Brevet FR2540785A1 — publié le 19840817

L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'un corps composite, comprenant un coeur de mousse de polyméthacry- limide et une couche de recouvrement, unie à ce coeur et faite d'une matière synthétique thermodurcissable, éventuellement renforcée de fibres, qui est fluide ou devient fluide avant la cuisson, par enduction du coeur de mousse avec la matière ther- modurcissable non durcie et cuisson de l'ensemble par chauffage à la température de durcissement Ces corps cop Dosites trouvent leur utilisation, en tant qu'éléments de construction légers, rigides et dotés d'une capacité de charge élevée dalns de nom- breux domaines de la technique, par exemple dane les industries aéronautique et automobile, dans la clnstruction navale, dans la fabrication de récipients de transport et d'autres applications similaires. D'après le procédé de la demande de brevet allemand 30 02 584, pour produire des corps composites de mousse, comprenant un coeur de mousse préalablement comprimée qui reprein ses dimensions ini- tiales parréexpansion au chauffage avec développement d'une pres- sion de moussage, et une couche de recouvrement en matière ther- modurcissable, on enduit le coeur de la matière en couche de recouvrement et on chauffe le tout dans un moule creux, ce qui provoque en même temps le développement d'une pression de moussa- ge dans le coeur et la cuisson de la couche de recouvrement Dans ce procédé, la nécessité de pré-comprimer la mousse du cceur est un inconvénient important. La fabrication d'un corps composite de mousse, comprenant un coeur de mousse de polyméthacrylimide, est décrite dans la demande de brevet allemand 28 22 884 D'après ce procédé, un coeur de mousse, produit par moussage à une température de 170 à 250 C 0, est enduit d'une matière synthétique thermodurcissable chargée de fibres, puis cuit à une température qui se situe au- dessus de 140 o O et au-dessous de la température de moussage du coeur de mousse utilisé Pour unir la couche de recouvrement au coeur de mousse, il faut appliquer une pression de compression extérieure Ce procédé ne convient sous réserve que pour la fabrication de corps composites dans un moule creux dont la cavi- té a un volume bien défini: en effet, après la fermeture du moule creux, il ne peut plus Atre appliqué de pression supplé- mentaire de compression. On connait, d'après la demande de brevet allemand 20 09 841, la fabrication de pièces moulées en mousse de polyméthacrylimide en un procédé de moussage en deux temps, consistant à fabriquer sans pression, dans la première phase de moussage, une préforme qui est transformée le cas échéant en ébauche oar usinage avec enlèvement de copeaux et qui reçoit sa forme définitive par ex- :_sion, en une seconde phase, par chauffage à température plus élevée dans un moule creux en plusieurs parties Il n'est pas question, dans ce procédé, de l'application simultanée d'une cou- che de recouvrement. Le but de l'invention est de fabriquer des corps composites comprenant un coeur de mousse de polyméthacrylimide, sans pré- compression de la mousse et sans application d'une pression de compression extérieure Il a été découvert que le but ainsi fixé pouvait àtre atteint si l'on utilisait, comme matière synthétique therrmodurcissable pour la couche de recouvrement, une matière dont les caractéristiques de durcissement sont adaptées aux ca- ractéristiques de moussage secondaire de la mousse de polymétha- crylimide de telle manière que sa température de cuisson se situe dans une gamme de température dans laquelle la mousse se ramollit et produit une pression de moussage d'au moins i bar, le corps comrposite étant chauffé, dans les limites de cette gamme, à une température telle que l'état fluide de la matière thermodurcissa- ble dure au moins jusqu'à ce -ue la mousse ait développé la pression de:oussage, la dilatation de la mousse étant empêchée par un moule creux qui l'entoure et qui est capable de résister à la pression de moussage. Il existe un grand nombre de matières synthétiques therrno- durcissables, dotées de caractéristiques de durcissement très différentes Elles se différencient par le niveau de leur tempé- rature de cuisson ou par la vitesse à laquelle la cuisson a lieu aux températures élevées Lorsqu'on utilise, pour la fabrication de la couche de recouvrement, une matière synthétique thermo- durcissable qui n'a pas été sélectionnée dans le sens de l'in- vention, on obtient des corps composites dont la liaison entre la mousse et la matière de la couche de recouvrement n'est pas satisfaisante. Un mode opératoire souvent appliqué pour la fabrication de corps composites en mousse consiste à produire tout d'abord un coeur de mousse qui présente, par rapport à la forme du corps à fabriquer, un sousdimensionnement