Brevet FR2351782A1 — publié le 19771216

La présente invention concerne une structure stratifiée. Selon une caractéristique de l'invention, une structure stratifiée comprend une feuille perforée de matière non thermoplastique entre deux feuilles de matière thermoplastique, l'une d'elles étant liée thermiquement à ''autre à travers les perforations de la feuille non thermoplastique. La feuille intermédiaire non thermoplastique du stratifié peut être, par exemple, un clinquant métallique, une pellicule, un papier ou une étoffe. Le papier ou l'étoffe constituant la feuille non thermoplastique peut se composer de fibres naturelles, par exemple d'amiante et de cellulose ou bien de fibres synthétiques, par exemple de fibres de carbone, de verre, d'oxyde de zirconium et d'alumine. Les étoffes constituant la couche intermédiaire peuvent être tricotées ou tissées ou être du type non tissé. Des étoffes non tissées convenables peuvent se composer de filaments continus et/ou de fibres discontinues,et les fibres peuvent être non liées ou liées, par exemple par aiguilletage. La feuille intermédiaire non thermoplastique de la structure stratifiée présente un certain nombre de perforations. Les feuilles thermoplastiques entrent en contact l'une avec l'autre à travers ces perforations et sont liées thermiquement l'une à l'autre à leurs points de contact. Les feuilles thermoplastiques du stratifié peuvent être sous la forme d'une pellicule de matière thermoplastique ou de préférence sous la forme d'une étoffe tricotée, tissée ou non tissée ou bien d'une nappe de fibres comme celle produite par cardage. Lorsque la feuille se compose de fibres, une proportion d'au moins 20 % et avantageusement la totalité des fibres sont en une matière thermoplastique. Des étoffes non tissées appropriées comprennent celles constituées de fibres continues et/ou discontinues. Les fibres de l'étoffe non tissée peuvent être enchevêtrées par aiguilletage ou liées les unes aux autres par un liant ou par une liaison thermique. Des polymères thermoplastiques appropriés permettant de réaliser les feuilles thermoplastiques ou les fibres constituant lesdites feuilles comprennent le polyéthylène, le polypropylène, des polyesters, en particulier le poly(téréphta late d'éthylène), des polyamides, en particulier le poly(hexaméthylène-adipamide) et le poly(caprolactame), et des copolymères de ces derniers. Au cas où les feuilles thermoplastiques sont sous la forme d'une étoffe, il est avantageux que l'étoffe se compose d'un mélange de fibres thermoplastiques dont une proportion d'au moins 20 % présente un point de ramollissement inférieur à celui des autres fibres. Avantageusement, les fibres constituant l'étoffe comprennent au moins 20 % de fibres conjuguées potentiellement adhésives. Par l'expression "fibres conjuguées potentiellement adhésives", on entend une fibre constituée d'au moins deux composants thermoplastiques orientés le long de la fibre, une partie au moins de la surface externe de la fibre étant formée par un composant présentant une température de ramollissement inférieure à celle du ou des autres composants. Lorsque les feuilles thermoplastiques sont constituées de fibres, ces dernières peuvent être traitées à un stade approprié pour modifier leurs propriétés, par exemple pour les rendre hydrophiles ou hydrophobes. Des modifications appropriées comprennent un traitement par un dérivé de poly(oxyde d'éthy- lène), comme décrit, par exemple, dans le brevet britannique N0 1 088 984 pour le traitement de fibres de poly(téréphtalate d'éthylène), et par des particules comme décrit dans le brevet britannique NO 1 408 08amour le traitement de fibres conjuguées. Une structure stratifiée selon la présente invention peut être obtenue en perforant une feuille de matière non thermoplastique, en intercalant la feuille perforée entre deux feuilles de matière thermoplastique et en soumettant les feuilles combinées à un procédé dans lequel les deux feuilles de matière thermoplastique sont soudées thermiquement l'une à l'autre à travers les perforations de la matière non thermoplastique. Le soudage thermique peut être effectué par application de chaleur et de pression, par exemple en faisant passer les feuilles combinées dans une zone de serrage de deux cylindres rotatifs dont l'un au moins présente des saillies chauffées. Le soudage thermique peut être également effectué en utilisant des vibrations ultrasonores. En réglant les conditions utilisées dans l'étape de soudage thermique, il est possible de perforer la couche intermédiaire thermoplastique simultanément au soudage