Brevet FR2171949A1 — publié le 19730928

La présente invention concerne un noyau cellulaire de forme stable et un élément de construction stratifié comprenant des plaques pouvant supporter une charge permanente, qui sont reliées aux surfaces du noyau dans le but de réaliser un panneau léger dont le rapport résistance/poids est important. L'invention concerneenoutre un procédé pour la fabrication d'un tel produit. Four la fabrication de produits stratifiés à noyau cellulaire, on utilise jusqu'a présent des plaques métalliques ou des plaques a base de fibres pour réaliser des espaces vides ou des cellules de noyau ayant une section hexagonale, que l'on appelle généralement "cellules à nid d'abeilles" qui sont disposées en parallèle et dont les axes sont orientés dans le sens de la longueur, dans le sens de la largeur ou perpendiculairement au plan du noyau ainsi réalisé. Selon l'invention, les axes des cellules hexagonales du noyau à nid d'abeilles sont orientés perpendiculairement au plan, c'est-à-dire à la longueur et à la largeur du noyau ou du produit stratifié.Un produit ou panneau stratifié suivant l'invention, par exemple un panneau d'une largeur de 122 cm, d'une longueur de 144 cm et d'une épaisseur de 5, 7,5 ou 10 cm, comprend donc un noyau composé de cellules dont les axes sont orientés perpendiculairement aux grandes faces extérieures espacées du noyau. Les tentatives d'assemblage d'un tel noyau entre deux couches ou plaques de recouvrement ont jusqu'à présent rencontré de grandes difficultés, provenant principalement de la liaison entre les extrémités des cellules et la couche de recouvrement située en regard. C'est pourquoi les noyaux d'une telle conformation n'ont pas été utilisés à grande échelle, hormis, dans une certaine mesure, pour des espaces morts isolants ou comme couches d'insonorisation dans des parois. Jusqu'a présent, de tels noyaux ne peuvent pas être appliqués aux éléments de construction car les grandes faces d'aucun des noyaux cellulaires connus jusqu'a présent n'ont pu etre fixées ou assemblées directement aux couches de recouvrement ou couches extérieures, sauf par rivetage, soudage ou par un procédé analogue. Toutefois, un tel procédé rend l'élément de construction trop motteux, de sorte qu'il n'est pas utilisé, sauf pour quelques applications limitées dans la construction des avions.Lorsqu'il est nécessaire de réaliser cet assemblage, un tel noyau nid d'abeilles composé d'entretoises ou renforts verticaux et portant les couches ou plaques extérieures fixées sur lui forme un panneau de construction dont le rapport résistance/poids est important, dont les propriétés d'isolation thermique et acoustique sont très favorables et dort la résistance ou la rigidité est grande. L'invention vise donc à réaliser un noyau cellulaire à nid d'abeilles dans lequel les axes des cellules sont perpendiculaires au plan du noyau et dont les cellules présentent des parois de fermeture aux deux catés ouverts, et de réaliser une zone de liaison entre chaque paroi de fermeture de chaque cellule et les parois latérales de la cellule correspondante, cette zone de liaison s'étendant sur une distance prédéterminée et ayant une surface qui est généralement égale à l'aire de surface d'un coté ouvert de chaque cellule.L'invention vise en outre à réaliser un noyau cellulaire à nid d'abeille dans lequel les axes des cellules s'étendent perpendiculairement au plan du noyau, et des couches extérieures assemblées à ce noyau par une liaison adhésive s'étendant des couches extérieures à l'intérieur des cellules afin de former une zone de liaison cohérente à l'intérieur des cellules et sur les parois latérales de celles-ci, zone dont l'aire de surface est à peu près égale à l'aire de surface de la section transversale ou d'une extrémité des cellules. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement a titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique des différentes phases d'un processus de fabrication d'un noyau cellulaire à nid d'abeille ou entretoisement suivant l'invention; - la figure 2 représente, à plus grande échelle, la réalisation d'une paroi de fermeture dans chaque cellule, conformément au procédé dont les différentes phases sont représentées sur la figure 1;; - la figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'un noyau cellulaire présentant des parois fermées aux extrémités des cellules, ce noyau ayant été fabriqué conformément au procédé représenté sur les figures 1 et 2 et portant des couches de recouvrement extérieures pour former un élément de construction de grande résistance et présentant des propriétés d'isolation thermique et acoustique favorables; et - la figure 4 est une représentation schématique des phases d'un