Brevet FR2686043A1 — publié le 19930716

La présente invention est relative à un procédé de réalisation en une seule opération d'un panneau structurel du type sandwich dans lequel on incorpore un ou plusieurs inserts métalliques destinés au renforcement dudit panneau et/ou à des fixations ultérieures sur ce panneau. L'invention vise également un panneau structurel composite obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé, ce panneau étant destiné notamment à l'industrie automobile et du transport pour réaliser des pièces de formes complexes. On connaît à l'heure actuelle dans l'industrie, et notamment dans l'industrie automobile, des éléments réalisés en matériaux thermoplastiques dans lesquels il est nécessaire d'incorporer des inserts métalliques, ces éléments de formes complexes pouvant être obtenus par estampage. Selon la technique actuelle, on met en oeuvre des processus de collage pour solidariser les différents constituants des panneaux composites à partir desquels sont réalisés de tels éléments. Cette technique ne donne pas totale satisfaction en raison notamment de la complexité du procédé de fabrication qui nécessite plusieurs opérations. La présente invention s'est donc fixé pour objectif d'apporter un procédé de réalisation en une seule opération d'un panneau structurel du type sandwich dans lequel sont incorporés des inserts métalliques. A cet effet, la présente invention vise en premier lieu à un procédé de fabrication en une seule opération d'un panneau structurel composite, du type sandwich constitué d'une âme alvéolaire en matière thermoplastique, de deux peaux en matière thermoplastique renforcée du type thermoplastique renforcé fibres, disposées perpendiculairement à l'axe des alvéoles de ladite âme, dans le cas d'une âme en nids d'abeille, et d'un ou plusieurs inserts métalliques destinés notamment au renforcement du panneau et/ou à des fixations ultérieures sur ce panneau, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on préchauffe lesdites peaux à une température de l'ordre de 200 à 220"C afin de les rendre malléables et de favoriser leur accrochage par thermosoudage aux alvéoles de ladite âme et en ce que l'on préchauffe le ou lesdits inserts métalliques avant de réaliser un empilage des différents éléments dans un outillage de mise en forme du panneau. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention on dispose une pellicule thermoplastique, thermoscellable entre l'insert métallique et les peaux, lors de l'empilage des différents éléments constituant le panneau, afin de solidariser ledit insert auxdites peaux, après refroidissement du panneau, et en ce que la température de préchauffage dudit insert présente une valeur suffisamment élevée pour éviter une absorption trop rapide des calories apportées par lesdites peaux et nécessaires à la fusion de ladite pellicule thermoscellable. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, objet de cette invention, le ou les inserts métalliques sont pré-revêtus d'une pellicule thermoplastique, thermoscellable permettant de réaliser une solidarisation dudit insert auxdites peaux après refroidissement du panneau et en ce que la température de préchauffage du ou des inserts métalliques présente une valeur suffisamment élevée pour ne pas absorber trop rapidement les calories apportées par les peaux et servant à la fusion de la pellicule thermoscellable. Selon encore un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, la solidarisation du ou des inserts métalliques avec lesdites peaux est réalisée mécaniquement après fluage et refroidissement d'une partie du matériau constituant lesdites peaux dans les reliefs en saillie ou en creux du ou des inserts, ces derniers étant préchauffés à une température suffisante pour favoriser ledit fluage dans une limite désirée. La présente invention vise également un panneau structurel composite du type sandwich réalisé par la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, ce panneau étant caractérisé essentiellement en ce qu'il comporte une âme alvéolaire en matière thermoplastique munie sur ses faces de peaux en matière thermoplastique renforcée du type thermoplastique renforcé fibres, disposées perpendiculairement à l'axe des alvéoles de ladite âme et au moins un insert métallique faisant partie intégrante du panneau. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ciaprès en référence aux dessins annexés qui en illustrent des modes de mise en oeuvre et des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins la figure 1 est une vue schématique en perspective illustrant l'étape du procédé selon l'invention au cours de laquelle un insert métallique est pré-revêtu d'une pellicule thermoscellable la figure 2 est également une vue en perspective illustrant la réalisation, selon le procédé de l'invention, d'un panneau sandwich composite avec un insert métallique la figure 3 illustre, par une vue similaire à la figure 2, la réalisation selon l'invention d'un panneau comportant deux inserts métalliques et, les figures 4 à 9 sont des vues en coupe verticale illustrant divers exemples de réalisation de pannneaux avec inserts métalliques de diverses configurations obtenus par la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. Ainsi qu'on l'a précisé ci-dessus, le procédé objet de l'invention vise à l'obtention en une seule opération d'un panneau structurel composite du type sandwich comportant une âme alvéolaire en nids d'abeille thermoplastique 10, polypropylène dans le présent exemple non limitatif dont les faces sont munies de peaux, 12, 12' en matière thermoplastique renforcée du type thermoplastique renforcé fibres, ces peaux étant disposées perpendiculairement à l'axe des alvéoles de ladite âme 10 ainsi qu'on le voit clairement sur la figure 2. Le panneau composite est également muni d'un ou de plusieurs inserts métalliques, par exemple en aluminium tels que 18 et 18'. Selon ce procédé, les peaux 12, 12' sont chauffées à des températures de l'ordre de 200 à 220"C, de façon à les rendre malléables et à obtenir une cohésion peaux 12, 12' - âme 10 par thermosoudure. Ce chauffage des peaux permet également une mise en forme du panneau sous pression. Avant l'empilage des différents éléments constitutifs du panneau dans un outillage de mise en forme, on préchauffe le ou les inserts métalliques tels que 18 ou 18'. Lors de l'empilage, on place les pellicules thermoscellables en polypropylène plus anhydride maléique entre les inserts 18, et 18' et les peaux 12, 12' (figure 3). Cet insert métallique est finalement emprisonné et parfaitement solidarisé après refroidissement dans le panneau ainsi obtenu. Selon une variante du procédé de l'invention et comme représenté sur la figure 2, on peut utiliser des inserts pré-revêtus d' une pellicule thermoscellable 14, 14', ce qui facilite la mise en oeuvre ultérieure de l'empilage dans le moule. Pour ce faire, et comme représenté sur la figure 1, la pellicule thermoscellable se présente sous la forme d'un film 14, 14' muni d'un matériau de protection non adhérent constitué par exemple d'un tissu enduit de polytétrafluoroéthylène 16, 16', puis l'ensemble est placé sur les plateaux d'une presse hydraulique dont la température est maintenue entre 200 et 220"C. A titre d'exemple non limitatif, la pression exercée par les plateaux de la presse, peut être de 5.105Pa à 106Pa et le temps d'application peut être de l'ordre d'une minute. On réalise ensuite un préchauffage de l'insert 18 ou 18' muni des pellicules 14, 14' à la température voulue, choisie de façon que l'insert soit suffisamment chaud pour ne pas absorber trop rapidement les calories apportées par les peaux 12, 12' et utile à la fusion des pellicules thermoscellables 14, 14'. Cette température peut être par exemple de l'ordre de 1500C. On réalise alors l'empilage des éléments devant constituer le panneau comme illustré par la figure 2. Cet empilage est mis en place dans un outillage approprié à une température de l'ordre de 60"C et soumis à une pression par exemple de 2.106Pa pendant une durée de 20 secondes. L'épaisseur du matériau composite sandwich finalement obtenu peut être déterminé en prévoyant des cales latérales de dimensions voulues.Dans cet exemple de mise en oeuvre la cohésion insert 18, 18' / sandwich est obtenue grâce à la pellicule thermofusible 14, 14', après refroidissement du panneau. Selon la présente invention, la solidarisation entre le ou les inserts métalliques et les peaux telles que 12, 12' peut être réalisé mécaniquement après fluage (lors de l'opération de complexage) et refroidissement d'une partie de la matière constitutive des peaux 12, 12' dans les reliefs de l'insert, la température de ce dernier étant d'une valeur suffisante pour favoriser ce fluage dans la limite désirée. La figure 9 illustre un panneau ainsi obtenu, on y voit en 30, 30' les rivets obtenus par fluage du matériau constituant les peaux 12, 12' au travers d'ouvertures prévues dans l'insert métallique 28. Les inserts métalliques faisant partie intégrante des panneaux selon l'invention peuvent présenter toutes formes et configurations désirées. Sur les figures 1 à 4 et 9, ces inserts présentent la forme de tubes et sur les figures 5 à 6 ils présentent la forme de profilés de diverses configurations 20, 20', 22, 24, 26. Ils peuvent être totalement noyés dans le panneau comme représentés par les inserts 20, 20', 22 et 26 sur les figures 5, 6 et 8. Le métal utilisé pour la fabrication des inserts est de préférence de l'aluminium, car la structure de surface de ce métal, proche du verre, permet un bon accrochage en présence d'anhydride maléique. Ainsi, et selon la présente invention, la solidarisation inserts-panneau composite sandwich peut être obtenu soit par la présence des pellicules thermoscellables, soit par accrochage mécanique ou par toutes solutions combinant ces deux modes de mise en oeuvre, avec ou sans emprisonnement multidirectionnel. L'invention permet donc d'obtenir des panneaux ou pièces structurelles composites avec inserts incorporés, se caractérisant notamment par les avantages suivants - excellente résistance aux chocs - très bonne rigidité