qui correspond exactement à l'épaisseur de la couche de matière synthétique à appliquer Le coeur est revêtu de la matière synthétique thermodurcissable et placé dans un moule creux dont la cavité correspond exactement au corps composite que l'on-veut obtenir Etant donné qu'il n'est guère possible, en règle générale, d'appliquer en tout point du coeur la matière synthétique thermodurcissable avec exactement l'épaisseur prévue, le moule creux ne peut pas être fermé com- -olètement aussitôt après la mise en place du coeur revêtu et doit tout d'abord se produire des processus d'écoulement, à par- tir des régions o l'enduit a été appliqué en excédent, vers les régions d'insuffisance Des essais effectués sur des pièces-mou- lées définitivement durcies ont montré qu'il ne se produit une union suffisamment solide entre le coeur et la couche de recou- vrement que dans lesdites régions excédentaires, ce qui peut être attribué à la pression de compression qui s'exerce à la fermeture du moule creux et à la répartition de la matière synthétique thermodurcissable à l'état fluide Par contre, dans les régions d'insuffisance à l'origine, il ne se crée pas d'union satisfai- dante entre le coeur et la couche de recouvrement Il reste des bulles et des poches entre le coeur et la couche de recouvrement, ainsi qu'à l'intérieur de la couche de recouvrement elle-même, lorsque celle-ci est faite de plusieurs épaisseurs On a observé ces défauts, aussi bien à des températures de durcissement relativement basses qu'à des températures relative- ment élevées Dans le premier cas, il se produit un durcissement sans qu'intervienne, dans lesdites régions d'insuffisance, une pression de compression produisant l'union intime entre la mousse et la couche de recouvrement Dans le second cas, le coeur déve- loppe certes une pression de moussage, mais celle-ci n'intervient qu'à un moment o la couche de recouvrement est déjà suffisamment durcie-pour qu'elle ne puisse plus s'adapter aux contours du mou- le creux sous l'effet de la pression de moussage, ce qui fait que l'union entre la couche de recouvrement et le coeur est détruite par des poches et des bulles. C'est pourquoi il est d'une importance décisive, pour le procédé de l'invention, que le processus de cuisson soit mis -en harmonie avec la formation de la pression de moussage D'après l'invention, il s'offre à cet effet plusieurs voies qui reposent toutes sur le fait que le coeur de mousse développe une pression de moussage suffisante, tant que la matière synthétique thermo- durcissable est fluide En combinaison avec la résistance du moule creux qui entoure la pièce, la pression de moussage presse la couche de recouvrement et produit une liaison intime et for- tement adhérente avec le coeur de mousse. Lorsqu'on doit utiliser, en tant que matière pour le coeur, une certaine mousse de polyméthacrylimide, pour des raisons tech- niques qui sont fixées par les caractéristiques spécifiées du corps composite à fabriquer, on commence par déterminer la tempé- rature à laquelle cette mousse développe une pression de moussage suffisante Pour la couche de recouvrement, on peut alors utili- ser des matières synthétiques thermodurcissables qui, à la tem- pérature ainsi déterminée, restent fluides pendant 2 mn au moins, de préférence pendant 10 mn a-; moins, avant de durcir complète- ment A l'inverse, c'est la matière de la couche de recouvrement qui peut être spécifiée pour des raisons techniques Dans ce cas, on détermine la gaminme de température dans laquelle cette matière reste fluide pendant le laps de temps nécessaire pour durcir ensuite La mousse est choisie, sur la palette des mousses de polyméthacrilimide disponibles, de telle manière qu'à cette température, elle développe une pression de moussage suffisante. L'harmonisation entre les matières de la couche de recouvre- ment et du coeur oeut être facilitée si l'on abaisse la gamme de température dans laquelle la mousse développe une pression de moussage en y incorporant un agent plastifiant, en particulier l' eau Par ailleurs, le chauffage du coeur peut être accéléré par traitement par les micro- ondes, dans la mesure o le coeur contient des additifs qui absorbent les micro-ondes L'eau con- vient également à cet effet. Des procédés connus permettent de préparer des mousses de polyméthacrylimide possédant des caractéristiques différentes, en particulier des poids spécifiques différents, des résistances à la compression différentes, etc Leur préparation est décrite par exemple dans les brevets GB 994 725 et 1 045 229, DE 1 817 156, DE 2 047 087, ainsi que dans les demandes de brevet DE 27 26 259 et 27 26 260 Ces mousses développent une pression de moussage de 1 bar ou plus lorsqu'elles sont chauffées à une température qui se situe au-dessus de la température