Brevet FR2380133A1 — publié le 19780908

La présente invention concerne un procédé nouveau pour fabriquer des pièces en carton thermoplastique formé ou embouti à chaud ; ce procédé évite aux pièces de Farder la plasticité à chaud du carton ayant servi à leur confection de plus elle permet d'apporter à ces pièces des qualités que ne possède pas le carton thermoplastique et une amélioration de celles qu'il possède :rigidité, stabilité à l'^umidité et à la température jusqu'à 1050 C en régime continu. L'invention concerne également, à titre de produits industriels nouveaux, les pièces en carton thermoformé ainsi obtenues. Les pièces suivant l'invention peuvent être utilisées dans les domaines les plus divers. Par exemple, on peut s'en servir dans l'industrie de l'automobile, notamment pour la garniture inté rieurs des portières, ou pour constituer la plage arrière ou le pavillon d'une voiture particulière. Suivant des procédas connus on utilise un carton, un panneau de fibres de bois ou de particules qui en plus de la cellulose habituelle contient rapport b axasse 3#,J à 80;5 d'une matière thermoplastique par exemple du polyéthylène en poudra en fibres ou en émulsion, du polystyrène en poudre ou en emulsion, de l'acétate ou du chloracétate de vinyle etc... On commence par préchauffer ce carton à la température de ramollissement de la matière thermoplastique, puis on llintroduit dans l'outil à'emboutissage, où on lui donne la forme désirée. Le préchauffage est rendu nécessaire pour ne pas ralentir exagérément les cadences de fabrication. Ce procédé connu présente l'inconvénient de donner aux pièces ainsi fa briquées, une certaine sensibilité à la température et un manque de stabilité dans le temps : déformation, modification des cotes, fléchissement sous charge, etc... de plus les caractéristiques mécaniques ne sont pas excellentes. Suivant une lioration connue de ces procédés, la tenue à la température est améliorée par addi tion de résines thermodurcissables au cours de la fabrication des panneaux ; cela présente l'inconvénient dans le cas des procédés humides d'être une source de poautjon et de limiter la quantité introduite sous peine de pertes importantes dans les eaux, dans le cas des procédés à sec d'avoir une répartition non homogène, dans tous les ccs une répartition non adéquate dans l'épaisseur. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et de réaliser des pièces en carton embouti ou formé à chaud qui possèdent une meilleure résistance à la chaleur, une meilleure résistance mécanique, une bonne tenue au feu, une grande rigidité, et éventuellement un aspect décoratif nouveau. Le procédé selon l'invention pour réaliser des pièces en carton embouti à chaud ou thermoformé consiste à introduire entre les outils male et femelle chauffés un empilage composite formé par la superposition - d'une ou plusieurs feuilles d'un papier ou carton thermoformable contenant une proportion convenable de matière thermoplastique, - d'un ou plusieurs éléments permettant de donner la tenue à chaud et une amélioration des qualités mé aniques, - d'un ou plusieurs éléments permettant d'obtenir des caractéristiques annexe comme l'ignifugntion, l'imperméabilité à l'eau etc... Le fait que le flan soit exécuté par une superposition de couches différentes permet suivant l'ordonnancement choisi d'obtenir les propriétés désirées en un endroit déterminé de l'épaisseur de l'empilage. Un autre avantage de cet empilage est de permettre de créer facilement une surépaisseur à l'endroit désiré. On voit en particulier que ce procédé permet d'utiliser des feuilles pratiquement sèches, c'est-à-dire dont la masse contient par exemple moins de 5% d'eau on évite ainsi au sein de la matière, la formation de bulles ou de cloques de vapeur d'eau qui, sinon, ne manqueraient pas d'apparaître si l'on chauffe l'outil d'emboutissage à une température élevée, par exemple de l'ordre de 170 C.De plus, il devient superflu de laisser sécher la pièce dans le moule, On comprend que l'empilage pratiquement sec utilisé selon l'invention permette - un formage précis, même suivant des formes compliquées, du fait que la matière thermoplastique (polyéthylène ou autre) des feuilles de papier ou de carton entre en fusion dans le moule et laisse la matière à basse densité fluer pour venir remplir les détails de l'empreinte de ce moule - de démouler sans attendre et sans risque de déformation du fait de lté- lément qui donne la tenue à chaud : la pièce est suffisamment dure, meme si la rigidité finale ne s'obtient qu'après réticulation totale et refroidissement du carton thermoplastique ; - la fabrication à des cadences industrielles rapides, puisqu'il ntest pas nécessaire de refroidir les pièces avant démoulage, ni de les laisser sécher dans le moule. Bien entendu, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut donner lieu à plusieurs variantes pratiques, notamment en ce qui concerne la constitution de l'élément permettant de donner la tenue à chaud. mn particulier, on peut prévoir a) l'introduction de résines, thermodurissables et/ou gardant leurs carton téristiques au moins jusqu a 1050 C, en poudre par pulvérisation sur une ou plusieurs des feuilles de papier ou de carton formant l'empilage. On peut aussi imprégner