thermique. En conséquence, selon une autre caractéristique de la présente invention, un procédé de production d'une structure stratifiée consiste (a) à perforer une feuille de matière non thermoplastique, (b) à intercaler la feuille non thermoplastique entre deux feuilles de matière thermoplastique et (c) à soumettre les feuilles combinées à un procédé par lequel les deux feuilles de matière thermoplastique sont soudées thermiquement l'une à l'autre à travers les perforations de la matière non thermoplastique, l'étape (a) étant exécutée avant ou après l'étape (b) ou simultanément à l'étape (c). Lorsque le soudage thermique est effectué en utilisant des cylindres rotatifs, dont l'un au moins présente des saillies chauffées, lesdites saillies doivent être maintenues à une température suffisamment élevée pour que les feuilles thermoplastiques soient chauffées à leurs points de contact à une température suffisante pour ramollir les feuilles à ces endroits, et pour assurer ainsi le soudage des feuilles par fusion. En augmentant la pression appliquée par les cylindres et leurs saillies aux couches combinées,il est possible de perforer la couche intermédiaire simultanément au soudage thermique des couches thermoplastiques à travers les perforations. Si on a recours à des vibrations ultrasonores pour effectuer le soudage thermique des deux couches de matière thermoplastique, il est essentiel que l'énergie vibratoire soit suffisamment grande pour provoquer la fusion des couches. Le soudage peut être facilité en comprimant les feuilles combinées tout en les soumettant à des vibrations ultrasonores. En ajustant à la fois l'énergie vibratoire et le degré de compression appliqués aux feuilles combinées, il est possible de produire une structure stratifiée dans laquelle la feuille intermédiaire est perforée simultanément au soudage thermique des deux couches thermoplastiques à travers les perforations. Commodément, les vibrations ultrasonores sont produites par un "cornet" coopérant avec une enclume ayant la forme d'un cylindre présentant une série de cordons ou portées. Les feuilles combinées passent entre le cornet et le cylindre, le cornet étant sollicité en direction du cylindre pour exercer la compression nécessaire et obtenir le résultat voulu. les structures stratifiées produites par le procédé de la présente invention peuvent être utilisées dans un grand nombre d'applications. Elles sont particulièrement intéressantes pour une isolation thermique et/ou sonique. Des structures stratifiées comprenant un clinquant métallique et des étoffes conviennent pour la fabrication d'électrodes destinées à une cellule électrolytique, en particulier les électrodes destinées à supporter une ptte d'ingrédients actifs, par exemple les électrodes ou plaques d'une batterie au plomb. Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif, mais non limitatif de l'invention. Exemple 1 On transforme par un moyen classique en une bande 2 d'un poids moyen de 150 g/m2 des fibres conjuguées potentieile- ment adhésives titrant 3,3 décitex et mesurant 58 mm de longueur, comprenant une âme de poly(téréphtalate d'éthylène) et une gaine d'un copolymère de poly(téréphtalate-isophtalate d'éthylène) (rapport molaire de 85:15). On fend la bande en deux couches d'épaisseur sensiblement égale et on intercale un clinquant de plomb (épaisseur de 0,13 mm) entre les deux couches pour former un stratifié. On fait passer le stratifié entre un cornet à ultrasons vibrant à 20 hertz et une enclume ayant la forme d'un cylindre tournant à une vitesse superficielle de 8 m/min. Le cylindre présente une série de plots en forme de parallélogramme (1,8 sur 0,26 mm) disposés par rangées parallèles espacées de 2,25 mm les unes des autres, les rangées étant parallèles à l'axe du cylindre et les plots étant séparés les uns des autres de 1,7 mm. On accouple le cornet de travail pré- sentant une face d'une longueur de 200 mm et d'une largeur de 12 mm par un cornet amplificateur à une machine à souder par ultrasons du type "Dawe Series 4120" (marque déposée) et on le pousse contre le cylindre en utilisant une pression pneumatique manométrique de 2,1 bars. Dans les régions de la structure stratifiée résultante qui se trouvaient à proximité des plots, les vibrations ultrasonores ont percé le clinquant métallique et les deux couches de la bande ont été soudées l'une à l'autre à travers les perforations.La structure présente une grande résistance au délaminage ou à l'arrachement. Exemple 2 On répète les opérations de l'exemple 1, excepté que le clinquant de plomb est perforé (trou d'un