Brevet FR2088025A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne un procédé de fabrication de structure^composites comportant une couche d'un matériau élasto-mère entre deux feuilles métalliques, l'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé et les produits industriels en ré-5 sultant. On connaît déjà des structures composites insérant en "sandwich" un matériau visco-élastique entre deux couches métalliques. De telles structures sont en particulier fabriquées à partir de copolymères ou de terpolymères de faible masse moléculaire possé-10 dant un pouvoir auto-adhésif élevé et elles sont obtenues par simple insertion de la couche visco-élastique entre les parois métalliques. Toutefois de tels matériaux sont sujets au fluage lorsqu'on les soumet a des contraintes mécaniques ou dès que la température dépasse 80°C environ. Cette aptitude au fluage permet 15 de fabriquer les structures par simple enduction du métal avec le polymère chauffé ; par contre les structures obtenues se prêtent mal à la mise en forme par pliage ou emboutissage ou au recuit d1 une peinture protectrice ou tout autre traitement thermique du fait même de cette aptitude au fluage. 20 On connaît aussi des structures comportant un matériau poly mère alvéolaire insère entre deux couches métalliques. Ces structures ne se prêtant pas non plus au formage par les méthodes habituelles telles que le pliage et l'emboutissage. On a également proposé d'utiliser des compositions élastomëres 25 qui sont beaucoup moins sujettes S fluer. Ces compositions sont mises en oeuvre sous forme de feuilles obtenues par calandrage. Il est toutefois difficile de calandrer des compositions de matières fortement auto-adhôs;.ves et le pouvoir d'adhésion des mélanges utilisés est, de ce fait, nécessairement limité. 30 Or la présente invention permet d'obtenir des structures com portant une composition éiastomère insérée entre deux feuilles métalliques obviant aux inconvénients ci-dessus. Conformément à l'invention celle-ci fournit un procédé de fabrication de structures composites comportant une couche élasto-35 mère entre deux feuilles métalliques, caractérisé par le fait que l'on prépare un mélange des ingrédients de la composition éiastomère, que l'on transforme cette composition en une feuille, que l'on amène cette feuille au contact des surfaces métalliques, et que l'on soumet l'ensemble à chaud à l'actLon d ' uiie jjresfaio.-.. BAD ORIGINAL COFff 70 16873 2 2088025 Suivant d'autres caractéristiques : - la composition, élastomère est, suivant une variante, une composition vulcanisable comportant des ingrédients nécessaires à la vulcanisation et le traitement thermique sous pression se fait 5 à une température et pendant une durée conduisant à une vulcanisation partielle, les feuilles métalliques étant préalablement enduites d'une substance adhésive réticulable ; - la composition élastomère, suivant une autre variante, n'est pas vulcanisable et elle est auto-adhésive ; 10 - la mise en feuille de la composition élastomère est réalisée par extrusion ; - la mise en feuille de la composition élastomère peut être aussi réalisée par calandrage dans le cas d'une composition élastomère vulcanisable ; 15 - la composition élastomère contient un polymère du bicyclc ^2.2.1/heptène 2. La présente invention couvre également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, cette installation étant essentiellement caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins 20 un mélangeur des ingrédients de la composition élastomère, un dispositif de mise en feuille de ladite composition, un dispositif pour 1'introduction de ladite feuille entre deux surfaces métalliques et une série de moyens pour chauffer et comprimer l'ensemble constitue- par la composition élastomère insérée entre lesdites 25 surfaces métalliques. Suivant un mode de réalisation particulier, le dispositif de mise en feuille de la composition élastomère est une extrudeuse-Loudineuse à filière plate ; SuiTant une autre forme de réalisation, le dispositif de mise 30 en feuille de la composition élastomère est une calandre. Les moyens pour chauffer et comprimer l'ensemble constitué par la composition élastomère insérée entre les feuilles métalliques sent constitués par au inoins une paire de rouleaux presseurs chauffants. 