Brevet FR2619751A1 — publié le 19890303

Le secteur technique de la présente invention est celui des matériaux multicouches comportant une feuille métallique et un support thermoplastique, constituant une semelle ou peau externe, ou bien une âme pour panneaux sandwichs multicouches. Les panneaux sandwichs sont employés pour réaliser des structures possédant 9 la fois une grande rigidité et une faible masse. Leurs applications sont multiples : bâtiment, aéronautique, industrie aérospatiale, construction marine, transport, armement, etc.. Par ailleurs, les matériaux constitutifs peuvent être : des métaux (aluminium, titane, acier etc), des produits minéraux (béton alvéolaire, plâtre expansé ou non, etc), ou des matières plastiques (résines, composites organiques renforcés par fibres, etc..). Dans tous les cas, le panneau sandwich est le résultat de l'assemblage de deux semelles externe et interne constituées de matériaux å haute résistance mécanique et à haut module de déformabilité, de part et d'autre d'une âme de faible densité, jouant le rôle d'espaceur des semelles. Les deux semelles sont généralement réalisées å partir de tôles métalliques (Al, Ti, Acier etc..), ou de stratifiés constitués de couple résine + fibres (résines époxydiques, polyester, phénoliques, vinylester, thermoplastique, associées a des fibres de verre, de carbone, de kevlar), ou de feuilles extrudées et/ou calandrées (thermoplastiques ou autres), ou de plaques de bois (contreplaqués, etc..), ou d'associations de plusieurs des matériaux précités (tôle aluminium + contre-plaqué par exemple). Les ames alvéolaires du type nid d'abeilles sont utilisées dans les structures sandwiches. Aux nids d'abeilles connus jusqu'ici (aluminium, aramide, papier kraft, etc..) est venue d'ajouter récemment une nouvelle famille en matériau thermoplastique, qui offre des caractéristiques mécaniques sensiblement équivalentes 9 celles des matériaux actuels, mais à des coûts nettement plus faibles. La fabrication d'un panneau multicouche implique donc l'utilisation d'un certain nombre de matériaux en couche qu'il s'agit d'assembler, le plus souvent, par collage. Toutefois, l'utilisation de cette technique est tres diffici le à mettre en oeuvre lorsqu'on veut souder une plaque métal lique sur un support thermoplastique. Ce problème technique n'a été jusqu'a ce jour résolu qu'imparfaitement, et il est actuellement très difficile et parfois impossible de coller une feuille métallique sur une matière thermoplastique, tel) un nid d'abeilles, en dépit des avantages évidents de l'utilisation du métal dans les structures sandwiches. Par ailleurs, on sait assembler un nid d'abeilles thermoplastique et une semelle constituée par un voile fibreux tissé ou non. On chauffe l'embase des alvéoles du nid d'abeilles thermoplastique et on force du matériau ainsi ramolli à pénétrer à travers les fibres du voile. Ceci est obtenu industriellement par défilement d'une plaque en nid d'abeilles thermoplastique placée sur la laize du voile, entre des rouleaux chauffants convenablement réglés en vitess en écartement et en température. Par refroidissement, on obtient un accrochage mécanique à la base des alvéoles par coincement de la résine thermoplastique qui s'est glissée à l'état pâteux, å chaud, dans les interstices du voile.Cett technique n'apporte aucune propriété particulière au sandwich, hormis l'accrochage mécanique, qui permet de disposer de surfaces planes de part et d'autre du nid d'abeilles pouz faciliter les collages ultérieurs. L'invention vise la réalisation d'une semelle ou peau externe, sous forme d'un matériau multicouche, pour pai neau allégé multicouche, constituée par une plaque ou un fil métallique et un support en matière thermoplastique. L'invention a donc pour objet un matériau multico che pour panneau allégé, caractérisé en ce qu'il comporte ui feuille métallique adhérant à un support en matière thermoplastique par l'intermédiaire d'un film thermoplastique. La feuille métallique adhère au support par cofusion de celui-ci et du film thermoplastique. La feuille métallique est constituée par l'aluminium ou un alliage d'aluminium, l'acier ou le titane La feuille métallique se présente sous la forme d'un film d'épaisseur inférieure à 1 mm. Le support thermoplastique est choisi dans le groupe constitué, par exemple, par le polypropylène, le polyéthylène et ses copolymeres, les polycarbonates, les polymères acrylonitryle/butadiène/styrène, les polyamides, les polysulfones ou polyéthersulfones et les polymères à cristaux liquides. Le support se présente sous la forme d'une plaque en