Brevet FR2192905A1 — publié le 19740215

Parmi les matières plastiques cellulaires rigides, les polyacryltmides et polyméthacrylimides cellulaires se distinguent par leur module d'élasticité, leur résistance à la compression, leur résistance à ia flexion et leur charge de rupture, dont les valeurs sont nettement supérieures à celles des mêmes propriétés pour les autres matières plastiques cellulaires rigides de même densité apparente. C'est ce que montrent par exemple les valeurs de la résistance à la compression indiquées sur le tableau ci- dessous : Matière plastique cellulaire Résistance à la compression à 200C, (densité apparente 40 kg/m3) kg/cm2 Polymé tiacrylimide 6,5 Polyuréthane 2 Résine phénolique 2,5 Polystyrène 3 Chlorure de polyvinyle réticulé 4 (Cf.BAUER, "PMI-Hartschaumstoff, Eigenschaften und Vergleich mit anderen Schaumstoffen" (Le polyméthacrylimide cellulaire dur, propriétés et comparaison avec d'autres matières plastiques cellulaires), Kunststoff-Rundschau 17 (1970), 165o) D'autres'caractéristiques remarquables de ces matières plastiques cellulaires sont leur grande résistance à la déformation à chaud (jusqu'd 1800C environ) et leur insensibilité aux solvants organiques0 On désigne par "polyacrylimides" ou "polyméthacrylimides" les matières plastiques contenant des groupes acrylimide ou méthacrylimide arm@ es matières plastiques cellulaires, celles qui contiennent unig@ement cu principalement des unités de méthacrylimide sont celles qai presentent les meilleures propriétés mécaniques0 Elles pauvent contenir des unités d'autres monomères vinyliques, par exem@le d'acrylonitrile, de méthacrylonitrile, d'esters acryliques ou @@thacryliques, de styrène ou d'homologues du styrène, mais toujours en petites quantités.Les unités de méthacrylimide forment généralement 80 % à 100 % de la matière plastique0 Des procédés de préparation typiques de ces matières plastiques cellulaires sont décrits dans le brevet britannique 1.183.152 et dans le brevet allemand 18 17 156o On part de pré idrence de copolymères de ltacide méthacrylique et du méthacrylò- nitrile contenant de l'urée ou du formamide comme gonflant, et on les transforme en matières plastiques cellulaires par chauffage vers 200 Co On fabrique ainsi des plaques de densité apparente comprise entre 30 et 100 kg/cm2,'mais on peut aussi obtenir des densités apparentes inférieures ou supérieures0 Les propriétés particulières de ces matières plastiques cellulaires rigides, ainsi que leur facilité de sciage, de fraisage et de meulage, les rendent particulièrement aptes à l'emploi comme matériaux de construction, surtout sous forme de stratifiés0 Quand on emploie des stratifiés de ce genre à couches extérieures de polyester et de fibres de verre par exemple, les forces de traction sont absorbées surtout par les couches extérieures, tandis que les forces de compression et de, cisaillement sont absorbées surtout par la matière plastique mousse0 La très grande rigidité et la très grande résistance mécanique de ce stratifiés reposent non seulement sur les propriétés des composants, mais aussi sur l'intensité et l'uniformité de leur adhérence0 On peut coller les couches extérieures sur la matière plastique mousse par exemple à l'aide d'adhésifs fondus ou réactifs, par pressage superficiel de matières-thermoplastiques fondues, ou par durcissement de matières thermodurcissables à la surface de la matière plastique cellulaire0 Les stratifiés perdent une partie de leur rigidité et de leur résistance mécanique si l'adhérence entre la matière plastique cellulaire et les couches extérieures est partiellement détruite, Cela peut seproduire si les couches extérieures sont soumises localement à des forces de traction ou de compression qui dépassent la résistance méaanique de lamatière plastique cellulaire0 Ces forces sont surtout des forces de choc ponctuel ou linéaire, Les matières plastiques cellulaires à base de polyacrylimide ou de polyméthacrylimide sont cassantes, et réagissent à dentelles surcharges par la rupture des parois des cellules dans la zone voisine de la couche extérieure0 Les stratifiés à couches extérieures minces et dures, mais élastiques, sont particulièrement sensibles aux chocs, En plus de l'affaiblissement mécanique du stratifié, il reste souvent un creux dans la couche extérieure, ce qui est peu esthétique0 Ces stratifiés craignent aussi