processus succédant à celui représenté sur la figure 1, également suivant l'invention, et destiné à assembler un noyau à nid d'abeilles comprenant des entret9ises verticales aux couches de recouvrement extérieures. Les figures 1 et 2 représentent un exemple de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Le produit de départ est un noyau cellulaire 10 à nid d'abeilles dans lequel les axes des cellules s'étendent perpendiculairement au plan du noyau et dont les différentes cellules sont formées par l'assemblage d'un grand nombre de bandes, par exemple de bandes de papier 11 d'une hauteur h - correspondant à l'épaisseur du noyau - qui sont reliées les unes aux autres par des zones de liaison 12 espacées les unes des autres (figure 3). Au départ, les bandes sont juxtaposées et disposées parallèlement dans le sens de leur longueur.Un tel entretoisement réalisé en papier et extensible à la façon d'un accordéon se conserve ou résiste pendant de longues années s'il est utilisé comme noyau cellulaire pour des produits en carton; lors de l'extension d'un tel entretoisement, composé de bandes de papier parallèles et attachées les unes aux autres à intervalles réguliers, on obtient une structure à nid d'abeilles composée de cellules hexagonales 13. Il est également possible de réaliser une telle structure au moyen de bandes de papier présentant des fentes verticales espacées uniformément et assemblées avec des bandes analogues présentant des fentes semblables, servant la réception de parties de bande situées dans le prolongement des fentes d'autres bandes. On obtient dans ce cas une structure composée de cellules à section rectangulaire.De telles structures ou treillis sont utilisés sous diverses formes, notamment pour le transport d'oeufs. Sans pour autant limiter l'application de l'invention à une forme particulière d'entretoisements ou de renforts extensibles, l'invention peut etre mise en oeuvre d'une manière particulièrement intéressante si l'on utilise une structure extensible à nid d'abeilles et composée de papier ou de carton comme celle représentée sur la figure 3, dans laquelle le papier est imprégné d'une résine, par exemple d'une résine de polyéther, et traité d'un agent ignifuge, par exemple de phosphate de tris(p-chloroéthyle). Un tel entretoisement peut etre acheté à l'état replié et etre introduit latéralement entre des rouleaux d'extension ou d'étirage comme ceux désignés par 14, 15, 16 sur la figure 1. Les rouleaux 16 tournent plus vite que les rouleaux 15 et ces derniers tournent plus vite que les rouleaux 14, de sorte que le produit replié est étendu et que l'on obtient une structure cellulaire ouverte 17 qui est avancée sous la forme d'une bande continue sur la ligne de traitement 18. Cette structure cellulaire étendue 17 traverse un poste de traitement thermique 19 pour faire disparattre les tensions résultant de l'extension et de la formation des cellules dans les bandes 11 en papier fort imprégné de résine. La structure ou entretoisement étendu 17 traverse ensuite un poste de refroidissement 20 qui est destiné b consolider la forme étendue de l'entretoisement, c'est-à-dire du noyau cellulaire. Les côtés ouverts de chaque cellule 13 sont fermés simultanément par la formation continue de parois de fermeture à l'aide d'une bande de papier 21 qui est dévidée d#un rouleau 22, avancée sur des rouleaux de guidage ou des transporteurs 23, 24 situés devant un dispositif de pulvérisation, et amenée ensuite jusqu'à un rouleau 25 qui applique la bande contre l'une des faces du noyau cellulaire. Le dispositif de pulvérisation comprend une tête de mélange et de pulvérisation 26 de type classique qui pulvériseune matière plastique 27 qui se transforme en mousse sur la face intérieure 28 de la bande 21. Une résine compatible avec celle ayant servi à l'imprégnation du produit de départ replié en accordéon est amenée depuis un réservoir 29, à travers un dispositif régulateur de température 30, jusqu'à la tête de pulvérisation.Un activeur destiné à favoriser la transformation de la résine en mousse vient d'un réservoir 31, traverse un dispositif régulateur de température indépendant 32 et arrive également dans la tête de pulvérisation 26 où il est mélangé avec la résine et appliqué immédiatement après sur la surface intérieure 28 de la bande 21. Si le travail s'effectue à une température ambiante normale, les composants destinés à former la mousse et sortant des réservoirs 29 et 31 doivent entre refroidis, par les dispositifs régulateurs de température 30 et 32, jusqu'à une température qui est environ 5, SOC inférieure à la température ambiante.La pulvérisation fine à travers l'air ayant la température ambiante et le contact du mélange pulvérisé avec la