Brevet FR2165840A1 — publié le 19730810

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'une masse composite comprimée, et plus -particulièrement d'une masse comprimée utilisable comme rembourrage d'amortissement susceptible de conférer des caractéristiques d'amortissement ou de compressibilité, utilisable commun cuir artificiel, ayant l'aspect et le toucher d'un cuir naturel. Les matériaux de rembourrage sont largement utilisés par exemple dans l'industrie automobile ainsi que comme matériau d'amortissement dans l'empaquetage. En outre, elles sont également utilisées comme bases de tapis en remplacement des matériaux naturels, etc.. Les caractéristiques de rembourrage sont cependant tributaires de la première étape de mise sous forme de mousse, par exemple dans le cas de matériaux de rembourrage connus qui consistent en polystyrène mousse. Ainsi, les caractéristiques de cette matière antérieure et son toucher sont finalement définies par le degré d'aptitude à encaisser un choc et de la force de répulsion (correspondant à un coefficient de compression quand le matériau de rembourrage est considéré comme un ressort de compression) qui dépendent essentiellement du degré de moussage et de la nature des résines qui sont traitées.Après moulage du matériau de rembourrage, il n'est plus possible de modifier ces caractéristiques, même en fonction de données de compression ou de contraintes mécaniques. Pour fabriquer un cuir artificiel, de nombreuses étapes de travail compliquées sont nécessaires pour lui donner un aspect et un toucher ressemblant à ceux d'un cuir naturel. Enfin, des matières plastiques ont été largement utilisées pour le rembourrage de l'ameublement, comme matières de rembourrage et d'amortissement, comme cuirs artificiels etc.. mais elles présentent tousoursdes dangers en raison de la production de nombreux gaz déle-t-#res et de fumées dans le cas od elles prennent feu. La présente invention permet de surmonter ces inconvénients. Elle a pour objet essentiel tn procédé pour la fabrication d'un corps composite comprimé capable de recevoir arbitrairement des caractéristiques de rembourrage, non seulement au moment où les matériaux bruts sont mélangés, mais même après son moulage en mousse. Un second but de l'invention est un procédé pour la fabrication d'un tel corps susceptible de recevoir des caractéristiques d'aspect et de toucher en une étape unique. Un troisième but de l'invention est un procéagpour la fabrication d'un tel corps, procédé dans lequel il est possible de mesurer avec précision le degré du processus de travail. Un quatrième but de l'invention estun procédé de ce type pour l'obtention de corps ayant une grande résistance mécanique et une grande résistance à l'allongement, etc. but Un cinq#ième / de l'invention est un procédé de ce type conduisant à des matériaux susceptibles d'être utilisés comme matériaux de rembourrage. Un sixième but de l'invention est un procédé pour la fabri d'un tel corps cation/susceptible d'être utilisé comme cuir artificiel ayant un aspect et un toucher très voisins du cuir naturel. Un septième but de l'invention est un procédé pour la fabrication d'un tel corps exempt du danger de dégager des gaz nocifs ou de la fumée. On va décrire l'invention en se référant au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une coupe d'une matière de rembourrage fabriquée selon l'invention; La figure 2 représente trois schémas a, b et c dont chacun illustre un modèle mécanique ressemblant aux caractéristiques élastiques du matériau représenté par a, b et c de la figure 1, respectivement. La figure 3 est un graphique représentant la relation entre la contrainte de compression et la force deFesistance à la déformation,et La figure 4 est un graphique représentant les caractéristiques d'amortissement dynamique du matériau de rembourrage selon l'invention. On va maintenant décrire en détail le procédé selon l'invention. La première étape de ce procédé consiste dans les phases suivantes : on mélange des charges minérales, telles que par exemple du sulfite de calcium, du gypse, du carbonate de calcium, du noir de carbone, etc.. à raison de 30 à 80% en poids de la quantité totale de résines thermoplastiques ou d'un copolymère de ces dernières, telles