les chocs latéraux, qui entraient une déformation élastique des couches extérieures, et par suite leur arrachement0 Pour éliminer ces risques, il fallait jusqu'ici faire usage de couches extérieures d'une épaisseur excessive, de manière à répartir l'effet des forces ponctuelles ou linéaires sur une plus grande surface de matière plastique cellulaire et de ne dépasser nulle part la résistance de la matière plastique cellulaire. De telles épaisseurs ne sont généralement pas justifiées par des raisons statiques, mais seulement par la nécessité de protéger les stratifiés contre les chocs0 Elles rendent les stratifiés plus lourds et plus coûteux, On a découvert un procédé permettant de fabriquer des stratifiés à noyau de polyacrylimide ou polyméthacrylimide cellulaire et à couches extérieures d'une épaisseur limitée aux exigences statiques, sans risque de dommage dû aux forces locales, Le procédé de l'invention repose sur la transformation de matières plastiques à cellules plus ou moins sphériques en matières à cellules plus ou moins lenticulaires, dont le grand diamètre est parallèle à la couche extérieure0 La structure cellulaire ainsi obtenue est élastique, Il s'ensuit que sous l'action d'une force ponctuelle ou linéaireS une assez grande surface de la matière plastique cellulaire se déforme, de sorte que la force est reoar- tie sur toute cette surface0 Il n'y a donc rupture en aucun point, et la zone soumise à la force reprend sa forme quand la force cesse d'agir Conformément à la présente invention, ce résultat est obtenu grecs à un procédé de fabrication de stratifiés rigides épais, comprenant au moins une couche extérieure de matière dure et une couche intérieure de polyaciylimide ou polyméthacrylimide cellulaire, dans lequel on comprime dans une presse les composants empilés, l'une au moins des surfaces de liaison de la matière plastique cellulaire étant chauffée au-dessus de son point dj ramollissement, on maintient la pression jusqu'à ce-que les couches extérieures aient durci, et on refroidit au-dessous de la température de ramollissement de la matière plastique cellulaire0 Les stratifiés ainsi préparés comprennent généralement deux couches extérieures et une couche intermédiaire nettement plus épaisse de polyacrylimide ou polyméthacrylimide cellulaire0 Dans le cas le plus simple, la couche de matière plastique cellulaire ne porte qu'une seule couche extérieure0 On peut aussi stratifier plusieurs couches de matière plastique cellulaire avec des couches intermédiaires d'une autre matière0 Les couches extérieures peuvent également être multiples, Une couche d'adhésif est souvent interposée entre la couche extérieure et la couche de matière plastique cellulaire0 Les couches qui forment le stratifié peuvent etre collées ou soudées les unes aux autres avant le pressage suivant l'invention, mais il est particulièrement avantageux d'effectuer le collage en même temps que le pressage0 On emploie surtout des procédés dans lesquels l'adhérence est obtenue par chauffage, par. exemple en appliquant une couche extérieure thermoplastique par ramollissement ou soudage ou une couche extérieure thermodurcissable par durcissement thermique, ou en interposant une couche d'adhésif entre la matière plastique cellulaire et une couche extérieure infusible et non durcissable0 On emploie de préférence des couches planes de même épaisseur0 On peut cependant coller des couches de forme quelconque et d'épaisseurs différentes dans une presse d'une forme appropriée0 Les couches extérieures doivent être suffisamment rugi; ; des et résistantes pour pouvoir supporter des forces de traction et de compression nettement plus grandes que la matière plastique cellulaire, de sorte qu'elles déterminent la rigidité et la résistance mécanique du stratifié0 La matière plastique cellulaire loue surtout le r81e de supports Aussi l'emploi de matériaux mous9 telles que les feuilles plastifiées, le cuir, le papier ou les feuilles métalliques minces, n'est généralement pas à envisager, car les propriétés superficielles, notamment la résistance à la compression et au choc, dépendent alors presque uniquement des propriétés de la matière plastique mousse, On emploie donc surtout des couches extérieures de matière plastique rigide, d'une épaisseur de 1 à 8 mm de préférence0 I1 peut stagir de matières thermoplastiques, généralement façonnées en plaques