diamètre de 1,6 cm à une distance de 2,5 cm entre les centres) avant qu'il ne soit inséré entre les deux couches de la bande. Hormis le soudage effectué comme dans l'exemple 1, les deux couches de la structure stratifiée résultante sont soudées ensemble (les liaisons ayant une configuration correspondant à celle des plots du cylindre) dans les zones dans lesquelles le clinquant a été perforé avant d'être intercalé entre les deux couches de la bande. La résistance au délaminage de la structure stratifée est particulièrement grande. Exemple 3 On répète les opérations de l'exemple 1, excepté que le cornet de travail est poussé contre le cylindre en utilisant une pression pneumatique de 1,75 bar au manomètre. Par suite de la diminution de la pression, certains des plots du cylindre ne parviennent pas à perforer le clinquant de plomb et la résistance au délaminage de la structure stratifiée résultante est moins grande Exemple 4 On répète les opérations de l'exemple 1, excepté qu'on porte la pression pneumatique à 2,45 bars au manomètre. La plus forte pression provoque la perforation des deux couches de la bande ainsi que du clinquant. De nouveau, la structure stratifiée résultante présente une grande résistance au délaminage. Exemple 5 On répète les opérations de l'exemple 1, excepté que le clinquant est en cuivre d'une épaisseur de 0,08 mm, que la vitesse superficielle du cylindre est de 5 m/min et que la pression pneumatique est de 1,82 bar au manomètre, Dans la structure stratifiée résultante, le cuivre présente une série de perforations à travers lesquelles les deux bandes sont soudées l'une à l'autre. Exemple 6 On répète les opérations de l'exemple 5, excepté qu'on utilise un clinquant d'aluminium d'une épaisseur de 0,08 mm. La structure résultante présente une série de perforations à travers lesquelles les deux bandes fibreuses sont soudées l'une à l'autre. Exemple 7 On répète les opérations de l'exemple 5, excepté qu'on utilise un clinquant d'aluminium d'une épaisseur de 0,012 mm et qu'on applique une pression pneumatique de 1,4 bar au manomètre. La structure stratifiée présente une série de perforations à travers lesquelles les deux bandes fibreuses sont soudée l'une à l'autre. Exemples 8 et 9 On répète les opérations de l'exemple 2, excepté que les perforations du clinquant ont un diamètre de 0,5 cm avec un écartement des centres de O,9 cm,et de 0,5 cm avec un écartement des centres de 1,3 cm. Les structures stratifiées résultantes sont analogues à celles de l'exemple 2. Exemple 10 Cet exemple illustre l'utilisation de la structure stratifiée de la présente invention comme électrode ou plaque d'un accumulateur électrique. On recouvre un échantillon mesurant 10,0 cm sur 7,5 cm de la structure stratifiée de l'exemple 1 d'une ptte préparée avec 200 g d'oxyde de plomb, 13 ml d'acide sulfurique (densité de 1,40) et un peu d'eau par application d'une pression réduite. On place la structure 2 stratifiée, empâtée et séchée, qui comporte 0,166 g/cm2 d'oxyde de plomb, dans un petit accumulateur au plomb comme plaque positive, la plaque négative étant d'un type classique.On charge l'accumulateur à 0,2 ampère pendant 16 heures au bout desquelles il fonctionne comme accumulateur normal à une tension de 2 volts,qui est capable de conserver sa charge, de fournir un courant électrique et d'être rechargé Exemple 11 On prend un tissu à armure toile pesant 37,5 9/m2 et comprenant 60 fils par cm dans la chaîne et 41,5 fils par cm dans la trame (chaque fil se composant de 33 filaments de "Nylon" titrant 1,27 décitex) et on place deux couches du tissu de chaque côté d'un clinquant de plomb d'une épaisseur de 0,13 mm. On fait passer ce stratifié entre un cornet à ultrasons vibrant à raison de 20 kHz et une enclume ayant la forme d'un cylindre.Le cylindre présente une configuration de plots en forme de parallélogramme mesurant 1,8 x 0,33 mm disposés par rangées parallèles espacées de 1,35 mm les unes des autres, les rangées étant parallèles à l'axe du cylindre et les plots étant séparés de 1,9 mm les uns des autres. On fait tourner le cylindre à une vitesse périphérique de 5 m/min. Le cornet de travail présente une face d'une longueur de 200 mm et d'une largeur de 12 mm et est accouplé par un cornet amplificateur à une machine à souder par ultrasons du type "Dawe Series 4120. On pousse le cornet de travail contre le cylindre en appliquant une pression pneumatique de 2,03 bars au manomètre. A sa sortie d'entre l'enclume et le cornet, la structure stratifiée présente une bonne résistance au délaminage. Des trous ont été percés dans le