35 L'invention couvre également les structures composites compor tant une couche élastomère partiellement vulcanisée ou non, insérée entre deux feuilles métalliques, présentant des propriétés intéressantes et pouvant être mises en forme, c'est-à-dire pliées ou embouties, et/ou soumises à des traitements thermiques, sans que 40 1'élastomère inséré soit sujet à fluer. 70 16873 3 2088025 D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention assortiront plus clairement de la description qui va suivre faite en regard de la figure unique annexée représentant, schëmatiquement, xine installation conforme à l'invention pour la réalisation en 5 continu de structures métalliques composites. Le procédé selon 1'invention consiste à préparer un mélange des ingrédients de la composition élastomère. Ce mélange se fait avantageusement-en se référant au dessin annexe - dans un mélangeur interne 1. De la trémie d'évacuation la, le mélange M tombe 10 sur des cylindres lb dont le rôle est de terminer ou homogénéiser le mélange. On transforme ensuite ce dernier en une feuille en la faisant passer, par exemple, dans une boudineuse 2 munie d'une filière plate 3 ; on amène ensuite cette feuille 4 au contact de surfaces métalliques, par exemple de feuilles d'alumi-15 nium elles-mêmes débitées à partir de rouleaux tels que 5 et 6. Ces feuilles d'aluminium (7-8) sont pressées par des rouleaux chauffants 9 et 10 sur la feuille de la composition élastomère 4 à laquelle elles adhèrent par tout moyen approprié tel que cela ressortira de la description qui va suivre. Les structures compo-20 sites résultantes sont ensuite envoyées (flèche F) à un poste de tranchagë ou d'enroulage non représenté. Suivant une variante avantageuse, la composition élastomère est une composition vulcanisable comportant les ingrédients nécessaires à la vulcanisation et le traitement thermique sous la 25 pression (exercée par les rouleaux 9 et 10), s'effectue à une température et pendant une durée conduisant à une vulcanisation partielle. La vulcanisation partielle de 1'élastomère a pour but de faire adhérer, suivant sa nature, 1'élastomère au métal et de lui con-30 server surtout un pouvoir d'allongement très élevé pour un module faible qui permet une répartition homogène des contraintes résultant des sollicitations mécaniques subies au cours d'un formage ultérieur. Elle permet donc à la couche élastomère de subir les opérations de formage et de traitement thermique sans fluer et 35 sans se décoller de la couche métallique. On peut, suivant une variante, et dans le cas de compositions élastomères vulcanisables, remplacer la boudineuse extrudeuse 2 par une calandre (non représentée sur les dessins). 70 16873 4 2088025 En général, si la composition élastomère n'est pas elle-même aufco-adhésive, les feuilles métalliques 7 et 8 peuvent être préalablement enduites d'un adhésif approprié, de préférence réticu-lable. 5 Dans le cas des compositions vulcanisables, n'importe quel élastomère vulcanisable peut être utilisé, selon l'invention, seul ou en mélange avec les ingrédients habituellement utilisés dans l'industrie du caoutchouc tels que plastifiants, noirs de carbone, anti-oxydants, etc. 10 Lorsque les structures selon l'invention sont destinées à être utilisées dans le domaine habituel des isolants ou des amortisseurs de vibrations, il est préférable d'utiliser des compositions de matières élastomères très faiblement résilientes. De tels matériaux ont la propriété de dissiper, par frottement interne, 15 une grande partie de l'énergie reçue et il subissent en conséquence un échauffement notable. Il importe donc que les compositions de matières présentent une résilience très faible dans ton large domaine de température. De ce point de vue, il est avantageux d'utiliser les compositions 20 élastomère^obtenues à partir du polymère du bicyclo^2.2. l/heptène~ 2 (polynorbornène) ou de ses dérivés, ces polymères étant décrits dans les brevets français N° 1.536.305 et son addition 94.572, dans le brevet français 1.545 497 et dans le brevet français 1.556.215 et son addition 94.672. 