Brevet FR2690379A1 — publié le 19931029

La présente invention concerne une tôle sandwich. Les tôles sandwichs sont utilisées en particulier pour la fabrication d'éléments de carrosserie de véhicu- les ou de panneaux d'habillage d'appareils ménagers. Les tôles sandwichs ont des propriétés d'amortis- sement des vibrations qui sont mises à profit en particu- lier pour réduire la propagation du bruit. On connaît déjà dans l'état de la technique des tôles sandwichs comportant deux tôles métalliques exter- nes entre lesquelles est intercalée une couche de polymè- re Lorsque la tôle sandwich vibre, elle est soumise à des flexions alternatives La couche de polymère interca- lée entre les tôles métalliques amortit les contraintes de flexion auxquelles est soumise la tôle sandwich en les convertissant, en partie, en contraintes de cisaillement. Pour augmenter la capacité d'amortissement des tôles sandwich, il est connu d'ajouter entre les deux tôles métalliques externes des tôles métalliques internes intercalées entre deux couches de polymère. Ceci a pour inconvénient qu'en augmentant la capacité d'amortissement de la tôle sandwich on augmente notablement l'épaisseur et le poids de cette tôle. L'invention a pour but d'obtenir des tôles sandwichs légères et peu épaisses ayant un coefficient d'amortissement élevé. A cet effet l'invention a pour objet une tôle sandwich comprenant deux tôles métalliques externes entre lesquelles sont intercalées des couches de matériaux internes, caractérisée en ce qu'elle comporte un nombre impair, au moins égal à trois, de couches de polymères intercalées entre les deux tôles métalliques, deux couches adjacentes quelconques comportant des polymères de modules d'élasticité différents. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: des couches de polymères de module d'élasticité faible alternent avec des couches de polymères de module d'élasticité élevé, les couches de polymères adjacentes à une des tôles métalliques externes comprenant un polymère de module d'élasticité inférieur à celui du polymère de la couche suivante. Suivant un premier mode de réalisation de l'in- vention: la tôle sandwich comporte trois couches de polymères intercalées entre les deux tôles métalliques externes, les deux couches intermédiaires disposées de part et d'autre de la couche centrale comportant un polymère identique; le module d'élasticité de la couche centrale est dix fois supérieur à celui des couches intermédiai- res, pour des températures inférieures ou égales à la température ambiante; les deux couches intermédiaires ont une tempé- rature de transition vitreuse voisine de la température ambiante et inférieure à la température de transition vitreuse de la couche centrale; la tôle sandwich comporte une couche centrale de polyéthylène téréphtalate et deux couches intermédiai- res d'éthylène-acétate de vinyle ou bien la tôle sandwich comporte une couche centrale de polychlorure de vinyle et deux couches intermédiaires d'éthylène-acétate de vinyle; Suivant un second mode de réalisation de l'inven- tion: la tôle sandwich comporte cinq couches de polymères intercalées entre les deux tôles externes, certaines couches comportant un premier polymère de module d'élasticité faible, les autres couches comportant un deuxième polymère de module d'élasticité élevé, les couches de module d'élasticité faible alternant avec les couches de module d'élasticité élevé; la tôle sandwich comporte en alternance des couches de polymères de température de transition vi- treuse voisine de la température ambiante et des couches de polymère de température de transition vitreuse beau- coup plus élevée que la température ambiante; les couches de module d'élasticité faible comprennent de l'éthylène-acétate de vinyle, et les couches de module d'élasticité élevé comprennent du polyéthylène téréphtalate. Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits ci-dessous en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une tôle sandwich selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est un diagramme montrant, d'une part, les courbes de variation du module d'élasticité en fonction de la température de la tôle sandwich de la figure 1 et des polymères utilisés dans cette tôle, et d'autre part, les courbes de variation du coefficient d'amortissement en fonction de la température de ces polymères; la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une tôle sandwich selon un second mode de réalisation de l'invention. On voit sur la figure 1 une tôle sandwich selon un premier mode de réalisation de l'invention désigné par la référence générale 10 Cette tôle sandwich 10 comporte deux tôles métalliques externes 12,14 identiques La première tôle métallique 12 délimite la face supérieure de la tôle sandwich 10, en considérant la figure 1, et la seconde tôle métallique 14 délimite la face inférieure de la tôle sandwich 10. Trois couches de polymères 16,18,20 sont interca- lées entre les deux tôles métalliques 12,14. La couche centrale 20, intercalée entre les couches intermédiaires 16,18, est constituée d'un poly- mère d'un premier type dont les propriétés seront décri- tes ultérieurement Les couches intermédiaires 16,18 sont constituées d'un même polymère d'un deuxième type dont les propriétés seront décrites ultérieurement. Les couches 16,18,20 de polymères sont caractéri- sées en particulier par leur module d'élasticité a et par leur coefficient d'amortissement y Sur la figure 2 on a représenté un diagramme ayant un axe des températures T en abscisses et deux axes en ordonnées Le premier axe des ordonnées, à gauche en considérant la figure 2, est l'axe des modules d'élasticité a Le deuxième axe des ordonnées, à droite en considérant la figure 2, est l'axe des coefficients d'amortissement À. Sur ce diagramme, on a représenté les courbes 22,24 de variations du module d'élasticité a en fonction de la température T, dans le cas du polymère du premier type constituant la couche centrale 20 (courbe 24) et dans le cas du polymère du deuxième type constituant les couches intermédiaires 16,18 (courbe 22). Pour des températures inférieures ou égales à la température ambiante, le polymère de la couche centrale a un module d'élasticité nettement supérieur au module d'élasticité du polymère des couches intermédiaires 16,18 de la tôle sandwich. On a également représenté sur ce diagramme les courbes 26,28,30 de variations du coefficient d'amortis- sement i en fonction de la température T, dans le cas du polymère de la couche centrale 20 (courbe 28), dans le cas du polymère des couches intermédiaires 16,18 (courbe 26), et dans le cas de l'ensemble de la tôle sandwich 10 (courbe 30) Les propriétés mécaniques du polymère constituant la couche centrale 20 se distinguent de celles du polymère constituant les couches intermédiaires 16,18, et seront explicitées ci- dessous en considérant les courbes qu'on vient de mentionner. En considérant les courbes 22,24 d'évolution du module d'élasticité a en fonction de la température T, on constate que la valeur du module d'élasticité a d'un polymère chute de façon très importante lors du passage par la température de transition vitreuse TV 1,TV 2. Cette température correspond à la température du polymère au delà de laquelle des mouvements de segments de macromolécules deviennent possibles Le passage de la température de transition vitreuse affecte donc notable- ment le comportement mécanique du polymère. Le polymère de la couche centrale 20 a une tempé- rature de transition vitreuse TV 1 supérieure à la tempé- rature de transition vitreuse TV 2 du polymère des couches 16,18 intermédiaires. Comme on peut le voir en considérant les courbes 26,28 d'évolution du coefficient d'amortissement ' en fonction de la température T, l'amortissement est maximal après le passage par la température de transition vi- treuse TV 1,TV 2. Le polymère des couches intermédiaires 16,18, a une température de transition vitreuse TV 2 voisine d'une température de l'ordre de 20 qui sera appelée par la suite température ambiante Le polymère de la couche centrale 20 a une température de transition vitreuse TV 1 très élevée par rapport à la température de transition vitreuse des couches intermédiaires. De cette façon, au voisinage de la température ambiante, les capacités d'amortissement de la tôle sandwich 10 sont dues pour l'essentiel au coefficient d'amortissement élevé du polymère des couches intermé- diaires 16,18 enserrant la couche centrale 20 Pour des températures élevées, les capacités d'amortissement de la tôle sandwich 10 sont