Brevet FR2620378A1 — publié le 19890317

1, PANNEAUX COMPOSITES THERMOFORMES L'invention concerne un panneau composite thermoformé compor- tant au moins deux couches à base de fibres liées utilisable notamment comme écran thermique pour l'isolation d'éléments de moteur ou autres d'un véhicule automobile. Des panneaux composites à base de fibres minérales du type fibres de verre liées par une résine organique thermodurcissable ser. vent par exemple de baffles, de sous-capot, de garnitures intérieures de pavillons de véhicules automobiles. Ils sont fabriqués par thermo. formage d'un primitif, constitué par une ou plusieurs couches de fibres imprégnées d'un liant au plus partiellement polymérisé, revêtu au moins sur une de ses faces d'une feuille de parement, par exemple en tissu. De tels panneaux, d'épaisseur variable, sont rigides et présentent une bonne tenue mécanique. Toutefois, le risque de dégradation du liant or. ganique par décomposition thermique interdit leur utilisation auprès de pièces exposées en continu à plus de 300 C. De ce fait, de tels pan. neaux composites ne satisfont pas aux exigences requises pour un écran thermique protégeant par exemple un turbocompresseur, qui fonctionne pour des véhicules de tourisme à un peu plus de 700 C, un pot d'échap. pement catalytique dont l'efficacité maximale est obtenue avec des gaz à environ 700 C ou même pour le capotage par le dessous du moteur en vue d'une meilleure pénétration dans l'air du véhicule. Pourtant, de nombreuses fibres supportent de telles tempéra. tures. Citons par exemple les fibres de roche basaltique ou de laitier, les fibres de silicoalumineuses (fibres céramique), les fibres d'amian. te, etc... Les fibres de verre elles-mimes résistent sans problème à des températures voisines de 450 C. La difficulté est de trouver un liant satisfaisant, or pour de telles températures, il faut employer un liant minéral le plus souvent du type argileux tel qu'un silicate alca. lin, un silicate d'éthyle, un phosphate d'alumine ou encore de l'alumi. ne colloïdale. Ces liants sont efficients jusqu'à 700 - 1200 C mais malheureusement, les produits en forme obtenus sont assez friables et ne conviennent qu'à des applications statiques et non dans des milieux fréquemment en vibration tels des véhicules automobiles. L'invention a pour but un panneau composite thermoformé à ba. se de fibres liées résistant à haute température et présentant une bon. ne tenue aux vibrations. Le panneau composite selon l'invention est constitué au moins par une couche de fibres liées par un liant minéral, une feuille intercalaire en un matériau étanche à l'eau et à la vapeur d'eau et une couche de fibres liées par un liant organique polymérisé. De préférence, le panneau est revêtu sur ces deux faces ou au moins sur sa face froide d'une feuille d'aluminium. La feuille intercalaire étanche empêche l'eau libérée lors du formage par le liant minéral de pénétrer dans la couche de liant orga. nique ce qui nuirait à la polymérisation de la résine car cette réac. tion chimique de polymérisation conduit à un dégagement de molécules d'eau et ne se produit qu'après une phase de séchage. Les fibres liées par un liant minéral sont de préférence des fibres que nous qualifierons ultérieurement de "réfractaires", c'est à dire ayant une bonne tenue à plus de 300 C, par exemple du type fibres silicoalumineuses (fibres céramiques), fibres d'amiante, fibres de ro. che basaltique, fibres de laitier de haut fourneau, fibres d'aramides, fibres de verre, ou encore un mélange de ces différentes fibres. Leur résistance thermique à plus de 1000 C conduit à préférer plus parti. culièrement les fibres céramiques. A titre de liant minéral, on utilise plus particulièrement un silicate alcalin, silicate d'éthyle, silice ou alumine colloîdale, liants phosphatés notamment phosphate d'alumine ou phosphate de magnésie. Les dérivés silicatés sont plus particulièrement préférés dans la mesure o ils sont compatibles avec l'aluminium matériau conve. nant plus particulièrement pour former la barrière d'étanchéité entre les deux couches fibreuses. Les fibres liées par un liant organique polymérisé peuvent être choisies parmi le groupe de fibres réfractaires énoncé précédem. ment en choisissant de préférence celles de ces fibres qui sont le moins onéreuses et qui permettent d'obtenir une couche présentant une bonne résistance mécanique. On peut aussi utiliser des fibres végétales par exemple en coton ou en cellulose ou tout autre type de fibres natu. relies ou artificielles résistantes S des températures inférieures ou égales à 3000 C. De préférence, on utilise des fibres de verre produi- tes par centrifugation et étirage aux moyens de courant gazeux à haute température et à vitesse élevée conformément au procédé de fibrage dé. crit dans le brevet EP 91866, suivant une technique usuelle pour la fa. brication de matelas isolants; le liant organique étant pulvérisé sur les fibres dans la hotte de fibrage. Les