nid d'abeilles. La plaque en nid d'abeilles présente une épaisseur comprise entre 5 et 40 mm. Le matériau comprend un film d'aluminium de 0,2 mm d'épaisseur et une plaque de polypropylène en nid d'abeilles de 10 mm d'épaisseur. Le film thermoplastique est constitué par du polyéthylène ou du polyester thermoplastique. La feuille métallique est recouverte d'une couche fibreuse, tissée ou non, par exemple constituée de fibres de verre, de polyester ou de coton. L'invention concerne également un procédé de fabrication, original en ce que - on interpose entre la feuille métallique et le support un film thermoplastique, - on soumet l'ensemble à une pression comprise entre 105 et 106 Pa, pendant 1 à 5 secondes et à une température voisine de la température de fusion du support et du film thermoplastiques. Ainsi, les matières thermoplastiques créent lors de la cofusion une liaison rigide entre le support thermoplastique et le film métallique. Bien entendu, la fusion du film thermoplastique est totale, tandis que celle du support ther- moplastique ne concerne que sa couche superficielle. Le film thermoplastique de polyéthylène est préalablement déposé sur la feuille métallique. La feuille métallique est prise-en sandwich entre le film thermoplastique et une couche fibreuse tissée ou non. Un résultat de la présente invention réside dans l'obtention à l'échelle industrielle d'une semelle pour panneau sandwichs allégé, constituée par la liaison intime d'une plaque métallique et d'un support thermoplastique. Un autre résultat réside dans le fait que la liaison entre cette plaque métallique et le support n'évolue pas dans le temps. Un autre résultat réside dans la simplicité de mise en oeuvre industrielle du prodédé de fabrication selon l'invention sur des machines à rouleaux classiques. La présence de la feuille métallique apporte les avantages supplémentaires suivants : - elle constitue une barrière étanche qui arrête les flammes, les gaz, la lumière, les liquides et les agents agressifs, - l'isolation thermique est améliorée : en effet, le film thermoplastique est suffisamment mince et transparent pour que le rayonnement thermique soit réfléchi en majeure partie par la feuille métallique, - la feuille métallique soudée contribue à la résistance mécanique du panneau sandwich, et surtout améliore considérablement sa résistance au vieillissement : en particulier, elle constitue une barrière contre les agents de ruine des matériaux organiques tels les rayons ultraviolets destructeurs des liaisons chimiques, l'eau de diffusion et d'hydrolyse, les gaz (l'oxygène), les microorganismes, les produits pétroliers et les produits de décontamination. L'invention trouve une de ses applications chaque fois que l'on veut fabriquer industriellement une structure sandwiche, par exemple pour obtenir des parois de bâtiments, à masse surfacique inférieure à 10 Kg/m2. En particulier, on utilise une âme ou séparateur de structure multicouche constituée par un nid d'abeilles en matériau thermoplastique vendu dans le commerce. Ce nid d'abeilles est peu coûteux tout en offrant de bonnes caractéristiques mécaniques, analogues à celles des matériaux alvéolaires connus en alliage d'aluminium, en résine aramide ou phénolique, ou encore en papier. Dans l'invention, on met à profit-les propriétés de ce matériau nid d'abeilles jusqu'alors impossible à utiliser dans ce domaine technique, car non collable sur des semelles habituelles.De plus, ce nid d'abeilles est insensible à la corrosion et procure une bonne résistance au vieillissement. Le complément de description donné ci-après en relation avec la figure 1 unique illustre un exemple particulier de réalisation de l'invention. Un film poli 1 d'aluminium est rendu adhérant à une plaque 2 constituée d'un nid d'abeilles en polypropylène par l'intermédiaire d'une couche 3 de polyéthylène. Ces trois couches peuvent être utilisées séparément, mais on préfère utiliser un produit du commerce comprenant le film d'aluminium sur lequel est déjà fixé la couche de polyéthylène. On applique le film d'aluminium sur le nid d'abeilles, côté film polyéthylène, puis on soumet l'ensemble à une pression d'environ Z105 Pa et à une température de l'ordre de 2200C pendant 2 s. Par ce procédé, on réalise la fusion, à cette température, de la couche de polyéthylène et de polypropylène adjacent, qui crée une liaison rigide entre le film d'aluminium et le nid d'abeilles.On utilise une machine du type laminoir dans laquelle la température peut être ajustée, le temps de la réaction étant réglé en jouant sur la vitesse de rotation des rouleaux. Bien