face intérieure 28 du papier, présentant également laXtempérature ambiante, provoquent l'activation de la couche pulvérisée et la formation continue d'une couche de mousse 33. Cette couche de mousse est transportée par la bande 21 sur une distance prédéterminée A entre le rouleau de guidage 24 et le rouleau 25 qui applique la bande 21 avec la couche de mousse contre l'une des faces ouvertes du produit cellulaire 17. La bande 21 avec la couche de mousse est déviée d'un angle B à l'endroit où elle est appliquée contre le produit cellulaire 17 par le rouleau 25.La représentation à plus grande échelle de la figure 2 fait clairement apparattre l'augmentation de l'épaisseur de la-couche de mousse 33 que la bande de s#upport 21 applique contre les côtés ouverts des cellules 13, de manière que la mousse pénètre dans ces cellules jusqu une profondeur- c qui doit être suffisante pour former, sur les parois internes 34 près de l'extrémité 35 de chaque cellule, une zone de liaison dont l'aire de surface est égale à l'aire de surface de la section transversale de chaque cellule. Le produit cellulaire ainsi recouvert de mousse sur les deux faces avance ensuite entre des rouleaux de pression 37 en vue du durcissement de la mousse.La longueur sur laquelle le produit avance entre les rouleaux de pression 37 est suffisante, compte tenu de la vitesse de défilement du produit, pour que la mousse introduite dans les extrémités ouvertes des cellules puisse se durcir complètement. Le produit passe ensuite entre des rouleaux d'abrasion 36 qui le débarrassent des bandes 21 ayant servi à l'application de la mousse et qui réduisent l'épaisseur du produit à une valeur t prédéterminée. Le produit ou noyau cellulaire obtenu à la sortie des rouleaux d'abrasion 36 est désigné par 39 et ce noyau présente à cet endroit des surfaces extérieures lisses 40.La résine et l'agent moussant servant a la formation des parois en mousse fermant les extrémités des cellules contiennent de préférence quatre parties en poids d'une résine de polyéther dérivée d'oxyde de propylène - contenant des catalyseurs d'activation appropriés, par exemple 0,1 partie d'un mélange d'une amine avec du dilaurate de dibutylétain - une partie d'un agent ignifuge, par exemple le phosphate de tris(#chloroéthyle), avec moins d'une partie en poids d'un agent gonflant et accélérateur. Ce composant résineux est maintenu ou refroidi à une température de l'ordre de 150C ou moins.Le second composant de la mousse résineuse est constitué par quatre parties de diisocyanatodiphénylméthane. Ce second composant ou agent gonflant est également maintenu à une température relativement basse et il est amené séparément å la tête de mélange et de pulvérisation 26. Par le procédé de pulvérisation décrit ci-dessus, la substance d'assemblage, c'est-à-dire la mousse de matière plastique obtenue par le mélange de deux composants, peut être appliquée de façon continue sur les deux bandes de support 21. Ces mandes recouvertes de mousse sont avancées sur une certaine distance pendant que le processus de moussage se développe et pendant que les réactions chimiques de la production de mousse et du traitement catalytique de la résine se terminent presque complètement.Lorsque la mousse formée sur les bandes de support pénètre dans les extrémités ouvertes des cellules 13 au point de déviation des bandes sur les rouleaux 25, elle adhère sur les surfaces des bandes de papier 11 et constitue ainsi la paroi de fermeture 35 en mousse qui, lorsqu'elle est avancée sous les rouleaux de pression 37, se transforme en une mousse rigide qui est solidement reliée au produit cellulaire en papier. Comme déjà décrit, les bandes de support 21 sont éliminées par abrasion ou d'une autre manière. Si désiré, la même ligne de traitement 18 peut servir à la mise en oeuvre de la partie du procédé représentée sur la figure 4, c'est-àdire à l'application des couches extérieures 38 sur le noyau 39 représenté sur la figure 3. Comme déjà mentionné, le noyau 39 présente des faces extérieures lisses 40 d'où les bandes ayant servi à l'application de la mousse ont été enlevées. Comme représenté sur la figure 4, le noyau 39 est avancé entre des têtes de pulvérisation 40a qui l'enduisent d'une couche d'adhésif, et il traverse ensuite une zone de chauffage ou un four de séchage 41 avant de parvenir à des rouleaux 42 pour l'application des couches extérieures. Dans l'exemple de la figure 4, le noyau 39 est recouvert par des tôles de recouvrement 43 dévidées de rouleaux 44, composées d'aluminium, d'acier ou d'une autrewmatière, et avancées sur des rouleaux de guidage 46 devant des têtes de pulvérisation d'adhésif 45 et à travers un four de cuisson 47. L'adhésif appliqué sur la surface intérieure 