par boudinage, qui deviennent rapidement plastiques dans le procédé de l'inven- tion, par exemple de polystyrène, de copolymères styrène-butadiène, styrène-acrylonitrile ou butadiène-st-yrène-acrylonitrile résistant au choc, de chlorure de polyvinyle, de polyoléfines, de polyméthoxylène, de polyamides, de polycarbonates, de polyméthacrylates ou d'esters de cellulose. Si ces plaques sonten polyméthacrylate de méthyle ou en copolymère de méthacrylate de méthyle et d'acrylonitrile, elles ne sont pas thermoplastiques, mais seulement thermo- élastiques; elles peuvent cependant entre transformées dans cet état.Parmi les matières thermodurcissables à la température du procédé figurent les résines de polyesters, les résines époxydes, les résines phénol-formol et les aminoplastes (résines urée-formol), mélamine-formol etc.). On les dépose généralement sous forme liquide à la surface de la matière plastique cellulaire et on les durcit par chauffage.Le précurseur liquide peut contenir des charges, des matières fibreuses, des voiles de fibres, des nattes ou tissus de fibres de verre, ou être sous la forme de "prepreg"O Quand on emploie une couche d'adhésif, la couche extérieure peut aussi entre formée par un matériau infusible et non dur cissable, tel qu'une t81e métallique, un stratifié dur, etcO On emploie de préférence comme matière plastique cellu laird un polymethacrylimide d'une densité apparente de 30 à 100 kg/m3, généralement sous forme de plaques de 5 à 100 mm d'épaisseur Les propriétés mécaniques dépendant beaucoup de la densité apparente On choisit donc une densité apparente qui correspond aux efforts mécaniques à prévoir, L'aplatissement des cellules sphériques en cellules lenticulaires peut se produire dès 1400C quand on applique une pression comprise entre la résistance à la compressuen à et la résistance à la compression à la température ordinaire, c'est-à-dire comprise entre 3 et 10 kg/cm2 environ quand on emploie un polyméthacrylimide pur, On effectue de préférence cet aplatissement à 160cl au moins0 Pour obtenir des 11demi-prqduits" à découper à la forme définitive, on empile des plaques de mimes dimensions et on les traite par le-procédé de l'invention0 On peut cependant aussi obtenir directement des objets moulés ayant la taille et la forme définitive : il est alors généralement souhaitable que les tranches soient également-recouvertes d'une couche de matière plastique compacte On peut fabriquer des objets moulés de ce genre en une seule opération par le procédé de l'invention en employant une plaque de matière plastique cellulaire dont les dimensions sont légèrement inférieures à celles de l'objet à fabriquer0 On emploie alors un léger excès de matière "recouvrante", et on presse le tout dans une cavité ayant la forme de l'objet moulé à obtenir La pile de plaques doit avoir une épaisseur totale supérieure à la profondeur de la cavité, de façon que la matière plastique cellulaire soit comprimée d'une quantité égale à la dif férenceO L'excès de matière "recouvrante" est expulsé par les bords du moule à ltétat thermoplastique, ou à l'état non durci s'il s'agit d'une matière thermodurcissable0 La pile formée par la plaque de matière plastique cellulaire, les couches extérieures et éventuellement les couches d'adhésif peut être introduite à froid dans la presse chaude et chauffée à la température voulue, Dans ce cas, la température dans la presse est supérieure à 1800C, L'épaisseur de matière plastique cellulaire ainsi chauffée dépend de la durée de contact entre la pile de plaques et l'outil chauffé, La pression de l'outil doit toujours rester inférieure à la résistance à la compression de la matière plastique cellulaire à la température ordinaire, de façon que la matière plastique cellulairene soit comprimée que dans la zone chauffée Quand la durée de la compression et du chauffage augmente, une portion croissante de la matière plastique cellulaire, ou même la totalité, est comprimée d'une certaine quantité, Pour obtenir une amélioration effective de la résistance au choc, la zone de compression doit avoir une épaisseur de 1 mm au moins, et dans cette zone, la matière plastique cellulaire doit être comprimée de 30 % à 70 % en épaisseur0 Si l'on veut répartir la compression uniformément sur toute l'épaisseur de la matière plastique cellulaire, il faut chauffer la pile de plaques hors de la presse à