plomb aux endroits situés à proximité des plots pendant le soudage et les fibres des quatre couches de tissus ont été soudées ensemble à ces endroits. Exemple 12 On réalise un stratifié en utilisant le tissu-et le clinquant de plomb de l'exemple 11 en disposant une couche de tissu de chaque côté du clinquant. On traite le stratifié par ultrasons avec la même machine à souder, le même cornet et la même enclume en forme de cylindre que ceux utilisés dans exemple 11, excepté qu'on applique une pression manométrique de 1,75 bar pour pousser le cornet de travail contre le cylindre. Le délaminage du stratifié est moins difficile que celui de l'exemple 11, mais, après délaminage, on constate que le tissu de "Nylon" est percé de trous en regard des trous du clinquant de plomb. Exemple 13 Une étoffe non tissée se composant de fibres du type à âme et gaine réparties au hasard et liées thermiquement comprenant une âme de polypropylène et une gaine de polyéthy 2 lène, présente un poids de 240 g/m On place une couche de cette étoffe de chaque côté d'un morceau de clinquant de plomb comme celui utilisé dans l'exemple 11. On traite les feuilles combinées par ultrasons comme dans l'exemple 11, mais on pousse le cornet en appliquant une pression manométrique de 3,36 bars. Le clinquant de plomb est perforé et les étoffes sont soudées ensemble à travers les perforations du clinquant de plomb. En outre, les étoffes semblent adhérer au clinquant de plomb. Lorsqu'on essaie de soumettre la structure résultante au délaminage, toute la structure se déchire au lieu de se séparer par couches. Exemple 14 On intercale un papier-filtre de fibres de verre 2 présentant un poids de 52 g/m (type G/FA) fourni par la Société Whatman Ltd) entre deux feuilles d'une étoffe liée par 2 fusion présentant un poids de 180 g/m . L'étoffe liée par fu- sion se compose entièrement de filaments conjugués du type à gaine et âme l'âme étant en poly(téréphtalate d'éthylène) et la gaine en un copolymère de poly(téréphtalate-isophtalate d'éthylène) (rapport molaire 85:15). On fait passer les feuilles combinées, qui ont une largeur de 15 cm, à une vitesse linéaire de 3 m/min dans une calandre Whiteland fonctionnant sous une pression hydraulique constante de 5,6 bars. Le cylindre supérieur de la calandre a une configuration piquée et est maintenu à une température de 195 C. Le cylindre inférieur est lisse et est maintenu à 1950C en fonctionnement. Le produit résultant est une structure stratifiée, dans laquelle une couche de fibres de verre est intercalée entre deux couches fibreuses d'étoffes non tissées dont les fibres des couches fibreuses externes traversent la couche de fibres de verre pour être soudées par fusion aux fibres de l'autre couche fibreuse externe aux endroits qui sont entrés en contact avec les plots ou cordons du cylindre piqué. Exemple 15 On répète les opérations de l'exemple 14, excepté que l'étoffe liée par fusion utilisée a été traitée par des par ticules de silice selon le procédé décrit dans le brevet britannique N0 1 408 082 précité, les cylindres supérieur et inférieur de la calandre étant maintenus à une température de 2000 et de 195 C,respectivement, et la largeur du stratifié étant de 23 cm. Exemple 16 On répète les opérations de l'exemple 15, excepté 2 qu'on utilise comme couche intermédiaire un papier (100 g/m constitué de fibres d'alumine polycristalline (vendu par la Société Imperial Chemical Industries Limited sous la marque déposée "SAFFIL"). Exemple 17 On intercale une feuille de papier-filtre cellulosique (qualité 1 fournie par la Société Whatman Ltd) présentant 2 un poids de 87 g/m entre deux feuilles de l'étoffe soudée par fusion utilisée dans l'exemple 14. On fait passer les feuilles combinées ayant une largeur de 21 cm dans une calandre Whiteland comportant des cylindres duplex maintenus à 2000C pour imprimer une configuration grossière analogue à de l'écorce Exemple 18 On intercale une feuille de papier-filtre de fibres de verre (type G/FA fourni par la Société Whatman Ltd) entre deux feuilles d'une nappe de fibres présentant un poids de 150 g/m2.La nappe se compose de filaments conjugués du type à âme et gaine (3,3 décitex) comprenant une âme de poly(téréphtalate d'éthylène) et une gaine d'un copolymère de poly(téréphtalate-isophtalate d'éthylène) (rapport molaire 85:15). On soude par points les feuilles combinées (d'une largeur de 13 cm) en utilisant une machine à souder à ultrasons Bronson, Type 4120, disposant d'une puissance de 1,2 kW avec un gain de 1,5:1. A un gain de 3:1, on utilise un cornet de travail en titane d'une