48 de la tôle de recouvrement 43 est amené en contact avec la surface 49 - également enduite d'adhésif du noyau 39 entre les rouleaux 42. A la sortie des rouleaux 42, on obtient un produit 50 composé d'un noyau à nid d'abeilles recouvert de deux couches contir.ues. Ce produit a la forme représentée à droite sur la figure 3. Sur la partie gauche de la figure 3, les couches de recouvrement ont été enlevées partiellement pour montrer la couche d'adhésif 51 et la surface lisse 40 du noyau. L'adhésif utilisé de préférence contient trois composants principaux, à savoir un élastomère vulcanisable, une résine synthétique et un solvant compatible. Le néoprène est susceptible de durcir s'il est utilisé en combinaison avec une charge. Suivant l'invention, on utilise un élastomère vulcanisé à environ 95%, d'où l'humidité et plus de 90% des solvants ont été éliminés avant 1 n assemblage sous pression. Il est préférable que le composé à base de néoprène ne contienne pas de résine de bois; ce composé contient une quantité normale de catalyseur ou une quantité de catalyseur qui est légèrement inférieure à celle utilisée habituellement, ainsi qu'une quantité normale d'un retardateur, pour ajuster la catalyse et la vulcanisation si cela est nécessaire. Suivant l'invention, le durcissement d'un tel adhésif à base de néoprène est obtenu par l'utilisation d'une résine synthétique pouvant être dissoute convenablement dans un solvant compatible. L'invention utilise de la résine phénolique dans l'hexanenmelangé avec du néoprène pour former une matière de base dans 1'hexane comme solvant. Cette matière de base pour l'adhésif est ensuite dissoute dans un solvant d'ajustement (de préférence l'acétone), ce qui permet d'ajuster la viscosité et les caractéristiques de pulvérisation.La composition suivante est préférée Solvant d'ajustement (acétone et méthyléthylcétone) 41,7 Matière de base de l'adhésif dans l'hexane (néoprène) 9,5 (catalyseur pour le néoprène) 0,8 Solvant pour le néoprène (hexane) 26,4 Résine phénolique 8,0 Solvant pour la résine phénolique (hexane) 13,6 100, 0% Il ressort de ce qui précède que l'une ou les deux couches extérieures peuvent être formées par des tôles d'aluminium, d'acier, d'acier inoxydable, de cuivre ou d'une autre matière, ou par des feuilles d'acier, de cuivre ou d'une autre matière, et que ces couches extérieures peuvent éventuellement encore être revêtues d'une couche fibreuse ou autre. Les noyaux peuvent être coupés suivant les dimensions de panneaux de construction (panneaux modulaires), ayant par exemple une largeur de 122 cm et une longueur de 244 cm.Les couches extérieures peuvent ensuite être revêtues d'une matière appropriée, par exemple d'une tôle métallique, de bois stratifié ou d'une autre matière, suivant l'application. Les couches extérieures sont de préférence en métal, par exemple en acier doux ou en aluminium, afin d'obtenir un rapport aussi favorable que possible entre la résistance et le poids du produit stratifié si celui-ci est utilisé pour la construction. Conformément au procédé qui vient d'être décrit, un produit de départ sous forme d'une bande repliée en accordéon est étiré progressivement et de façon continue pour former un noyau à nid d'abeilles dont les cellules sont orientées perpendiculairement au plan du noyau, l'étirage ou l:extension étant effectue à angle droit par rapport à l'orientation de la bande et les cellules du noyau étant ouvertes aux extrémités. Ce produit de départ étiré est transporté suivant une trajectoire déterminée, sur laquelle il subit plusieurs traitements. Un mélange de matières plastiques produisant une mousse est appliqué sous forme d'une couche sur deux bandes de support séparées qui transportent la couche de mousse jusque sur les extrémités ouvertes des cellules.Ces bandes font également pénétrer, la mousse dans les extrémités ouvertes des cellules et la profondeur d'introduction de la mousse dans les cellules est telle que l'aire de surface recouverte par la mousse sur les parois des cellules soit égale à l'aire de surface de la section transversale de chaque cellule. Le procédé suivant l'invention permet d'ajuster efficacement la production de la mousse par le refroidissement des composants de la mousse jusqu'à une température qui est inférieure à la température ambiante normale sous laquelle les bandes de support sont avancées devant les têtes de pulvérisation. Les composants sont mélangés pendant qu'ils sont refroidis et ils ne réagissent pas avant de venir en contact avec la surface de la bande de support. Lorsque la mousse dans les cellules augmente, les bandes 21 doivent entre maintenues en contact avec les cellules au moyen de rouleaux de pression 37 qui exercent une pression