la température voulue, et l'introduire dans la presse éventuellement froide, Pour éviter le refroidissement pendant le transport de l'étuve à la presse, on peut recouvrir la pile de plaques de deux feuilles isolantes, en caoutchouc de silicone par exemple, I1 est généralement inutile de retirer ces feuilles avant le pressage0 Pendant le pressage, la pile de plaques peut être façonnée par l'outil I1 n'est alors pas nécessaire de chauffer la couche de matière plastique cellulaire dans toute son épaisseur avant ou pendant le pressage0 Si la déformation reste dans les limites qui correspondent à la résistance à la-flexion de la matière plastique cellulaire à froid, on peut introduire la pile de plaques à froid dans la presse chauffée0 les forces antagonistes provoquées par la flexion peuvent disparaitre en grande partie pendant le pressage, de sorte qu'on obtient un objet moulé en grande partie exempt de tensions, On-peut retirer l'objet moulé de la presse dès que la couche extérieure a durci et que la zone comprimée de la matière plastique cellulaire s'est refroidie au-dessous de sa temperature de ramollissement0 Pour fabriquer des stratifiés plats, on emploie des outils de presse à surface lisse, éventuellement polie. Quand on emploie dans les couches extérieures une matière qui devient au moins passagèrement plastique pendant le pressage, on'peut préparer la surface de l'outil de manière à obtenir sur l'objet moulé des r surfaces rugueuses, striées, tramées, granulées, ouportant des lettres ou des dessins, La grande résistance du polyméthacrylimide cellulaire à la comprescion à chaud permet lfemploi d'une pression suffisante pour reproduire des détails fins, à condition que la plasticité des couches cxtérieures soit suffisante0 On obtient de fcrtes saillies ou des creux prcfonds, des gorges, des ondulations, des surfaces convexes ou concaves ou des chanfreins par compression locale de la matière plastique cellulaire et déformation simultanée de la couche extérieure0 I1 est alors souhaitable, mais non indispensable, que la matière plastique cellulaire soit chauffée au-dessus de son point de ramollissement dans toute la zone de déformation, Quand on emploie des feuilles isolantes, on peut obtenir des effets de surfaces ou des détails de forme en insérant des tôles "structurales" ou des "pièces moulantes" entre la pile de plaques et la feuille isolante, Le procédé de l'invention permet d'obtenir des objets moulés dè forme compliquée et d'épaisseur inégale en employant des outils de presse d'une forme appropriée, qui compriment plus ou moins fortement la pile de plaques selon les endroits, Dans ce cas, il est généralement préférable de chauffer préalablement la pile de plaques hors de la presse, Les objets moulés obtenus conformément au procédé de l'invention ont généralement une épaisseur globale comprise entre 6 et 100 mm, de préférence entre 15 et 40 mm, et se distinguent par la grande-exactitude de leurs formes, leur surface bien façonnée, la précision des détails de forme, leur légèreté, leur grande rigidité, leur grande résistance au choc, et leur faible conductivité thermique, Le choix des couches extérieures permet la conservation de ces propriétés à chaud, par exemple jusqu'à 1200C. Pour les objets moulés dont les tranches ne sont pas recouvertes par les couches extérieures, la grande résistance au décollage a une grande importance0 Parmi les objets moulés qu'on peut fabriquer avantageusement par le procédé de l'invention figurent les pièces de mobilier telles que portes d'armoires, sièges de chaises, accoudoirs, dossiers, pièces planes ou courbes pour remorques habitables, bateaux et autres véhicules, -articles de sport tels que luges, planches de surfing, raquettes de ping-pong, vaisselle isolantes jouets, petites cuvettes, sièges de WC, etc.0 Exemple 1 Sur chacune dès deux faces d'une plaque de 400 x 400 mm d ' u n polyméthacrylimide cellulaire du commerce (ROHACRTT 31) d'une densité apparente de 30 kg/m3 et d'une épaisseur de 43 mm, on applique une couche de natte pressée de fibres de verre (Fi212 de la société Gevetex) à 450 g/m2 et une couche de voile de fibres de verre à 60 g/m20 On imprègne chaque face avec 150 g de résine de polyester (Palatal P 8 de la société B.A.S.F.) intimement mélangée avec 1 % de pâte de peroxyde de benzoyle.On introduit le tout dans une presse à plateaux préchauffée