Brevet FR2634160A1 — publié le 19900119

La présente invention est relative à-des éléments composites de construction du type comportant au moins une matrice en matériau cellulaire, notamment mousse de polystyrène expansé et au moins une couche d'armature interne et/ou externe en contreplaqué. Des éléments composites de ce type sont par exemple décrits dans la demande de brevet européen EP-A-0164280 des déposants. Cette demande de brevet décrit également des procédés pour la réalisation de structures multidimensionnelles par formage etlou par assemblage de tels éléments composites. La présente invention se propose de réaliser des éléments composites présentant des propriétés mécaniques améliorées par rapport aux éléments composites de l'art antérieur ainsi qu'un procédé de fabrication de tels éléments composites permettant d'obtenir directement des structures complexes, notamment tridimensionnelles, sans avoir à mettre en oeuvre les opérations de découpe et d'assemblage prévues dans le procédé décrit dans la demande de brevet antérieure. Les éléments composites selon l'invention se caractérisent essentiellement par le fait que la ou les matrices sont réalisées en une mousse rigide présentant une résistance à la compression supérieure à Kg/cm2 et qu'ils comportent entre la ou les matrices en mousse rigide et la ou chacune des armatures en contreplaqué, une couche de transition en matériau composite mousse rigide/polyuréthane d'une épaisseur supérieure à celle de l'armature en contreplaqué associée et de préférence comprise entre 10 et 20 mm. Selon l'invention, les couches de transition en matériau composite sont obtenues en appliquant toutes les surfaces principales d'une matrice en mousse rigide, notamment en polystyrène expansé destinée à former l'âme de l'élément composite et devant recevoir une armature en contreplaqué, une quantité appropriée d'une résine polyuréthane, de préférence du type monocomposant préréticulé, la résine polyuréthane pénétrant sur une profondeur importante dans le réseau interstitiel formé dans les lacunes de la mousse rigide et constituant la couche de transition. Dans le cas où la mousse rigide est formée de polystyrène expansé, cette couche de transition est donc formée de billes de polystyrène entièrement revêtues et reliées entre elles par la résine polyuréthane une fois le durcissement de cette dernière réalisé. Pour obtenir l'épaisseur spécifiée ci-dessus de la couche de transition, on applique selon l'invention une quantité- de résine polyuréthane comprise entre environ 25 et environ 120 Z en poids de la matrice de mousse rigide. La ou les couches de transition, du fait des propriétés d'adhésicn du polyuréthane, réalisent la liaison entre la matrice et la ou les armatures en contreplaqué. Les propriétés mécaniques particulièrement remarquables des éléments composites selon l'invention ainsi obtenus, proviennent du fait que la couche de transition composite réalise entre la matrice en mousse rigide, notamment en polystyrène expansé et la ou chacune des armatures en contreplaqué, une transition à gradient de couplage, la quantité de polyuréthane dans le matériau composite de transition décroissant en effet prOgressivement entre la ou chacune des armatures en contreplaqué et la matrice. On doit donc bien comprendre que l'utilisation du polyuréthane selon l'invention n, a pas uniquement pour but d'assurer une fonction de collage entre la matrice et la ou chacune des armatures en contreplaqué, comme par exemple, dans le document antérieur mentionné précédemment, mais a pour but de réaliser entre la matrice et la ou chacune des armatures en contreplaqué une zone d'interface en matériau composite réalisant le gradient de couplage mentionné et accroissant de façon surprenante les propriétés mécaniques de l'ensemble. La matrice formant l'âme de l'élément composite selon l'inventior, est de préférence réalisée e un polystyrène expansé présentant un poids spécifique compris entre environ 15 et environ 25 kg/m3, et de préférence de l'ordre de 20 kg/m3. La ou chacune des armatures en contreplaqué présente de préférence une épaisseur comprise entre environ 4 et environ 10 mm, la ou les armatures en contreplaqué étant présentes dans l'élément composite selon l'invention de manière à représenter 50 à 75 % du poids total de l'élément fabriqué. La présente invention a également pour objet un procédé pour fabriquer de