25 Le choix de 1'élastomère ainsi que la nature et la proportion des additifs éventuels peuvent varier en fonction de l'application des structures obtenues. C'est ainsi que,si ces structures sont destinées à l'amortissement des vibrations, on règle,d'une manière connue en soi, la composition du mélange élastomère en fonction du 30 domaine de fréquence des vibrations à amortir. A ce point de vue encore les possibilités multiples de compositions des élastomères du polynorbornène ou de ses dérivés se révèlent particulièrement avantageuse^,. ' Les ingrédients de vulcanisation, si on en utilise, sont choi-35 sis en fonction des traitements que devront subir les structures. Si celles-ci sont destinées à subir des traitements thermiques, tels que séchage de peintures, on choisira en général, un système d'accélération conduisant à une vulcanisation lente, de manière que la vulcanisation ne soit jamais achevée avant la fin du 70 16873 5 2088025 traitement thermique. On choisira, par exemple, un mélange d'ingrédients conduisant à une vulcanisation complète en 30 mn. Dans ce cas, la pré-vulcanisation, avant la mise en forme, durera quelques minutes et la vulcanisation pourra s'achever au cours du 5 traitement thermique final. On chosira de préférence, des systèmes d'accélération ne provoquant pas de reversion notable au cours d^ia vulcanisation. Si, au contraire, les structures ne sont pas destinées à subir des traitements thermiques, on pourra avoir intérêt à utiliser des 10 systèmes de vulcanisation rapides de manière à réduire le temps de confection et accélérer les cadence-s de fabrication. Dans ces conditions, la vulcanisation, commencée avant la mise en forme de la structure, sera achevée aussitôt après la fin de celle-ci. Dans le cas, selon l'invention, où la composition élastomère 15 n'est pas vulcanisable, la nature de celle-ci est choisie de manière qu'elle présente un pouvoir auto-adhésif très élevé même à basse température. Le passage, après extrusion par la filière 3, entre les deux rouleaux chauffants 9 et 10, assure la jonction élastomère-métal et ces deux rouleaux chauffants règlent égale-20 ment l'épaisseur de la couche élastomère. De façon avantageuse, une telle composition non vulcanisable contient de préférence, pour 100 parties de polymère, de 300 à 700 parties d'une substance peu volatile à point de congélation inférieur à -30°C. Elle peut également contenir, comme les composi-25 tions vulcanisables, des noirs de carbone très structurés qui favorisent les frottements internes et accroissent la capacité d'absorption des vibrations. Une telle composition possède un pouvoir auto-adhésif satisfaisant et, à cause de la masse moléculaire élevée des polynorbornènes, elle n*est pratiquement pas 30 sujette à fluer. Les structures composites obtenues peuvent être mises en forme par pliage ou emboutissage et soumises à des traitements thermiques pouvant aller jusqu'à 150°C. Elles possèdent un pouvoir d'absorption optimal dans la zone des fréquences comprises entre 50 et 500 Hs. Dans cette zone le coefficient d'amor-35 tissement des structures est de 1000 à 3500 fois celui d'une tôle nue, dans un domaine de température compris entre 0 et 120°C. Les compositions élastomères non vulcanisables et à base d'un polynorbornène possèdent une excellente résistance aux huiles. 70 16873 6 2088025 Cette propriété peut être mise à profit lorsque l'une des bases de la structure composite (ou sandwich) est percée de trous et que la structure est utilisée en atmosphère d'huile. Les feuilles métalliques utilisées pour la fabrication des 5 structures selon l'invention peuvent être en acier ordinaire, en acier inoxydable, en cuivre, en laiton, en aluminium, etc. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des structures composites applicables dans tous les domaines où la lutte contre la propagation des bruits et les résonances de vibrations acous- 10 tiques est devenue souhaitable, par exemple dans le domaine des coffrages de groupes moteurs, des boucliers anti-son, des cloisons métalliques et toitures dans le bâtiment, des mobiliers métalliques, des structures métalliques dans l'industrie automobile, aéronautique et la marine. 