à 140 Co Entre les plateaux de la presse se trouvent des tringles dtacier de 40 mm de hauteur, On applique une pression constante de 2 kg/cm20 A mesure que la chaleur pénètre dans la matière plastique mousse, les plateaux se ferment jusqu'aux tringles, Au bout de dix minutes, on refroidit la presse et on retire le stratifié, Il a 40 mm d'épaisseur, et la matière plastique cellulaire est devenue élastique sur une faible épaisseur en surface du fait de la déformation thermoélastiqueO Quand on appuie sur la couche extérieure, elle reprend ensuite sa forme, Exemple 2 Sur chacune des deux faces d'une plaque de polyacrylimide cellulaire (ROHACEIl 51) de 400 x 400 mm et 30 mm d'épaisseur, et d'une densité apparente de 50 kg/m3, on applique une couche extérieure thermoplastique de mêmes dimensions de copolymère styrèneacrylonitrile-acrylate de butyle (Luran S de la B.A.S.F.) de 1 mm d'épaisseur, et une feuille de caoutchouc de silicone de 450 x 450 mm et 3 mm d'épaisseur. On chauffe le tout à 2000C pendant 15 minutes dans une étuve à circulation d'air.Les feuilles de caoutchouc de silicone empêchent le refroidissement pendant le transport de l'étuve à la presse, On introduit la pile de plaques dans un moule de presse fendu de 400 x 400 mm. La moitié supérieure du moule forme une concavité de 24 mm de hauteur; la moitié inférieure est planez On presse la pile de plaques sous 4 kg/cm20 La presse contient des pièces d'espacement en acier qui maintiennent un écart de 16 mm entre les bords quand la presse est fermée, lie pressage dure une dizaine de secondes; les couches extérieures thermoplastiques se soudent au noyau0 On laisse refroidir la pièce dans la presse, Après enlèvement des feuilles de caoutchouc de silicone, les bords de la pièce ont 10 mm d'épaisseur, tandis que l'épaisseur au centre est de 24 mmO Sur le pourtour de la pièce, la matière plastique cellulaire est écrasée et élastifiée dans toute son épaisseur0 Les bords de la pièce peuvent entre comprimés sans que les couches extérieures se détachent ou que la déformation soit permanente. Au centre de la pièce, seule la partie extérieure de la matière plastique cellulaire, sous la couche extérieure, est élastifiéeO La couche extérieure reprend sa forme élastiquement après déformation. Exemple 9 On forme un "sandwich" de 1000 x 500 x 23 mm avec un support de polyméthacrylimide cellulaire (ROHACEIL 31) de 22 mm d'épaisseur (densité apparente 30 kg/m3) et une couche extérieure formée par une tôle d'aluminium semi-dure de 0,5 mm d'épaisseur, collée à l'aide dune feuille adhésive à base de résine phénolique (Tegofilm M 12 E de la société Th. Goldschmidt AG). On introduit le tout dans une presse à plateaux préchauffée à 1600C, et on comprime à 20 mm d'épaisseur sous 2,0 kg/cm20 Après refroidissement dans la presse, on retire le "sandwich" de 20 mm d'épaisseur0 La matière plastique cellulaire est élastifiée sur une faible épaisseur sous la couche extérieure d'aluminium0 Les impressions ponctuelles ou linéaires ne laissent pas de marques, REVEi-SDICATIOS -- 1. Procédé de préparation de stratifiés rigides épais comprenant au moins une couche extérieure de matière dure et au moins une couche adjacente de polyacrylimide ou polyméthacrylimide cellulaire rigide, caractérisé par le pressage d'une pile formée par les couches constituantes du stratifié, éventuellement collées, au-moins une des couches de matière plastique cellulaire au contact de la couche extérieure étant chauffée au-dessus de la température de ramollissement, totalement ou au moins au voisinage de la couche extérieure, la pression étant suffisante pour comprimer la couche de matière plastique cellulaire dans la zone chauffée, et par le maintien de cette pression jusou'à ce que les couches extérieures durcissent et que la couche de matière plastique cellulaire se refroidisse au-dessus de sa température de ramollissement. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le soudage des couches constituantes du stratifié pendant le pressage0 9. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par l'emploi d'un outil de presse chauffé qui échauffe la couche de matière plastique cellulaire au voisinage de la couche extérieure avant ou pendant le pressage0 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le pressage inégal de la couche de matière plastique cellulaire en différents points du stratifie.