tels éléments composites, caractérisé par le fait que la ou chacune des matrices est réalisée par découpe d'un bloc de mousse rigide que l'on applique sur toutes les faces principales de la ou des matrices devant être recouvertes d'une armature de contreplaqué, la quantité appropriée de résine polyuréthane pour obtenir une couche de transition ayant l'épaisseur spécifiée, que l'on met en place la ou les armatures, que l'on replace l'ensemble des matrices et des armatures dans un moule constitué par les parties restantes du bloc de mousse rigide de départ, que l'on met en compression le moule pendant une durée comprise entre environ 5 minutes et environ 3 heures en fonction du temps de durcissement de la résine polyuréthane utilisée, après quoi l'on retire l'élément composite termIné du moule. On comprend que, selon l'invention, on réalise directement un élément composite qui peut former une structure tridimensionnelle et dont la forme est déterminée par la configuration de la ou des matrices obtenues par découpage du bloc de mousse rigide de départ, ce dernier constituant lors de la phase de durcissement du polyuréthane une contre-forme qui réalise, du fait de sa conformation complémentaire à celle de la ou des matrices, une parfaite répartition de la pression exercée pendant la phase de durcissement du polyuréthane, ainsi qu'un parfait maintien en place de la ou des armatures. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation nullement limitatifs en se référant au dessin annexé dans lequel - la figure I illustre un premier exemple de réalisation d'un élément composite selon l'invention, - la figure 2 illustre deux phases de mise en oeuvre du procédé pour la réalisation d'une pluralité d'éléments tels qu'illustrés à la figure 1, - les figures 4 à 6 illustrent trois autres exemples de réalisation d'éléments composites selon l'invention. On a illustré à la figure 1 un élément composite selon l'invention sous la forme d'un panneau de profil cintré. L'élément composite 1 illustré comporte une âme 2 constituée d'une matrice de polystyrène et deux armatures externes en contreplaqué constituant des peaux externes 3. Entre la matrice en polystyrène 2 et chacune des armatures 3 est réalisée une couche d'interface en un matériau composite polystyrène expansé!polyuréthane 4. Les figures 2 et 3 illustrent deux étapes d'un procédé de fabrication simultanée, selon l'invention, de plusieurs éléments composites du type de celui illustré sur la figure I. On part à cet effet d'un bloc parallélépipédique 5 en polystyrène expansé dans lequel l'on réalise une pluralité de découpes, notamment par la technique du fil chaud, de manière à constituer une pluralité de matrices, au nombre de quatre dans l'exemple illustré, 2a, 2b, 2c et 2d ayant chacune la forme et la dimension finale désirée (matrice proprement dite et zone (s) de matériau composite polystyrène expansé/polyuréthane). On réalise également dans le bloc 5 deux découpes supplémentaires 6 de manière à retirer deux zones de matière de part et d'autre respectivement des matrices 2a et 2d, l'épaisseur totale de ces zones correspondant à l'épaisseur totale des armatures devant être mises en place sur les matrices. On peut ainsi mettre en place comme illustré à la figure 3 dans les parties restantes Sa et 5b du bloc 5 de départ, après découpe, quatre ensembles constitués des matrices 2a, 2b, 2c, 2d revêtues chacune sur chacune de leurs faces principales des armatures 3 nécessaires de manière à constituer quatre éléments composites la, lb, lc, ld que l'on réalise simultanément en appliquant comme illustré sur les flèches de la figure 3, une pression de 0,3 Kg/cm2 pendant un temps de I heure pour réaliser l'adhérisation des armatures sur les matrices en polystyrène après mise en place de la quantité appropriée de résine polyuréthane pour former les zones de transition en matériau composite polystyrène expansélpolyuréthane 3, sur une profondeur de 10 mm environ. La figure 4 illustre un panneau plan armé constituant un second exemple de réalisation d'élément composite selon l'invention. L'élément désigné dans son ensemble par 10 comporte une pluralité de matrices en polystyrène expansé 11 de forme parallélépipédique et de section sensiblement carrée entre lesquelles sont disposées des armatures 12 en contreplaqué, des couches de matériau composite 13 polystyrène expansé/polyuréthane étant réalisées