que le polyéthylène, le polypropylène, le polychlorure de vinyle, un copolymère éthylène-acétate de vinyle, etc.. on mélange et on pétrie une petite quantité d'agent moussant (de type usuel tel que la benzène-sulfonyl-hydrazide, l'azo-dicarbonamide, etc..) dans le mélange précédent et on moule en faisant mousser le matériau mélangé et pétrit précédent aux diverses formes désirées telles que plaques, feuilles, fragments, etc..Ainsi, pour fabriquer des appuie-têtes pour automobiles, on peut mouler la forme de l'appuie-tete dans la phase initiale du processus, et non pas des plaques à assembler l'une ave# l'autre après moulage. La section de ces produits moulés à l'état de mousses, comme on le voit sur la figure la, présente une portion ibndamentale 1 qui est un mélange de résines et de charges comportant un certain nombre de bulles 2 réparties au hasard dans ce mélange. Dans la présente invention, le degré de moussage est très important et il est préférable de définir le volume du produit moulé moussé de manière à ce qu'il représente au moins plus de cinq fois celui du mélange pétrit, c'est-à-dire qu'il est d'une densité en masse inférieure à 0,6 et de préférence de 0,1 à 0,2. On peut employer dans la pratique de nombreuses méthodes de moulage. L'une d'elles consiste à préparer des granulés en écrasant des fragments du mélange pétrit et à mouler ces granules par compression à diverses formes, tandis qu'un autre procédé consiste à calandrer le mélange pétrit sous forme d'une feuille ou de plaque puis à mouler par compression cette feuille ou cette plaque. La seconde étape de l'invention consiste à comprimer les matériaux ainsi moulés en forme de mousse, tels que des matériaux-en#plaque ou sous une autre forme, jusqu'S ce que leur volume représente finalement 30 à 90% deleur valeur initiale. Par exemple, la figure lb représente la section du matériau après .réduction par compression à 80% de son volume initial, tandis que la figure lc montre l'état de ce matériau après compression jusqu'à réduction du volume à 30% de sa valeur initiale. Dans ce cas, le matériau moulé en mousse composé du mélange pétrit de résines contenant de très petites quantités de charges sinon pas du tout, tel que du polyuréthanne en mousse, qui est bien connu comme matériau amortisseur, reprend presque son volume initial quand une force extérieure qui lui est appliquée est supprimée, même quand le degré de cette force est très important et qu'en général la contrainte résiduelle est telifivement faible. La raison de cette caractéristique réside dans le fait que la portion fondamentale de la résine en mousse telle que le polyuré thanne a récupéré es caractéristiques élastiques. Cependant, dans les matériaux obtenus selon l'invention, la portion fondamentale 1 constituée par une structure à mailles à trois dimensions, est écrasée en raison de la grande quantité de charges minérales que contient la portion 1, quand une force extérieure est appliquée et simultanément les bulles 2 communiquent partiellement entre elles de sorte que le volume du matériau réduit à mesure qu'elles dégagent l'air ou le gaz qu'elles contiennent , comme il est illustré à la figure lb. Au surplus, si le matériau est déformé jusqu'à ce que son volume atteigne 30% de sa-valeur initiale sous l'effet d'une contrainte de compression,pratiquement toutes les bulles 2 disparaissent et seule la portion fondamentale 1 demeure. C'est cet état qui est représenté à la figure lc. Dans le cas ot le réseau de la matière fondamentale n'est pas du tout écrasé comme représenté à la figure la, il est difficile de déformer le matériau avec les forces de degrés usuels de compression et le matériau est trop dur comme rembourrage. Les courbes caractéristiques d'amortissement dynamique représentées à la figure 4 sont alors susceptibles de se déplacer dans l'ensemble vers la droite et la valeur maximum d'accélération correspondant au point le plus bas de ces courbes estségalement -relativement élevé. Si le réseau de la portion fondamentale est comprimé de manière à ce que les bulles soient écrasées comme représenté à la figure 2b, la portion fondamentale écrasée représente elle même des caractéristiques élastiques très particu lières, correspondant principalement à la