longueur de 20 cm avec une-charge de haut en bas de 208,65 kg. Le cylindre de soudage (d'un diamètre de 5 cm et d'une longueur de 32 cm) présente des plots de soudage en forme de parallélogramme d'une longueur globale de 2 mm et d'une largeur de 0,33 mm. Les plots sont longitudinalement à une distance de 3,7 mm et circonférentiellement à une distance de 1,7 mm les uns des autres. Exemple 19 On prépare une bande fibreuse aiguilletée présen 2 tant un poids moyen de 72 g/m en utilisant une machine ando par un moyen classique. La fibre utilisée est une fibre homofil de téréphtalate de polyéthylène titrant 3,3 décitex et mesurant 50 mm de longueur. On intercale un morceau de clinquant de plomb d'une épaisseur de 0,13 mm entre deux couches de la bande. On fait passer ce stratifié entre un cornet de travail à ultrasons vibrant à raison de 20 kHz et une enclume ayant la forme d'un cylindre. Ce cylindre présente une configuration de plots en forme de parallélogramme mesurant 1,8 x 0,33 mm et disposés par rangées parallèles espacées de 1,35 mm, les rangées étant parallèles à l'axe du cylindre et les plots étant séparés d'une distance de 1,9 mm, ledit cylindre étant mis en rotation à une vitesse périphérique de 5 m/min. Le cornet de travail présente une face d'une longueur de 200 mm et d'une largeur de 12mm et est accouplé par un cornet amplificateur à une machine à souder par ultrasons "date Series 412O#. Le cornet de travail est poussé contre le cylindre par une pression pneumatique de 2,8 bars au manomètre. Les structures stratifiées des exemples 14 à 19 présentent une bonne résistance au délaminage. Il va de soi que la structure et le procédé décrits peuvent subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Structure stratifiée, -caractérisée en ce qu'elle se compose d'une feuille perforée de matière non thermoplastique intercalée entre deux feuilles de matière thermoplastique, lune de ces feuilles thermoplastiques étant soudée thermiquement à l'autre à travers les perforations de la feuille non thermoplastique. 2. Structure stratifiée selon la revendicatrion 1, caractérisée en ce que les feuilles de matière thermoplastiqùe sont constituées d'étoffes tricotées, tissées ou non tissées. 3. Structure stratifiée selon la revendication 2, caractérisée en ce que les étoffes contiennent au moins 20 % de fibres conjuguées potentiellemen-t adhésives. 4. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la feuille non thermoplastique est en métal. 5. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la feuille non thermoplastique est une étoffe. 6. Structure stratifiée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisée en ce que la feuille non thermoplastique est en papier. 7. Procédé de production d'une structure stratifiée, caractérisé en ce qu'il consiste (a) à perforer une feuille de matière non thermoplastique, (b) à intercaler la feuille non thermoplastique entre deux feuilles de matière thermoplastique, et (c) à soumettre les feuilles combinées à un traitement par lequel les deux feuilles de matière thermoplastique sont soudées thermiquement l'une à l'autre à travers les perforations de la matière non thermoplastique, l'étape (a) étant exécutée avant ou après l'étape (b) ou simultanément à l'étape (c). 8. Procédé selon la revendication 7,caractérisé en ce que l'étape (c) consiste à soumettre les feuilles combinées à des vibrations ultrasonores. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape (c) consiste à soumettre les feuilles combinées à la chaleur et à la pression. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les feuilles de matière thermoplastique sont des étoffes tricotées, tissées ou non tissées. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étoffe comprend au moins 20 % de fibres conjuguées potentiellement adhésives. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la feuille non thermoplastique est en métal. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la feuille non thermoplastique est une étoffe. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la feuille non thermoplastique est un papier. 15. A titre de produit industriel nouveau, une électrode pour accumulateur électrique, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un stratifié selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 16. Electrode pour accumulateur électrique, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par un procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 14. 17. Accumulateur électrique, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode selon la revendication 15 ou 16.