dues pour l'essentiel au coeffi- cient d'amortissement élevé du polymère de la couche centrale 20. Comme on peut le voir en considérant la courbe 30 d'évolution du coefficient d'amortissement r de la tôle sandwich 10 en fonction de la température T, le coeffi- cient r d'amortissement a une valeur élevée sur un large intervalle de température dont les bornes inférieure et supérieure correspondent à peu près l'une à TV 2 et l'autre à TV 1. Pour des températures inférieures ou égales à la température ambiante, les couches intermédiaires 16,18 ont un coefficient d'amortissement élevé et sont soumises à des contraintes de cisaillement imposées par les tôles métalliques 12,14 et la couche centrale 20 rigide. Le polymère de la couche centrale 20 a de préfé- rence un module d'élasticité dix fois supérieur à celui du polymère des couches intermédiaires 16,18, pour des températures inférieures ou égales à la température ambiante. On donnera ci-dessous des exemples de tôles sandwichs comportant deux tôles métalliques externes 12,14, une couche centrale 20 d'un polymère d'un premier type et deux couches intermédiaires 16,18 d'un polymère d'un deuxième type. Exemple 1 épaisseur matériau (en mm) T i tôles métalliques 0,35 acier externes couche 0, 2 polychlorure centrale de vinyle (PVC) couches 0,1 éthylène-acétate intermédiaires de vinyle (EVA) Exemple 2: épaisseur matériau (en mm) 1 tôles métalliques 0,35 acier externes couche 0,098 polyéthylène centrale téréphtalate (PET) couches 0,1 éthylène-acétate intermédiaires de vinyle (EVA) La couche centrale 20 de la tôle sandwich 10 peut être constituée d'autres types de polymères, par exemple le polypropylène (PP), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou le polyamide 6-6 (PA 6-6). De même d'autres types de polymères peuvent constituer les couches intermédiaires 16,18 On choisira le polymère des couches 16,18 parmi ceux qui ont un coefficient d'amortissement élevé au voisinage de 200 (température ambiante), par exemple parmi les polyuré- thannes (PUR) ou les polyéthylènes (PE). La tôle sandwich peut être fabriquée en laminant un film de polymère du premier type (couche centrale) entre deux tôles en acier enduites d'une couche de polymère du deuxième type (couches intermédiaires). On décrira maintenant une tôle sandwich selon un second mode de réalisation de l'invention, en regard de la figure 3 Les éléments de la figure 3 analogues aux éléments de la figure 1 sont désignés par des références identiques. Dans ce cas, la tôle sandwich 10 comporte cinq couches 32,34,36,38,40 de polymères intercalées entre les deux tôles métalliques externes 12,14. Les couches 32,40, adjacentes l'une à la tôle métallique 12 et l'autre à la tôle métallique 14, et la couche centrale 36 sont constituées d'un même polymère. Le polymère de ces couches 32,36,40 a une température de transition vitreuse voisine de la température ambiante. Le coefficient d'amortissement des couches 32,36,40 est donc maximum au voisinage de la température ambiante. Les couches 34,38, intermédiaires entre les couches 32,40 adjacentes aux tôles métalliques 12,14 et la couche centrale 36, sont constituées d'un même polymè- re Le polymère de ces couches 34,38 a une température de transition vitreuse plus élevée que la température ambiante. Pour les températures inférieures ou égales à la température ambiante, le module d'élasticité du polymère des couches intermédiaires 34,38 est supérieur au module d'élasticité du polymère des couches 32,36,40. Au voisinage de la température ambiante, les couches 32,36,40 ont un coefficient d'amortissement élevé et sont intercalées entre des matériaux plus rigides constitués soit par une des tôles métalliques externes 12,14 soit par une couche 34,38 de polymère relativement rigide Dans ces conditions, les couches 32,36,40 sont contraintes en cisaillement et absorbent une grande partie de l'énergie de vibration à laquelle est soumise la tôle sandwich. La tôle sandwich 10 selon le second mode de réalisation comporte donc en alternance des couches 32,36,40 de polymères de module d'élasticité faible à la température ambiante et de température de transition TV vitreuse faible et des couches 34,38 de polymères de module d'élasticité a élevé à la température ambiante et de température de