de la structure réalisée permettant par exemple la réalisation de châssis monobloc de véhicules - légèreté ; - bonne isolation acoustique et thermique - possibilité de prévoir des revêtements extérieurs permettant d'apporter au panneau des fonctions supplémentaires : complément d'isolation phonique, acoustique ou thermique, effets "barrière", décoration, etc... sous la forme de plaques minces ou de moquettes à matrice thermoplastique. ll demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux divers exemples de mise en oeuvre ou de réalisation décrits et/ou représentés ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. C'est ainsi, notamment, que les pellicules thermoscellables telles que 14, 14' pourraient être appliquées sous la forme d'un film ou d'une poudre, par exemple par dépôt électrostatique ou en lit fluidisé. Dans le cas d'un film, ce dernier peut être perforé ou non, les perforations permettant à l'air chaud emprisonné lors de l'application du film sur l'insert de s 'échapper plus facilement. Dans les exemples représentés sur les figures 1 à 9, les panneaux ont été représentés plans et à faces parallèles, mais il est tout à fait possible d'obtenir des panneaux similaires à configurations autres (bombés, courbés, nervurés...) du fait de leur composition thermoplastique et des températures de mise en oeuvre entraînant un certain ramoXissement de la matière. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication en une seule opération d'un panneau structurel composite, du type sandwich, constitué d'une âme alvéolaire en matière thermoplastique, de deux peaux en matière thermoplastique renforcée du type thermoplastique renforcé fibres, disposées perpendiculairement à l'axe des alvéoles de ladite âme dans le cas d'une âme en nids d'abeille, et d'un ou de plusieurs inserts métalliques destinés notamment au renforcement du panneau et/ou à des fixations ultérieures sur ce panneau, caractérisé en ce que l'on préchauffe lesdites peaux (12, 12') à une température de l'ordre de 200 à 220"C afin de les rendre malléables et de favoriser leur accrochage par thermosoudage aux alvéoles de ladite âme (10) et en ce que l'on préchauffe le ou lesdits inserts métalliques (18, 18') avant de réaliser un empilage des différents éléments dans un outillage de mise en forme dudit panneau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dispose une pellicule thermoplastique, thermoscellable (14, 14') entre ledit insert métallique et lesdites peaux, lors de l'empilage des différents éléments constitutifs du panneau, afin de solidariser ledit insert auxdites peaux, après refroidissement du panneau, et en ce que la température de préchauffage dudit insert présente une valeur suffisamment élevée pour éviter une absorption trop rapide des calories apportées par lesdites peaux et nécessaires à la fusion de ladite pellicule thermoscellable. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou lesdits inserts métalliques sont prérevêtus d'une pellicule thermoplastique thermoscellable (14, 14') permettant d'obtenir la solidarisation dudit insert auxdites peaux après refroidissement du panneau et en ce que la température de préchauffage du ou des inserts métalliques présente une valeur suffisamment élevée pour ne pas absorber trop rapidement les calories apportées par lesdites peaux et servant à la fusion de la pellicule thermoscellable. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pellicule thermoscellable se présente sous la forme d'un film thermoplastique, thermoscellable perforé ou non. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pellicule thermoscellable est obtenue par dépôt d'une poudre thermoplastique, thermoscellable, par poudrage électrostatique ou en lit fluidisé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite pellicule thermoscellable est constituée d'un alliage matière thermoplastique plus anhydride maléique. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solidarisation entre lesdits inserts et lesdites peaux est obtenue mécaniquement, après fluage et refroidissement, d'une partie de la matière constitutive des peaux dans les reliefs en saillie ou en creux de l'insert (28) et en ce que ce dernier présente une température suffisante pour favoriser ce fluage dans la limite désirée. 8. Panneau structurel composite du type sandwich réalisé par la mise en oeuvre du procédé défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une âme alvéolaire en matière thermoplastique (10) munie sur ses faces de peaux (12, 12') en matière thermoplastique renforcée du type thermoplastique renforcé fibres, disposées perpendiculairement à l'axe des alvéoles de ladite âme, dans le cas d'une âme en nids d'abeille, et d'au moins un insert métallique (18, 18', 20, 20', 22, 24, 26, 28) faisant partie intégrante du panneau. 9. Panneau structurel composite selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on prévoit une pellicule thermoplastique, thermoscellable (14, 14') interposée entre ledit insert métallique et lesdites peaux et servant à assurer la cohésion insert-sandwich.