matelas utilisés ont de préfé. rence une masse surfacique comprise entre 450 et 2000 g/m2. Le liant organique est thermodurcissable, de préférence du type résine urie-formol, formo-phénolique, mélanine-formol, résine phé- nolformaldêhyde modifiée ou non à l'urée, ou toute autre résine utili- sée dans l'industrie des.fibres de verre. Comme indiqué précédemment la barrière d'étanchéité à l'eau et â la vapeur d'eau disposée entre les deux couches de fibre est de préférence en aluminium, quoique des plaques souples de tôle emboutie puissent être employées. Côté fibres réfractaires, le liant minéral est en règle générale bien compatible avec l'aluminium ce qui assure un parfait collage. Côté face froide on emploiera par exemple une colle silicate si la température de cette interface est en continu supérieure à 250 C. Les feuilles de parement, par exemple en aluminium ou en inox, sont collées aux couches de matériaux fibreux de manière identi- que. Outre qu'elles confèrent au produit moulé un certain cachet esthé. tique, ces feuilles de parement protègent les couches de matériaux fibreux des salissures, de l'eau, de l'huile et des déchirures dues par exemple aux gravillons. De plus le produit moulé est ainsi plus agréa. ble au toucher pour les ouvriers chargés de sa mise en place. L'aluminium s'oxydant pour des températures supérieures -à 600 C, seule la face froide du produit sera revêtue pour les applications haute tem. pérature. Notons également que l'aluminium a un grand pouvoir réflé. chissant de la chaleur ce qui améliore l'efficacité de l'écran thermique constitué par le panneau composite. Le panneau composite est préparé par thermoformage en une passe d'un stratifié comportant successivement une feuille de parement par exemple en aluminium (facultatif), une nappe humide en fibres ré. fractaires imprégnée à coeur d'un liant minéral, une feuille étanche à l'eau et à la vapeur d'eau de préférence en aluminium, éventuellement une couche d'adhésif aluminium.laine de verre du type silicate, un ma. telas de fibres imprégné d'une résine organique à l'état non polymérisé et de façon facultative, une autre feuille de parement et son adhésif. Le formage est effectué avec un moule et un contre-moule porté à une température comprise entre 200 et 250 C, pendant une durée de 3 à 15 minutes, le stratifié étant soumis à une force de pression de l'ordre 2.620378 de 3 kg par cm2. Il est préférable d'utiliser une nappe en fibres réfractaires imprégnées d'un liant minéral ayant une teneur initiale en eau comprise entre 10 et 80 % et de préférence voisine de 30 %. Avec une teneur en eau inférieure à 10 %, la couche de fibres réfractaires est trop cas. sante pour être moulable; d'autre part pour des teneurs en eau trop importante, la quantité de vapeur qui se dégage au cours du formage est telle qu'étant donné la pression et lA température du moule, il se crée une force de contre.pression qui s'oppose à la fermeture du moule et le panneau obtenu après thermoformage présente un aspect non satisfaisant, avec des formes ne correspondant pas aux caractéristiques souhaitées. Pour une bonne polymérisation et conservation de la résine organique, celle.ci ne doit pas être en contact avec de la vapeur d'eau ou de l'eau liquide. La couche de fibres imprégnée de résine organique est donc protégée de la couche comportant un liant minéral par une feuille étanche, de préférence en aluminium, comme indiqué précédemment, cette feuille étanche permet l'obtention d'un produit composite présentant les avantages des fibres réfractaires imprégnées d'un liant minéral, c'est à dire essentiellement une bonne résistance aux températures élevées et les avantages des fibres liées par une ré. sine organique, c'est.à-dire essentiellement une bonne résistance mécanique. Pour obtenir un parfait scellage des bords, la couche de fi- bres réfractaires peut avantageusement ne pas s'étendre jusqu'aux limi. tes de la pièce composite mais s'arrêter à quelques millimètres voir quelques centimètres si une partie seulement de la pièce est suscepti- ble d'être exposée aux températures les plus élevées. Les fibres de verre ou les fibres végétales peuvent en effet être comprimées très fortement pour former des bords amincis ce qui n'est que partiellement vrai pour les fibres liées avec un liant minéral. De plus, le panneau a un comportement aux vibrations d'autant meilleur qu'il est léger et le liant minéral est l'élément qui contribue le plus au poids du panneau composite. Pour ces raisons et également pour des considérations finan. cières les panneaux composites peuvent ne comporter de couches en fi. bres réfractaires avec liant minéral que dans certaines zones choisies, les plus exposées aux hautes températures, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Des exemples de panneaux composites sont décrits ci.après. Exemplel: On fabrique un panneau plan destiné a servir d'éprouvettes, rectangulaire de 175 mm de long, 160 mm de large et de 1 cm d'épaisseur