de ces résines, une feuille de papier buvard d'amiante, de verre de fibre synthétique (nylon, acétate ou acétochiorure de vinyle, polyestern acrylique) d'ouate, ou de mousse à cellule ouverte ; cette feuille doit être sèche au moment de l'introduction dans l'empilage. Cette feuille sert seulement de véhicule aux résines; elle peut se détruire au cours de la formation de la pièce. b) l'introduction de deux matières pouvant réagir à la température l'une sur l'autreS l'une pouvant être un simple catalyseur ou un porophore permettant la formation d'une mousse irysitu. exemple : isocyanate bloqué et polyester ; l'isocyanate est débloqué à 1500 C et peut réagir sur le polyester en donnant un polyuréthane. c) l'introduction de feuilles insensibles à la chaleur On peut intercaler des cartons, des panneaux de fibres voire du carton ondulé ou des mousses rigides dans le cas de pièces très épaisses. Ces produits ne pouvant être mis en forme, sont découpés avant d'être introduits dans l'empilement de façon à-éviter les surépaisseurs qui se formeraient dans les parties creuses. d) l'introduction d'éléments d'armature Pour conférer à la pièce une résistance mécanique particulière, on peut glisser dans l'empilage, avant emboutissage, une armature, constituée par des grilles ou des tissus en des matériaux résistant à chaud tels que du métal, des fibres de verre, ou encore des matières plastiques à point de ramollissement élevé. Bien entendu, le fait d'utiliser un empilage de feuilles permet d'introduire dans l'ensemble des feuilles possédant une découpe particulière, c'est-à-dire n'intéressant que certaines des zones de la pièce terminée. Celle-ci peut donc être renforcée ou surépaissie en certains endroits seulement, ce que ne permettaient pas les procédés connus à ce jour pour le thermoformage ou ltemboutissage du carton. l1'inalement, le procédé selon l'invention permet d'obtenir des pièces en carton (donc peu cobteuses), possédant les mêmes qualités de tenue à la chaleur, b l'humidité et aux efforts, que si elles avaient été réalisées entièrement en des matériaux plus coûteux tels que des matières plastiques stratifiées. Pour mieux comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre non limitatif, plusieurs exemples possibles de mise en oeuvre du procédé. -Exemple 1. On empile 4 feuilles de carton contenant 4C,XJ de fibres de polyéthylène, 50;0 de fibres cellulosiques, et 1 lO/ d'aoétochlorure de vinyle préchauffées à 1600 C. Les feuilles extérieures pèsent 250g/m2; les 2 feuilles intérieures pèsent 50Cg/m2. On intercale entre les feuilles extérieures et les feuilles intérieures, symétriquement deux feuilles de non tissé de 506|m2 imprégnées à lOCk de résine phé- nolique ou mélaminique pour lamifiés ; ces feuilles sont sèches et préchauffées à 1250 C. En variante on peut remplacer les feuilles imprégnées par une pulvérisation électrostatique de poudre à mouler phénolique d'environ 2Gû#m2. Or. emboutit l'ensemble de l'empilage dans un moule chauffé à 1750 C, la matière thermoformable se ramollit, se met en forme, et permet à l'ensemble de fluer jusque dans les détails de l'emprsinte, tandis que la résine thermodurcissable commence à se durcir. On ouvre le moule et on démoule la pièce qui reste en forme, tenue par la résine thermodurcissable. Cette dernière peut #?'ailleurs terminer son durcissement hors du moule, ce qui permet de travailler à cadence élevée. La pression et la chaleur dans le moule au cours du formage apportent - la liaison des différentes couches de i' empilage, par fusion de la matière plastique des papiers ou cartons - la réticulation des matières résistantes à la chaleur. Le moule possède un intervalle "poinçon-matrice" de 1,8 mm ce qui permet d'obtenir une pièce de densité voisine de 1. On peut profiter du caractère thermoscellable du carton polyéthylène pour décorer cette pièce avec un tissu ou une moquette enduits de polyéthylène au verso et préalablement thermoformés sur un moule correspondant à la pièce. On applique sous pression décor et pièce préchauffés l'un sur l'autre dans un moule froid. Exemple 2. On empile 4 feuilles de carton contenant 40,fó de fibres de polyéthylène et 60,f, de fibres cellulosiques préchauffées à 1600 C. Les feuilles extérieures pèsent 250g/m2, les deux feuilles intérieures 500g/m2. On intercale de chaque coté entre les feuilles extérieures et les feuilles intérieures deux papiers buvard de 80g/m2 imprégnés à 1 # d'un mélange Desmodur SP 100 parties Demosphen 600, 200 parties. On passe ltensemble dans le moule à une température de 1700 C. La matière thermoformable se ramollit, se met en forme et permet à lten- semble de fluer, simultanément le Desmodur AP se décompose en polyisocyanate et réa Eit sur le desmophen 600 pour donner un polyuréthane dur. Exemple 7. On empile 4 feuilles de carton thermoplastique, contenant 75 de fibres cellulosiques et 25#' de polystyrène précipité d'une Pmulsion,préchauffées à 1600 C. Les feuilles extérieures pèsent 250g/m2, les deux feuilles intérieures 500g/m2. On intercale entre les feuilles de 250g/m2 et celles de 5cOg/m2 des feuilles de carton haut module d'élasticité de 300g/m2 enduites d'un vernis à base d'acétate de vinyle et découpées pour éviter les plis. On passe l'ensemble dans le