positive, ce qui provoque la compression et le durcissement de la mousse. REVENDICATIONS 1. Produit stratifié comprenant un noyau à nid d'abeilles dont les cellules sont orientées perpendiculairement par rapport au plan du noyau, caractérisé en ce que le noyau cellulaire est formépsr I'ebension d'unmat#iau ou produit replié en accordéon et composé demandes àlameiles dontlalargeur est égale à l'épaisseur du noyau et dont chaque bande est reliée aux bandes voisines à intervalles réguliers dans le sens de la longueur des bandes, les lamelles étant parallèles à l'état replié du produit, les cellules de ce noyau étant chacune pourvues d'une paroi de fermeture aux deux extrémités ouvertes des cellules, ces parois de fermeture définissant les faces extérieures du noyau et s'étendant, dans chaque cellule, sur les faces de chacune des bandes qui la composent, la zone de contact entre la paroi de fermeture et les parois de chaque cellule ayant une aire de surface à peu près égale à l'aire de surface de la section transversale de la cellule, et ces parois de fermeture conférant de la résistance et de la rigidité au noyau. 2. Produit stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bandes constituant le noyau sont en carton imprégné de résine, et en ce que les parois de fermeture des extrémités de cellules sont en une matière plastique mousse qui est reliée aux bandes de carton imprégnées de résine. 3. Produit stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une bande de carton est fixée sur le côté extérieur des parois de fermeture. 4. Produit stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que des bandes ou couches extérieures, pouvant éventuellement supporter une charge, sont reliées aux parois extérieures du noyau et forment avec ce dernier un panneau. 5. Produit stratifié selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que l'une des bandes ou couches extérieures est en métal. 6. Produit stratifié selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que les deux bandes ou couches sont en métal. 7. Procédé pour la fabrication d'un produit stratifié comprenant un noyau à nid d'abeilles dont les cellules sont orientées perpendiculairement au plan du noyau, caractérisé en ce qu'il comprend : l'extension progressive d'un produit de départ composé de bandes repliées en accordéon, cette extension étant effectuée perpendiculairement au plan des bandes et étant destinée à former des cellules orientées perpendiculairement au plan du noyau devant être formés le transport de ce produit étendu suivant une trajectoire déterminée, l application d'un composé produisant une mousse plastique sur deux bandes de support le transport des bandes de support portant la couche de mousse jusqu'aulx côtés ouverts des cellules5 l'application de ces bandes de transport contre les côtés ouverts des cellules et l'introduction de la mousse dans celles-ci > dans le but de former dans chaque cellule une paroi de fermeture composée de mousse plastique, la zone de contact entre la paroi de fermeture en mousse et les parois des cellules, définies par les bandes mentionnées en premier, ayant, dans chaque cellule, une aire de surface qui est à peu près égale à l'aire de surface de la section transversale de chaque cellule, et le traitement sous pression des parois de fermeture composées de mousse de matière plastique. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu il comprend l'élimination des bandes de support ayant servi à l'application de la mousse, dans le but d'obtenir un noyau à nid d'abeilles ayant une épaisseur uniforme. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'élimination des bandes de support ayant servi à l'application de la mousse, dans le but d'obtenir un noyau à nid d'abeilles ayant une épaisseur uniforme prédéterminée, l'application d'une couche d'adhésif sensible à la pression sur les faces extérieures du noyau, l'application séparée et continue d'une couche d'adhésif sensible àla pression analogue sur les couches ou bandes extérieures, la réunion des couches extérieures portant la couche d'adhésif et du noyau portant les couches d'adhésif, et l'assemblage des faces portant l'adhésif du noyau et des couches extérieures. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le composé produisant une mousse de matière plastique est à plusieurs composants, en ce que les bandes de support sont à la température ambiante, en ce que les composants sont refroidis à une température inférieure à la température ambiante5 et en ce que les composants sont mélangés pendant qu'ils sont refroidis et pulvérisés sur les bandes de support, afin de produire une réaction de moussage des composants qui se produit essentiellement sur la surface des bandes de support.