de moussage appliquée pour leur préparation Si la mousse a été préparée par exemple à 170- 18020, elle se ramollit de nouveau aux alentours de cette tempé- rature et elle atteint, à 180 1909 C, une pression de moussage d'environ 1 bar Par contre, s'il a déjà été appliqué pour leur préparation une température de moussage de 20020, il faut que la mousse soit chauffée à 210-2200 C pour qu'elle développe une pres- sion de moussage On peut toutefois abaisser ultérieurement la température à laquelle se produit une pression de moussage en in- corporant dans la mousse un additif plastifiant qui convient à oet effet. L'eau est particulièrement appropriée dans une proportion de 0,1 à 30 % en poids Par abandon de la mousse de polymxthacrylimide à l'air dans des condi- tions d'humidité relative élevées, il est absorbé jusqu'à 30 % en poids d'eau, ce qui fait que la température de moussage secondaire peut être abaissée de façon appréciable, dans le cas extrême jusqu'à la température d'ébullition de l'eau On peut citer par exemple, comme autres additifs plastifiants, le formamide, le diméthylformamide et l'acétamide, que l'on peut également faire diffuser à l'intérieur de la mousse par le moyen de la phase vapeur. Par augmentation de la température et de la durée du chauf- fage, la pression de moussage peut être élevée à des valeurs pouvant atteindre 10 bars environ, ce qui peut être avantageux pour la fabrication de corps composites de forme compliquée ou revêtus d'une couche épaisse. Par matières synthétiques thermodurcissables, on désigne des résines qui sont liquides, pâteuses ou solides à la tempéra- ture ambiante et qui, au chauffage, restent tout d'abord dans un état fluide, mais visqueux, pour se transformer progressivement en une matière synthétique dure, non fusible Les résines qui, à des températures se situant au-dessous de 150 C, prennent déjà, en moins de 2 mn, un état o elles ne sont plus fluides, ne con- viennent pas pour le procédé de l'invention Après la perte de leur fluidité, les résines ne sont pas tout de suite dures, mais elles passent tout d'abord dans un état gélatineux S'il est exercé des forces de déformation alors qu'elles sont dans cet état, on obtient au durcissement complet une matière qui ne pos- sède pas de propriétés de résistance utilisables Tl est donc important que tous les processus de fluage et de formage, lors de l'action de la pression de moussage sur les couches de recou- vrement, soient achevés avant que la résine ne soit passée de l'état fluide à l'état gélatineux ou durci. Les matières synthétiques thermodurcissables typiques, qui conviennent pour le procédé de l'invention, appartiennent au groupe des résines aminoplastes, des résines époxy, des résines de polyester, des résines phénoliques et des résines imides. Pour certaines d'entre elles, les résines sont disponibles dans le commerce, en combinaison avec des fibres de renfort, sous la forme de ce qu'on appelle des "feuilles préimprégnées" Les fibres peuvent être par exemple en verre, en carbone, en laine minérale ou être des fibres textiles naturelles ou synthétiques et elles peuvent être contenues dans la résine à l'état libre ou fixé sous forme de tissu, de treillis, de tricot ou de nappe. En règle générale, de tels matériaux en feuille sont imprégnés de 0,4 à 6 fois leur poids de fibres et ils peuvent être appli- qués à plat sur le coeur, le cas échéant en plusieurs couches. En règle générale, le coeur de mousse est complètement en- touré d'une couche de la matière synthétique thermodurcissable, mais cela n'est pas essentiel pour l'invention Au contraire, le coeur peut rester dénudé par endroits De même, différentes par- ties de coeur, éventuellement non contiguës entre elles, peuvent être intégrées en un corps profilé et être unies entre elles par des couches de la matière synthétique thermodurcissable. L'ensemble formé du coeur et de la matière de recouvrement en couche appliquée sur celui-ci reçoit sa forme définitive lors de la cuisson dans un moule creux Celui-ci doit résister à la pression de moussage sans déformation appréciable, à moins qu'une telle déformation soit prévue délibérément pour lui donner sa forme définitive Dans ce cas également, la contre-pression du -matériel de moulage doit être suffisante pour garantir-la densi- fication et la fixation nécessaires de la matière de la couche de recouvrement. La cavité du moule creux fermé détermine la forme définitive du corps composite En règle générale, le moule creux peut être séparé en plusieurs parties, de telle manière qu'il puisse être détaché sans difficultés du corps moulé fini Avec des corps mou- lés simples, sans contre-dépouilles, il suffit d'utiliser un moule en deux parties qui sont assemblées solidement pendant le proces- sus de durcissement On peut placer dans