transition vitreuse TV élevée. On donnera ci-dessous un exemple de réalisation d'une tôle sandwich selon ce second mode de réalisation de l'invention. Exemple 3: épaisseur matériau (en mm) l tôles métalliques 0,35 acier externes couches de TV faible 0,1 éthylène-acétate et de a faible de vinyle (EVA) couches de TV élevée 0,098 polyéthylène et de a élevé téréphtalate l (PET) L'invention permet d'obtenir des tôles sandwichs de faible épaisseur ayant un coefficient d'amortissement largement supérieur au coefficient d'amortissement des tôles sandwichs d'épaisseur équivalente connues dans l'état de la technique. L'invention permet également d'obtenir un coeffi- cient d'amortissement élevé de la tôle sandwich sur un large intervalle de température. Les tôles sandwichs selon l'invention sont légères et faciles à fabriquer avec des moyens connus. Les tôles métalliques externes de la tôle sand- wich peuvent être constituées de tous types d'acier. De plus, de nombreux types de polymères diffé- rents peuvent être utilisés pour constituer les couches internes de la tôle sandwich. REVENDICATIONS 1 Tôle sandwich comprenant deux tôles métalli- ques ( 12,14) externes entre lesquelles sont intercalées des couches ( 16,18,20; 32,34,36,38,40) de matériaux internes, caractérisée en ce qu'elle comporte un nombre impair, au moins égal à trois, de couches ( 16,18,20; 32, 34,36,38,40) de polymères intercalées entre les deux tôles métalliques ( 12,14), deux couches adjacentes quelconques comportant des polymères de modules d'élasti- cité différents. 2 Tôle sandwich selon la revendication 1, caractérisée en ce que des couches de polymères ( 16,18; 32,36,40) de module d'élasticité faible alternent avec des couches de polymères ( 20; 34,38) de module d'élasti- cité élevé, les couches de polymères ( 16,18; 32,40) adjacentes à une des tôles métalliques externes ( 12,14) comprenant un polymère de module d'élasticité inférieur à celui du polymère de la couche suivante ( 20; 34,38). 3 Tôle sandwich selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte trois couches ( 16, 18,20) de polymères intercalées entre les deux tôles métalliques externes ( 12,14), les deux couches intermé- diaires ( 16,18) disposées de part et d'autre de la couche centrale ( 20) comportant un polymère identique. 4 Tôle sandwich selon la revendication 3, caractérisée en ce que le module d'élasticité a de la couche centrale ( 20) est dix fois supérieur à celui des couches intermédiaires ( 16,18), pour des températures inférieures ou égales à la température ambiante. 5 Tôle sandwich selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que les deux couches intermédiaires ( 16,18) ont une température de transition vitreuse voisine de la température ambiante et inférieure à la température de transition vitreuse de la couche centrale ( 20). il 6 Tôle sandwich selon la revendication 3, carac- térisée en ce qu'elle comporte une couche centrale ( 20) de polyéthylène téréphtalate et deux couches intermédiai- res ( 16,18) d'éthylène-acétate de vinyle. 7 Tôle sandwich selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche centrale ( 20) de polychlorure de vinyle et deux couches intermé- diaires ( 16,18) d'éthylène-acétate de vinyle. 8 Tôle sandwich selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte cinq couches ( 32,34, 36,38,40) de polymères intercalées entre les deux tôles externes ( 12,14), certaines couches ( 32,36,40) comportant un premier polymère de module d'élasticité faible, les autres couches ( 34,38) comportant un deuxième polymère de module d'élasticité élevé, les couches ( 32,36,40) de module d'élasticité faible alternant avec les couches ( 34,38) de module d'élasticité élevé. 9 Tôle sandwich selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte en alternance des couches ( 32,36,40) de polymères de température de transi- tion vitreuse voisine de la température ambiante et des couches ( 34,38) de polymère de température de transition vitreuse beaucoup plus élevée que la température ambian- te. 10 Tôle sandwich selon la revendication 8, caractérisée en ce que les couches ( 32,36,40) de module d'élasticité faible comprennent de l'éthylène-acétate de vinyle, et les couches ( 34,38) de module d'élasticité élevé comprennent du polyéthylène téréphtalate.