15 Les exemples suivants sont donnés à titre explicatif et nul lement limitatif et feront mieux comprendre la portée et 1'intérêt de l'invention : A/ Exemples de compositions élastomères vulcanisables. Exemple 1 20 a) Conformément à la méthode décrite dans le brevet français N° 1.536.335, on réalise la composition de matières suivantes : Polynorbornène 100 parties Huile Dutrex 200 " Noir vulcan 9 200 M 25 Antioxydant 3 " Permanax 45 ZnO 3 Acide stéarique 2 " Soufre 2 2Q Rhodifax 16 2 " Cette composition de matières réalisée en mélangeur interne est ensuite calandrëe sous forme d'une feuille de 0,5 mm 'épaisseur. Des mesures au rhëomètre montrent que la vulcanisation complète d'une telle composition survient au bout de 30 mn à 155°C, 2 35 sous 30 kg/cm . b) On applique sur deux feuilles métalliques en acier ordinaire de 5/10 mm d'épaisseur, préalablement dégraissées, une couche de colle Chemosil 211 (HENKEL) par enduction au pistolet, au pinceau ou à la brosse. On laisse évaporer le solvant ie l'ip- 40 prêt. 70 16873 7 2088025 c) On insère la feuille élastomère calandrée entre les deux subjectiles métalliques ainsi préparés. d) La structure ainsi constituée est soumise pendant 3 minutes 2 à la pression de 30 kg/cm à 155°C. Au bout de ce temps, l'adhé-5 rence est parfaitement réalisée mais 1*élastomère n'est que très partiellement vulcanisé. e) On fait subir au "sandwich" obtenu des opérations de pliage à des angles pouvant atteindre 90°. Aucun délaminage ni fluage aux angles n'est observé au cours de cette opération. 10 La structure pliëe est soumise à un traitement thermique en étuve pendant 27 mn à 155°C pour simuler le recuit d'un éventuel revêtement de peinture. Après cette opération, aucun délaminage n'est observé. Les essais de force d'arrachement caoutchouc-métal réalisés 15 suivant la norme ASTM D 429-58 montrent que l'adhésion est assurée 2 à raison de 60 kg/cm . L'aptitude des structures composites à amortir les vibrations a été évaluée suivant les moyens de mesure traditionnels de détermination du facteur de perte ou du facteur de surtension des 20 structures vibrant en oscillations forcées à diverses fréquences en résonance. Il apparaît ainsi que le pouvoir amortissant entre 100 et 300 Hz peut être 200 à 3000 fois supérieur à celui des feuilles métalliques nues. Exemple 2 25 On réalise une structure composite suivant la méthode décrite dans l'exemple 1, en prenant la même composition de matière élastomère, des feuilles d'acier analogues mais en employant comme adhésif le couple Chemosil 211 - Chemosil 220. On obtient ainsi des structures possédant une très bonne ap-30 titude au pliage et au traitement thermique ainsi que des propriétés anti-vibrations analogues à celles des structures de 1'exemple 1. Exemple 3 On procède comme dans l'exemple 1 en utilisant une feuille 35 d'élastomère répondant à la composition de matière suivante : 70 16873 8 2088025 Polynorbornène 100 parties Huile Dutcac V1Q (S hall) 350 " Noir vulcan 9 (noir SA?)200 H Antioxydant Permanax 3 " 5 ZnO 5 Acide stéarique 2 " Soufre 2 Rhodifax 16 2 " La vulcanisation complète d'une telle composition de matière 10 survient après 40 minutes à 155°C sous 30 kg/cm de pression. L'adhérence est réalisée à l'aide du Chemosil 211, l'empilement métal-caoutchouc-métal étant soumis pendant 5 minutes à 155°C 2 et 30 kg/cm de pression. Un tel sandwich est pliable sans destruction de l'assemblage 15 et présente, après un traitement thermique de 35 minutes à 155°C en étuve, des propriétés amortissantés particulièrement avantageuses dans le domaine de 50 à 600 Hz. B/ Exemples avec composition non vulcanisable : On réalise la composition de matière suivante par malaxage en 20 mélangeur interne (1) à 100°C : Polynorbornène 100 parties Huile DutrexV^g (Shell) 400 parties Noir vulcan 9 (noir SAF)200 parties La matière homogène ainsi obtenue est introduite dans la tré-25 mie d'alimentation d'une extrudeuse monovis munie de sa filière plate (3) de 500 mm de large dont l'ouverture de fente est réglée à 0,3 mm. Les températures sont réglées comme suit : - 80°C à l'alimentation et dans le corps de 1'extrudeuse 30 - 506C dans la filière plate. On extrude ainsi une feuille d'élastomère cru parfaitement régulière, la vitesse d'extrusion étant imposée par la vitesse de rotation de la vis. Face à la filière de 1'extrudeuse sont disposés les deux rou-35 leaux 9-10 chauffés à 120°C et sur lesquels se déroulent deux feuilles d'aluminium (7-8) de 4/10 dépaisseur et 500 mm de large provenant des bobines (5-6) disposées de part et d'autre des rouleaux chauffés. Les parallélismes sont parfaitement établis latéralement et transversalement entre la fente de la filière, les 70 16873 9 2088025 rouleaux chauffés et les bobines de feuille d'aluminium. La feuille d'élastomère extrudée est prise en "sandwich" par les feuilles métalliques, l'écartement des rouleaux chauffants imposant les dimensions de la structure composite finale. 