nature des résines et à la quantité des charges.Dans le cas où la totalité du réseau de la matière fondamentale est complètement écrasée comme représenté à la figure lc, la seule élasticité propre de la matière fondamentale subsiste et la raison en est clairement démontrée par un modèle mécanique à la figure 2. Chacune des figures a, b et c de la figure 2 correspond à chacune des figures a, b et c de la figure 1, respectivement. Ainsi, dans l'etat représenté à la figure la , l'élasticité de la matière fondamentale est considérable et correspond à celle d'un ressort unique 3 ayant une grande constante d'élasticité tandis que dans b l'élasticité de la matière fondamentale est faible ce qui correspond au cas d'un ressort 4 ayant une petite constante d'élasticité tandis que le ressort 3 est réuni en série avec celui-ci, comme représenté à la figure 2b; dans le cas c on illustre les caractéristiques les plus faibles correspondant au cas dans lequel la constitution est considérée comme étant complètement transformée en un petit ressort 4. Il ressort clairement de la considération des modèles mécaniques précités que le mode de manifestation de la force de résistance à la déformation dans le cas d'une déformation par compression du matériau de rembourrage selon la présente invention est illustrée par la figure 3. La ligne OAB de la figure 3 correspond au cas dans lequel le volume du matériau est comprimé à 30% de sa valeur initiale après avoir été moulé. Ainsi, cela correspond au cas représenté sur le graphique, représentant l'état du matériau dans lequel toutes les bulles sont complètement écrasées comme dans la figure lc. La ligne OC de la figure 3 représente l'état du matériau auquel aucune force de compression n'a été appliquée après moulage. Si le volume du matériau de rembourrage est comprimé à 30-90% de sa valeur initiale après moulage, la résistance à la déformation augmente rapidement après que la matière fondamentale ait été complètement comprimée et déformée. Dans le cas où le degré de compres sion devient de plus en plus faible, de sorte que le volume de la matière atteint 60, 65, 75 et 80 % de sa valeur initiale, le déplacement de la ligne par rapport à l'origine peut aller jusqu'à la ligne OEF de la figure 3.La ligne OG représente la relation entre la résistance à la déformation et la contrainte de compression dans une mousse de polyurethanne/contenant aucune charge. Au surplus, l'importance de la valeur de tg alpha (alpha représentant l'inclinaison de OAB) représente la constante d'élasticité de la matière fondamentale elle-mêmeet peut etre modifiée en fonction de la nature des résines et de la quantité des charges qui y sont aj-outées. Pour fabriquer un corps travaillé sous compression utilisable comme cuir artificiel, il est nécessaire d'obtenir un maté- riau en mousse mince semblable à une plaque ou à une feuille d'une épaisseur d'environ 1 à 15 mm dans la première étape du procédé précité. Dans ce cas, initialement, le matériau peut être moulé à la forme désirée , c'est-à-dire en plaque ou feuille mince. On peut également obtenir une feuille mince en tranchant des plaques ou feuilles relativement plus épaisses du produit moulé à l'état de mousse jusqu'à l'épaisseur désirée. On comprime ensuite la plaque ou feuille mince précédente en la faisant passer entre deux cylindres entre lesquels existe un jeu de par exemple 0,01 à 1 mm. Ces moyens de compression ne sont évidemment pas limités à ces cylindres et on peut utiliser tout autre moyen convenable. Par exemple, les cylindres exigent un temps relativement court et une température élevée pour la compression et conviennent pour la fabrication d'une feuille mince tandis qu'une presse exige un temps comparativement plus long , une force plus basse pour la compression et convient pour la fabrication d'une feuille épaisse. Si on opère à tempé rature élevée, l'aptitude à reprendre le volume initial est réduite, et inversement à basse température. La feuille obtenue par cette compression présente de petites rides à sa surface et à une ressemblance très proche à la fois d'aspect et de toucher avec un cuir naturel et au surplus, elle présente d'excellentes propriétés de résistance mécanique telle que la résistance à l'allongement, etc. En