entendu, la couche de polyéthylène pourrait être déposée sur le nid d'abeilles sans modification notable du procédé avant introduction dans la machine. On peut également remplacer le film d'aluminium par un produit du commerce qui comprend trois couches superposées : une couche en coton, le film d'aluminium et la couche de polyéthylène. Selon l'application envisagée, ce film d'aluminium peut être remplacé par un film métallique quelconque par exemple en acier ou en titane. Ce film tricouche, une fois soudé, procure l'isolation thermique. En effet, le nid d'abeilles est par lui-même transparent à l'émission de chaleur par rayonnement. Disposé sur une face du nid d'abeilles, la feuille d'aluminium présente sa face polie recouverte du film mince de polyéthylène transparent, au rayonnement traversant les alvéoles du nid d'abeilles. I1 en résulte donc un-moindre échauffement de la face interne du matériau multicouche selon l'invention. D'autre part, comme indiqué précédemment, ce film métallique étanche et continu constitue une barrière aux agents d'agression. Les essais effectués ont montré que la liaison est réalisée quelle que soit la forme du support qui peut être, au lieu du nid d'abeilles utilisé, une plaque lisse de polyéthylène, de polycarbonate ou de polymère acrilonitrile/ butadiène/styrène. Les autres couches de la structure sandwich sont collées ou stratifiées sur le matériau selon l'invention de façon connue. Comme indiqué précédemment, on réalise la fusion du film thermoplastique et de la couche superficielle du support. La température de fusion varie donc suivant la nature de ce film et de celle du support. Compte tenu des essais effectués sur les matériaux disponibles dans le commerce, on a déterminé que le domaine de température dans lequel on opère se situait entre environ 150 et 2500C. I1 suffit donc que les points de fusion de ces matières thermoplastiques soient compatibles entre elles quant à leur point de fusion dans une plage de l'ordre de 100, sans que cela modifie sensiblement la qualité de la liaison rigide obtenue. REVENDICATIONS 1 - Matériau multicouche pour panneau allégé, ca ractérisé en ce qu'il comporte une feuille métallique (1) adhérant à un support (2) en matière thermoplastique par l'intermédiaire d'un film thermoplastique (3). 2 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille métallique (1) adhère au support (2) par cofusion de celui-ci et du film thermoplastique (3). 3 - Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que la feuille métallique est constituée par l'aluminium ou un alliage d'aluminium, l'acier ou le titane. 4 - Matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce que la feuille métallique (1) se présente sous la forme d'un film d'épaisseur inférieure à 1 mm. 5 - Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support thermoplastique est choisi dans le groupe constitué, par exemple, par le po lypropylène, le polyéthylène et ses copolymères, les polycarbonates, les polymères acrylonitryle/butadiène/styrène, les polyamides, les polysulfones ou polyéthersulfones et les polymères à cristaux liquides. 6 - Matériau selon la revendication 5, caractérisé en ce que le support se présente sous la forme d'une plaque en nid d'abeilles. 7 - Matériau selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque en nid d'abeilles présente une épaisseur comprise entre 5 et 40 mm. 8 - Matériau selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un film d'aluminium de 0,2 mm d'épaisseur et un nid d'abeilles en polypropylène de 10 mm d'épaisseur. 9 - Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le film thermoplastique est constitué par du polyéthylène ou du polyester thermoplastique. 10 - Matériau selon la revendication 9, caractérisé en ce que la feuille métallique est recouverte d'une couche fibreuse (4), tissée ou non, par exemple constituée de fibres de verre, de polyester ou de coton. 11 - Procédé de fabrication d'un matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que - on interpose entre la feuille métallique et le support un film thermoplastique (3), - on soumet l'ensemble à une pression comprise entre 105 et 106 Pa, pendant 1 à 5 secondes et à une température voisine de la température de fusion du support et du film thermoplastiques. 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le film thermoplastique de polyéthylène est préalablement déposé sur la feuille métallique. 13 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la feuille métallique est prise en sandwich entre le film thermoplastique et une couche fibreuse tissée Qu non.