entre chaque matrice 11 et les armatures en contreplaqué correspondantes. L'élément composite comporte en outre sur ses faces principales et le cas échéant sur ses chants, des armatures externes en contreplaqué avec interposition d'une couche de matériau composite de transition. Ces armatures et ces couches de transition n'ont pas été représentées pour une plus grande clarté du dessin. La figure 5 illustre un autre exemple de réalisation d'un élément composite selon l'invention désigné globalement par 20, cet élément composite présentant une forme d'ensemble cylindrique et étant constitué d'une pluralité de matrices 21 en forme de secteurs de cylindre sur lesquelles sont fixées des armatures en contreplaqué 22, des couches de matériau composite polystyrène expansé/polyuréthane 23 étant réalisées entre chacune des armatures et la matrice correspondante. On a également illustré sur la figure 5 le bloc de polystyrène expansé qui sert selon l'invention de contre-forme lors de la fabrication de l'élément composite. L'élément 20 illustré comporte une armature périphérique en contreplaqué formant une peau externe (non représentée), celle-ci étant réalisée au cours de la même étape de moulage que celle illustrée à la figure 5, moyennant, comme dans le mode de réalisation des flgures 2 et 3, l'enlèvement dans le bloc de départ d'une zone correspondant à l'épaisseur de l'armature devant former la peau externe. L'élément 30 illustré à la figure 6 présente une forme triangulaire gauche formée par découpe dans un bloc de polystyrène expansé (non représenté) à la forme finale voulue d'une matrice de polystyrène expansé 31 sur toutes les faces de laquelle sont mises en place des armatures externes dont certaines seulement sont représentées en 32, des couches de matériau composite 33 polystyrène expansé/polyuréthane étant réalisées comme dans les modes de réalisation précédents entre les armatures 32 et la matrice 30. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir ni de son cadre, ni de son esprit. En particulier, bien que les différents exemples utilisent comme mousse rigide du polystyrène expansé, on peut utiliser selon l'invention d'autres mousses rigides présentant les propriétés mécaniques spécifiées, notamment des mousses de polystyrène ou de polyuréthane extrudées. REVENSICATIONS 1 - Elément composite de construction du type comportant au moins une matrice en matériau cellulaire et au moins une couche d'armature interne et/ou externe en contreplaqué, caractérisé par le fait que la ou les matrices sont réalisées en une mousse rigide présentant une résistance à la compression supérieure à 1 Kg/cm2 et qu'il comporte entre la ou les matrices (2, 11, 21, 31) et la ou chacune des armatures en contreplaqué (3, 12, 22, 32), une couche de transition en un matériau composite mousse rigide/ polyuréthane (4, 13, 23, 33) d'une épaisseur supérieure å celle de l'armature en contreplaqué associée, et de préférence comprise entre 10 et 20 mm. 2 - Elément composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la ou lesdites couches de transition sont obtenues par application d'une quantité de résine polyuréthane compris entre environ 25 et environ 120 % en poids de la ou des matrices. 3 - Elément composite selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la ou les armatures en contreplaqué représentent 50 à 75 % du poids total de l'élément. 4 - Elément composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la ou les matrices sont en polystyrène expansé d'un poids spécifique compris entre environ 15 et environ 25 Kg/m3. 5 - Procédé pour fabriquer un élément composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on réalise la ou chacune des matrices par découpe d'un bloc de mousse rigide (5) que l'on applique toutes les faces principales de la ou des matrices devant recevoir une armature de contreplaqué, une résine polyuréthane en une quantité comprise entre environ 25 et environ 120 Z en poids de la ou des matrices, que l'on met en place la ou les armatures, que l'on replace l'ensemble des matrices et des armatures dans un moule constitué par les parties restantes (5a, 5b) du bloc de mousse rigide de départ, que l'on met en compression le moule pendant une durée comprise entre environ 5 minutes et environ 3 heures en fonction du temps de durcissement de la résine polyuréthane, après quoi l'on retire l'élément composite terminé du moule.