après moulage. Pour cela, on prépare un stratifié comportant l'empilement suivant: - une feuille d'aluminium de 0,1 mm d'épaisseur, * une nappe humide de 25 mm d'épaisseur à base de fibres céd ramiques dans la composition chimique desquelles entre après séchage 45 % de SiO2 et 49 % de A1203 (fibres "KERLANE 45", marque déposée de la société KERLANE). La nappe est imprégnée à coeur d'un mélange de silice et d'alumine colloTdale. La teneur en eau est de 30 %, la masse surfa- cique des fibres céramiques est de 6,5 kg/m2, celle du liant minéral de 1,4 kg/m2. une feuille d'aluminium de 0,05 mm d'épaisseur, un primitif formé de fibres de verre obtenues conformément au procédé de fibrage décrit dans le brevet EP 91866 et recueillies de manière classique pour les procédés de fabrication de matelas d'isola. tion, avec incorporation du liant au moment du fibrage (teneur en liant non polymérisé d'environ 17 %; résine du type résol modifiée à l'urée présentant un rapport moléculaire formaldéhyde, phénol d'environ 3). La masse surfacique des fibres de verre est de 1500 g/m2 et la teneur en eau de 3 %. une feuille d'aluminium de 0,1 mm d'épaisseur. Le stratifié est moulé en une passe dans une presse à butée avec un moule et un contre*moule parcourus par un fluide caloporteur qui assure un chauffage uniforme à 200 C. Le pressage est maintenu pendant 7 minutes. La pièce composite obtenue à un bel aspect. Les couches sont parfaitement collées les unes aux autres et la pièce a une bonne résis. tance aux vibrations. (Apres 6000 heures la perte de masse est infé. rieure à 1 %, si on soumet la pièce à des vibrations de 2 mm d'amplitude, sous une fréquence égale à 50 Hz. Exemple 2: On opère dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 1 mais cette fois pour le formage d'une pièce en forme destinée à re. couvrir la tête d'un pot d'échappement catalytique pour un véhicule au- tomobile. La pièce présente les caractéristiques recherchées. Exemple 3: On opère dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 2, mais cette fois avec une teneur en eau de la nappe céramique est égale à 300 %. La pièce n'est pas conforme au moule dans les zones les 6. plus fortement bombées. Exemple 4: On opère dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 2, mais cette fois avec une teneur en eau de la nappe céramique égale à %. La nappe céramique se détériore au cours du formage. Exemple 5: On opère dans le mêmes conditions qu'à l'exemple 2 mais en supprimant les feuilles de parement en aluminium. La pièce est conforme au gabarit. Seule la qualité esthétique du panneau est af. fectée. -# a2620378 REVENDICATIONS 1) Panneau composite moulé constitué par au moins une couche de fibres imprégnées d'un liant minéral, une feuille intercalaire en un matériau étanche i l'eau et à la vapeur d'eau et une couche de fibres imprégnée d'un liant organique. 2) Panneau composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fibres de la couche imprégnée d'un liant minéral sont choi- sies parmi le groupe des fibres silicoalumineuses, fibres d'amiante, fibres de roche basaltique, fibres de laitier de haut fourneau, fibres d'aramides, fibres de verre ou parmi un mélange de ces fibres. 3) Panneau composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fibres de la couche imprégnée d'un liant organique sont choisies parmi le groupe des fibres silicoalumineuses, fibres d'amian. te, fibres de roche basaltique, fibres de laitier de haut fourneau, fi- bres d'aramides, fibres de verre, fibres de celluloses, fibres coton ou parmi un mélange de ces fibres. 4) Panneau composite selon la revendication i caractérisé en ce que le liant minéral est choisi parmi le groupe suivant: silicate d'éthyle, silicate alcalin, silice colloïdale, alumine colloïdale, phosphate d'alumine, phosphate de magnésie. ) Panneau composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que la feuille intercalaire est en aluminium. 6) Panneau composite moulé selon la revendication 1, caracté.- risé en ce que le panneau est revêtu au moins sur sa face froide d'une feuille de parement, par exemple en aluminium. 7) Panneau composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que le panneau ne comporte de couche en fibres réfractaires que dans les zones du panneau susceptibles d'être exposées à.haute température. 8) Procédé d'obtention d'un panneau composite caractérisé en ce qu'on presse en une seule passe entre un moule et un contre-moule échauffé à une température comprise entre 100 et 250 C, un stratifié constitué par une nappe humide de fibres réfractaire imprégnées d'un liant minéral, une feuille intercalaire étanche, et un matelas de fi. bres de verre imprégné d'un liant organique thermodurcissable; les po. lymérisations du liant minéral et du liant organique étant achevées à la fin du thermoformage. 9) Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la. dite nappe humide a une teneur en eau comprise entre 10 et 80 %, et de préférence voisine de 30 %.