le maoule creux des pri- sonniers qui s'unissent au corps composite lors de la cuisson. Le moule est pré-traité de telle sorte qu'il puisse être facilement détaché de la matière d'e la couche de recouvrement cuite Mais le moule creux peut aussi faire partie du corps compo- site et, dans ce cas, il est opportunément uni par adhérence à la matière de la couche de recouvrement Par exemple, un coeur de mousse rond peut être revêtu de la matière synthétique thermo- durcissable, introduit dans un manchon tubulaire et être cuit dans celuici Mais le moule creux intégré dans le corps compo- site n'a pas besoin d'être rigide Il suffit par exemîle d'un tuyau flexible de tissu poreux ou treillis fibreux, présentant une résistance suf- fisanteà la pression, quiestinprégné de la matière synthétique ther-. modurcissable à la manière d'une feuille préimprégnée Le coeur de mousse est inséré dans ce tuyau et le tout est chauffé, la pression de moussage étant absorbée par le tuyau flexible. L'ensemble formé du coeur de mousse et de la matière syn- thétique thermodurcissable est chauffé, dans le moule creux, à la température de durcissement qui se situe par exemple dans la gamme de 180 à 2502 C Le coeur n'a pas besoin d'être chauffé dans sa totalité et il suffit qu'une couche de 10 à 30 mm d'épaisseur soit amenée à produire une pression de moussage Cela dure 10 à mn en règle générale La durée du chauffage peut être abrégée considérablement si l'on fait agir en même temps sur l'ensemble un rayonnement à micro-ondes, d'une longueur d'onde de-2450 IOEZ par exemple Un tel rayonnement n'est guère absorbé par un poly- méthacrylimide pur Mais si la mousse contient des additifs qui absorbent le rayonnement, comme par exemple de l'eau, elle s'échauffe rapidement et peut atteindre-la température de moussa- ge en quelques secondes ou minutes Si la matière synthétique thermodurcissable est chauffée elle aussi par le rayonnement à microondes, on peut même se passer complètement de toute autre source de chaleur Dès que le durcissement de la matière synthé- tique thermodurcissable est achevé, on laisse refroidir le corps composite dans le moule creux et on l'en extrait après qu'il s'est refroidi à une température à laquelle il ne se produit plus de déformations indésirables. 254 È 785 REVENDICATIONS 1 Procédé pour la fabrication d'un corps composite comprenant un coeur de mousse de polyméthacrylimide et une couche de recou- vrement, unie à ce coeur et faite d'une matière synthétique ther- modurcissable, éventuellement renforcée de fibres, qui est fluide ou devient fluide avant la cuisson, par revêtement du coeur de mousse avec la matière synthétique thermodurcissable non durcie et cuisson de l'ensemble par chauffage à la température de cuis- son, caractérisé en ce qu'il est utilisé une matière synthétique thermodurcissable dont la température de cuisson se'situe dans 1 o une gamme de température dans laquelle la mousse se ramollit et produit une pression de moussage d'au moins 1 bar, en ce que l'ensemble est chauffé, dans les limites de cette gamme, à une température telle que l'état fluide de la matière synthétique thermodurcissable dure au moins jusqu'à ce que la mousse ait déve- lopé la pression de moussage, et en ce que la dilatation de la mousse est empêchée par un moule creux qui l'entoure et qui est capable de résister à la pression de moussage. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilisé une mousse contenant un additif plastifiant qui abaisse la gamme de température dans laquelle la mousse se ramol- lit et développe une pression de moussage. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilisé une mousse contenant un additif absorbant le rayon- nement dans la gamme des micro-ondes, et en ce qu'on fait agir un rayonnement à micro-ondes sur l'ensemble pendant la cuisson de la matière synthétique thermodurcissable, ce qui accélère le chauffage de la mousse à une température à laquelle elle se ramollit et développe une pression de moussage. 4 Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la mousse contient 0,1 à 30 % en pcids d'eau, en tant qu'ad- ditif plastifiant et qu'additif absorbant les micro-ondes. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que la cuisson est effectuée dans un moule creux en plusieurs parties qui est détaché du corps composite après l'achèvement de la cuisson et après un refroidissement au moins partiel. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cuisson est effectuée dans un moule creux qui se fixe par adhérence à la matière synthétique thermo- durcissable et qui fait partie du corps composite. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moule creux est fait d'un tissu poreux ou d'un treillis de matiè- re en fibres, qui est imprégné de la matière synthétique thermo- durcissable.