleurs si l'on remplace l'acier doux de la qualité pour emboutissage profond par un acier doux stabilisé à l'aluminium de la qualité pour emboutissage super-profond. Les couches individuelles du stratifié peuvent g tre séparées à la main sans aucune aide mécanique, sauf qu'il se révèle nécessaire d'amorcer la séparation entre les couches métalliques sur un bord (par exemple à l'aide d'une are'te tranchante.) pour pouvoir insérer les doigts entre les couches et obtenir ainsi une prise adéquate. L'invention est spécialement appropriée à. la fabrication de carters pour diverses machines et surtout des carters qui doivent être fixés à des pièces lourdes coulées et/ou usinées, par exemple à des blocs-cylindres ou à des culasses de cylindres dans les moteurs à combustion interne, par exemple des moteurs pour véhicules routiers. Plus précisément, on peut utiliser ces produits pour former des bottiers de distribution, des carters de vilebrequins, des couvercles pour les soupapes (poussoirs), etc. ou des parties de ces éléments.Par exemple, le niveau total de.la pression sonore (mesuré en un point situé à 50 centimètres en avant du moteur) d'un moteur de camion Diesel à quatre cylindres, de 1770 cm3, tournant à 4000 tours/minute sous charge complète a été réduit de 1,5 dbA quand le bottier du distributeur et le couvercle de la soupape ont été remplacés par des couvercles fabriqués avec le stratifié selon l'invention. (La réduction théorique maximum du niveau de pression sonore que lton peut obtenir en modifiant lesdites pièces, par exemple en les revotant avec du plomb, est d'environ 4 dbA) Parmi les autres applications de l'invention, il convient de citer la production de pièces pour des accessoires domestiques motorisés, par exemple des réfrigérateurs, des machines à laver la vaisselle, des machines à laver, des aspirateurs et des cireuses, ainsi que des carters utilisés dans les machines industrielles. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de formage d'un article creux dont les parois sont constituées de deux ou plusieurs couches métalliques dont chacune est séparée de sa voisine par une couche d'une matière polymère thermoplastique d'amortissement de vibrations, naturelle ou synthétique, caractérisé en ce qu'il consiste à emboutir à la forme désirée un stratifié comprenant deux ou plusieurs couches métalliques dont chacune est séparée de sa voisine par une couche d'une matière polymère thermoplastique d'amortissement de vibrations, naturelle ou synthétique et dans lequel la résistance à la séparation de la liaison entre chaque couche de ladite matière polymère et au moins une des couches métalliques contiguës n'est pas supérieure à 0,9 kg/cmO 2.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance à sa séparation de la liaison entre chaque couche de la matière polymère et chacune des couches métalliques contiguis n'est pas supérieure à 0,9#kg/cm. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la résistance de la liaison entre les couches est telle que le stratifié puisse être manipulé et transporté sans dé stratification mais que les couches individuelles puissent entre séparées à la main, 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résistance à la séparation de la liaison est comprise entre 0,009 et 0,54 kg/cm. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 å 4, caractérisé en ce que la pression de maintien des ébauches est plus importante que celle qu'il aurait fallu utiliser pour une t81e ayant une épaisseur du même ordre que le stratifié. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on forme les couches métalliques en un acier doux stabilisé à l'aluminium d'une qualité prévue pour des emboutissages super-profonds. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le facteur Tan S (facteur de perte) de la matière polymère à 100 Hz est d'au moins 0,1 sur la totalité de l'intervalle des températures de 10 à 7000. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matière polymère comprend une composition de (1) un copolymère de butadiène/acrylonitrile, (2) de 100 à 80 % en poids de polystyrène ou d'un copolymère de celui-ci avec un-maximum de 50 % en poids de butadiène et de O à 20 % en poids d'un élastomère réticulé de butadiènejstyrènes (3) un polymère contenant du chlore choisi dans le groupe comprenant (a) des polymères chlorés d'éthylène et (b) des copolymères de 10 à 90 % en poids de chlorure de vinylidène et de 90 à 10 % en poids d'au moins un ester alkylique ou un nitrile d'acide acrylique ou méthacrylique et (4) de 0 à 5 % par rapport au poids total de (1), (2) et (3) d'une charge. 9. A titre de produit industriel nouveau, un article creux formé par le procédé selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Carter ou partie d'un carter devant être fixé à des pièces lourdes coulées et/ou usinées dtun moteur à combustion interne ce carter étant formé par le procédé selon l'une des revendications 1 à 8. 11. Stratifié possédant une meilleure aptitude à la transformation en un article creux par emboutissage, caractérisé en ce qu'il comprend deux ou plusieurs couches métalliques dont chacune est séparée de sa voisine par une couche d'une matière polymère thermoplastique d'amortissement de vibrations, naturelle ou synthétique, la résistance à ira séparation de la liaison entre chaque couche polymère et chaque couche métallique contiguë étant comprise entre 0,009 et 0,9 kg/cm. 12.Stratifié selon la revendication 11, caractérisé en ce que la résistance à la séparation de la liaison est comprise entre 0,009 et 0,54. 13. Stratifié selon l'une des revendications 11 et 12, ca ractérisé en ce que la résistance de la liaison entre les couche est telle que le stratifié puisse être manipulé et transporté sans dé stratification mais que les couches individuelles puissent entre séparées à la main. 14. Stratifié selon l'une des revendications il à 13, carac térisé en ce que le facteur Tan t à 100 Hz est d'au moins 0,1 sur l'intervalle des températures de 10 à 70 C. 15. Stratifié selon la revendication 14, caractérisé en ce que la matière polymère présente la composition indiquée dans la revendication 8.