outre, au besoin, on peut plisser la feuille par les moyens usuels tels que des rouleaux de caoutchouc pour former des rides plus grandes que celles résultant de la compression précitée. Ainsi, elle peut ressembler très fortement à un cuir naturel. De plus, le degré de reprise du volume du matériau selon l'invention dépend de la température appliquée, de la durée du processus et de la présence ou de l'absence d'agents de pontage. Comme agents de pontage, on peut utiliser lé l,3-bis(tertio-butylperoxy-propyl)benzène et analogues. Il est ainsi possible d'obtenir les matériaux présentant toutes les caractéristiques désirables en fonction des divers #usages prévus. On va maintenant donner quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention. EXEMPLE 1 Polyéthylène à haute densité 28 parties en poids Copolymère éthylène-acétate de vinyle 12 parties en poids Sulfite de calcium 60 parties en poids Agent moussant 2 parties en poids On pétrit cette compositiondans un mélangeur Banbury pendant 4 minutes à 1500C puis on la comprime pour la mouler à unepensité en masse de 0,16 gramme/cm3. On met alors la matière sous compression pour lui conférer une forme. A : On fait passer le matériau de 30 mm d'épaisseur ( densité 0,16 g/cm3) selon l'invention à travers le jeu de 10 mm entre les cylindres et son volume est réduit à 90% de sa valeur initiale. B : On fait passer le matériau de 30 mm d'épaisseur (densité 3 0,16 gramme/cm ) selon l'invention à travers un jeu de 5 mm entre les cylindres et son volume est réduit à 70% de sa valeur initiale; C : On fait passer le matériau de 30 mm d'épaisseur ( denstié 0,16 gramme/cm3) selon l'invention à travers un jeu de 3 mm entre les rouleaux et son volume est réduit à 30% de sa valeur initiale. Les caractéristiques de rembourrage dynamique dans les trois cas sont;-illustrées à la figure 4. EXEMPLE 2 Polypropylène 50 parties en poids Carbonate de calcium 50 parties en poids Agent moussant 1 partie en poids On pétrit cette composition pendant 4 minutes dans un mélangeur banbury à une température de 1500C et on la moule par compression pour obtenir un matériau ayant une densité de masse de 0,5 après quoi ce matériau est comprimé par une presse à huile. A : La plaque de 30 mm d'épaisseur est comprimée à 27 mm Il em résulte que la valeur maximum d'accélération est abaissée de 20 g ( g étant l'unité gravitationnelle) par rapport à celle du matériau avant compression. B : Au surplus, on comprime cette plaque à 24 mm d'épaisseur et la valeur maximum d'accélération est abaissée de 40 g par rapport à celle du matériau avant compression. EXEMPLE 3 Polyéthylène à tension moyenne et basse 40 % en poids Sulfite de calcium 57,85% en poids Agent de pontage 0,15 % en poids Agent moussant 2% en poids On pétrit cette composition à 130-1500C puis on la met sous forme de granules que l'on comprime alors pour en faire un produit en mousse analogue à une feuille d'environ 0,18 de densité de masse.On tranche cette feuille par des moyens mécaniques pour obtenir des plaques minces de 2,4, 6 et 10 mm d'épaisseur. Quand on fait passer ces plaques minces à travers jeu de 0,01, mm 0,05/entre deux cylindres ouverts dont la vitesse de rotation est de 16 tours minute et le rapport de rotation de 1 :1 à une température de 300C, on obtient une feuille ayant l'aspect et le toucher du cuir naturel. Les caractéristiques mécaniques de ces matériaux sont indiquées au tableau I ci-après TABLEAU I Epaisseur de la plaque a s 2mm 4mm 6mm lOmm en mousse Résistance à la MD 320 343 369 396 tension TD 241 213 192 186 (Kg/cm2) Résistance à MD 9,3 7,6 4,3 3,1 l'allongement TD 13,1 9,6 7,7 6,8 (%) EXEMPLE 4 Composé mou de chlorure de polyvinyle 50% en poids Sulfite de calcium 49% en poids Agent moussant ~ 1% en poids On pétrit cette composition et on la met en granule comme à l'exemple 3, puis on obtient une feuille moussée de 0,4 de den situé en comprimant ces granules.Après tranchage à 4 mm d'épaisseur comme à l'exemple 3, on fait passer B plaque mince ainsi obtenue entre deux rouleaux présentant un jeu de 0,01, de 0,05, de 0,1 et 0,5 mm , et dans chaque cas on obtient un produit en forme de feuille ayant une ressemblance très proche d'aspect avec le cuir naturel. Les caractéristiques mécaniques de ces