5 Dans le cas présent cet écartement est réglé à 11/10 et con duit à un "sandwich" continu insérant 3/10 mm de matériau insonorisant. Ce sandwich continu peut être enroulé sur un mandrin de gros diamètre ou coupé à dimension à l'aide d'une trancheuse disposée derrière les rouleaux. 10 Ces panneaux composites peuvent subir, sans qu'il y ait dé laminage ou fluage, un pliage à 180° et un traitement thermique à 150°C pendant plusieurs heures. L'essai de résistance au délaminage par pliage à un angle de 90° (norme ASTM 429-58B) montre que l'adhésion est très régulière 15 et que la destruction de l'assemblage a lieu par décohésion intégrale dans la masse insonorisante. Le pouvoir antivibratoire est déterminé à l'aide du facteur de perte (énergie dissipée sous forme de chaleur) d'éprouvettes composites encastrées à une extrémité et vibrant en résonance. Les 20 résultats des mesures montrent que le facteur de perte des structures composites est de 300 à 1000 fois supérieur à celui d'une feuille d'aluminium de 8/10 mm d'épaisseur et ceci entre 50 et 1000 Hz dans un domaine de température allant de -20 à +120°C. 70 16873 10 2088025 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de structures composites comportant une couche élastomère entre deux feuilles métalliques, caractérisé par le fait que l'on prépare un mélange des ingrédients de la 5 composition élastomère, que l'on transforme cette composition en une feuille, que l'on amène cette feuille au contact des surfaces métalliques, et que l'on soumet l'ensemble à chaud à l'action d'une pression. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait 10 que la composition élastomère est une composition vulcanisable, comportant des ingrédients nécessaires à la vulcanisation, et que le traitement thermique sous pression se fait à une température et pendant une durée conduisant à une vulcanisation partielle, les feuilles métalliques étant préalciblement enduites d'une substance 15 adhésive réticulable. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la composition élastomère n'est pas vulcanisable et est auto-adhésive. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 20 caractérisé par le fait que la mise en feuille de la composition élastomère est réalisée par extrusion. 5. Procédé selon 1'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la mise en feuille de la composition élastomère est réalisée par calandrage. 25 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la composition élastomère contient vin polymère du bicyclo (2,2,1) heptène-2. 7. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait 30 qu'elle comprend au laoins un mélangeur des ingrédients de la composition élastomère, un dispositif de mise en feuille dl ladite composition, un dispositif pour l'introduction de ladite feuille entre deux surfaces métalliques, et une série de moyens pour chauffer et comprimer l'ensemble constitué par la composition 35 élastomère insérée entre lesdites surfaces métalliques. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le dispositif de mise en feuille de la composition ëlas-tonâre est une extrudeuse-boudineuse à filière plate. 70 16873 11 2088025 9. Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le dispositif de mise en feuille de la composition élastomère est une calandre. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 5 9, caractérisée par le fait que les moyens pour chauffer et comprimer l'ensemble constitué par la composition élastomère insérée entre les feuilles métalliques sont constitués par au moins une paire de rouleaux presseurs chauffants. 11. Structure composite comportant une couche élastomère,par-10 tiellement vulcanisée ou non, insérée entre deux feuilles métalliques.