moule à une température de 1500 C. La matière thermoformable se met en forme et le carton rigide se trouve contrecollé en donnant à la pièce sa rigidité à chaud. Exemple 4. On empile 5 feuilles de carton thermoplastique contenant 5#o de fibres thermoplastiques et 50N de fibres cellulosiques préchauffées à 1600 C. Toutes les feuilles pèsent 250g/m2. On intercale entre les deux premières feuilles un carton à haut module d'élasticité découpé de façon à éviter les plis. On passe l'ensemble dans un moule grainé à une température de 1500 C. La matière thermoformable se met en forme en reproduisant le dessin du moule, le carton rigide donne la résistance à la pièce. La pièce sort ainsi décorée, il suffit d'un vernissage au pistolet pour qu'elle soit prête. Exemple 5. Pour une pièce comportant une grande partie plane et un caté de forme compliquée, on empile - 1 feuille de carton thermopl#tique comme celle de exemple 1 de 50 w m2 préchauffée - puis, sur la partie plane, un carton de 1,5mu - sur la partie à former : trois bandes de carton thermoplastique préchauffé de 500g/m2 en sandwich entre deux non tissés de 50g/m2 imprégnés de phénolique. puis, recouvrant le tout, une feuille de carton thermoplastique préchauffée comme la première. Le tout est pressé dans un moule avec un intervalle de 2,5mm. Zxemple 6. On peut incorporer à la pile de carton thermoformable, une ou plusieurs feuilles de non-tissé ou de buvard. imprégnées de sels ignifuges tels que du phosphate d'ammonium. En variante, on peut pulvériser ces sels ignifuges directement sur chaque feuille de carton thermoformable. Par exemple, on peut effectuer une pulvérisation électrostatique de 20% de phosphate d'ammonium par rapport au poids de carton thermoformable. Exssple 7. Snr une partie ou sur la totalité de la surface de la pièce, on peut incorporer à l'empilage une armature de renforcement, constituée par des matériaux peu sensibles à la chaleur, ou tout au moins ayant un point de ramollissement supérieur à 1000 C. Il peut s'agir en particulier - d'un grillage métallique - d'un tissu de verre - d'une plaque perforée en polyamide, en polyester, ou même en certains polypropylènes. Exemple 8. Le fait qu'on forme à chaud un empilage complexe, permet d'y introduire des produits conférant à la pièce une propriété particulière désirée. Par exemple, on peut incorporer à l'empilage, une feuille de polyéthylène, destinée à former barrière contre la vapeur d'eau. RZV-XEDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer des pièces en carton thermoformé par introduction d'une plaque entre les outils chauffants #le et femelle d'une presse, caractrisé en ce que cette plaque est un empilage composite formé par la superposition : - de plusieurs feuilles d'un papier ou d'un carton thermoformables de par leur constitution ;; - d'une ou plusieurs couches de produits simples ou de mélange3 réactifs à la chaleur qui, après l'action de la température et le refroidissement, donne des résines de module d'élasticité supérieur à 250 bars, ces valeurs de module étant conservées jusqu1à 1050C au moins, tandis que les feuilles de papier ou de carton empilées sont pratiquement sèches, la masse de ces feuilles contenant moins de 5# d'eau, si bien qu'après thermoformabe la pièce peut être démoulée immédiatement sans qu'il soit nécessaire de la laisser sécher dans le moule. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce quton intercale dans empilage au moins une feuille de papier contenant une ou plusieurs sortes de fibres de nature chimique différente de celle du carton de base (cellulose, verre, polyéthylène, polyester, nylon, etc...) imprégnées des produits prévus dans la revendication 1, le papier pouvant être remplacé par une mousse à cellule ouverte thermoscellable de par sa nature chimique. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quton intercale dans l'empilage au moins une feuille découpée de carton ordinaire, de façon à éviter les plis que ce carton ordinaire formerait dans les parties creuses. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications precédentes, caractérisé en ce qu'on intercale dans l'empilage une pièce d'armature constituée par une grille ou une feuille perforée en un zatériau résistant à chaud tel que du métal, des fibres de verre ou des matières synthétiques à point de ramollissement élevé. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quton incorpore à l'empilage au moins une couche de sels ignifugeants tels que du phosphate d'ammonium, l'introduction étant effectuée par pulvérisation des sezs sur une feuille de carton thermoformable ou par introduct-on dans l'empilage d'une ou plasieurs feuilles de papier buvard ou de non tissé imprégnées de ces sels. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quton incorpore dans l'empilage un ou des films de polyéthylène et éventuellement sur la ou les surfaces de empilage des films de polyéthylène ou de complexe polyéthyiène - nylon, polyéDhylène terphane, etc dans le but de servir soit de décor, soit d'accrochage pour un décor, soit d'anti-adhérent. 7. Pièce en carton thermoformé obtenue par la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est susceptible de supporter sans déformation une tempéra- ture de 1000C pen#dant 24 heures.