matériaux sont indiquées au tableau Il suivant TABLEAU Il Epaisseur de la plaque moussée 0,01-0,05 mm 0,1mm o,5 mm Résistance à la MD 406 353 280 tension (kg/cm2) TD 236 258 298 Résistance à MD 11 12 14 l'allongement TD 23 18 12 (%) EXEMPLE 5 La plaque mince de 4 mm d'épaisseur obtenue à l'exemple 4 est comprimée au moyen d'une machine de moulage par compression sous l'effet de diverses pressions telles que 10, 50 et 100 kg/cm2 pendant 30 secondes à température ambiante. On obtient ainsi une feuille ayant une ressemblance très voisine de celle du cuir naturel aussi bien pour son aspect que pour son toucher. Les caractéristiques mécaniques de ces produits sont reproduits au tableau III. TABLEAU III Pression (kg/cm2) 10 50 100 Résistance à la tension (kg/cm2) 280 286 301 Allongement (%) 16 17 14 Selon la présente invention, il est possible de modifier arbitrairement les caractéristiques de rembourrage du matériau en mousse, principalement par le processus de moulage par compression après mise en forme. Ainsi, il est possible d'obtenir des matériaux correspondants à des usages bien déterminés, par exemple des matériaux mous au toucher, malgré leur capacité d'absorption d'une petite énergie seulement tandis que d'autres peuvent être durs au toucher tout en étant capables d'absorber une très grande énergie et vice et versa. On notera en outre que le procédé selon l'invention est extrêmement efficace dans la mesure où il est facile d'ajuster des caractéristiques de rembourrage du matériau en mousse en fonction des conditions du processus de compression mécanique, qui peuvent être mesurés avec précision après moulage. En outre, selon l'invention, il est possible d'obtenir un cuir artificiel ayant un toucher et un aspect très voisins de ceux d'un cuir naturel et de modifier arbitrairement les caractéristiques de résistance, de dureté et d'élasticité etc.. par modification de la composition du taux de moussage de la pression du processus de compression, etc.. et des charges. Par suite, ce matériau analogue au cuir peut etre utilisé pour une très grande variété d'usages. En outre, le matériau de rembourrage selon l'invention comporte des résines thermoplastiques de sorte qu'il peut se consumer sans produire aucun gaz nocif et ne pas dégager de fumée en raison de la constitution en forme de réseau du matériau contenantde nombreuses bulles. Par suite, ce matériau convient comme matière de rembourrage aussi bien pour la décoration des intérieurs que pour le rembourrage des meubles. Au surplus, pour les raisons précitées, le matériau selon l'invention est compl#ètement exempt de propriétés polluantes telles que le risque de produire des gaz et des fumées à la combustion, de sorte que le procédé selon l'invention est extremement utile pour l'industrie. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la fabrication d'un article travaillé par compression et se composant de plusieurs matériaux, procédé caractérisé par les phases suivantes on pétrit un mélange de résines thermoplastiques ou de copolymères de celles-ci, de charges organiques à raison de 30 à 80% en poids et d'agents moussants à raison de 1 à 2% en poids; on moule à l'état de mousse cette matière composite pétrie en un corps d'aspect cubique et enfin on comprime ce corps moulé pour lui donner la forme définitive sous l'action d'une force extérieure. 2 - Procédé selon 1, caractérisé en ce que la résine thermoplastique est choisie entre le polyéthylène, le polypropylène, le chlorure de polyvinyle ou un copolymère éthylèneacétate de vinyle. 3 - Procédé selon 1, caractérisé en ce que la charge minérale est choisie entre le sulfite de calcium, le gypse, le carbonate de calcium ou le noir de carbone. 4 - Procédé selon 1, caractérisé en ce que le degré de moussage est tel que la densité des produits moussés est inférieure à 0,6 et de préférence de 0,1 à 0,2. 5 - Procédé selon 1, caracteriséuen ce que le degré de compression est tel que le volume du produit moussé après compression est réduit à 30-90% de sa valeur initiale. 6 - Matériau de rembourrage obtenu selon le procédé des revendications 1 à 5. 7 - Application du matériau selon 6 à la fabrication de meubles, de sièges, d'intérieurs de voitures et toutes les applications du cuir artificiel.