Brevet FR2729963A1 — publié le 19960802

COMPOSfflON DE MATIERES THERMOPLA STIQUE S POUR LA REALISATION DE PLAQUES ALVEOLAIRES ET PLAQUES ALVEOLAIRES AINSI OBTENUES. La présente invention concerne le domaine des plaques alvéolaires en matière thermoplastique et a pour objet une composition de matières thermoplastiques pour la réalisation de plaques alvéolaires. L'invention a également pour objet des plaques alvéolaires obtenues par mise en oeuvre de la composition conforme à l'invention. Les plaques alvéolaires en matière thermoplastique sont généralement utilisées dans le domaine de l'emballage, comme intercalaire ou autre, et sont réalisées par extrusion au moyen d'une machine de type connu alimentée avec les différents composants sous forme granulaire ou pulvérulente et délivrant au moyen d'une filière munie d'un poinçon un produit fini alvéolaire sous forme de plaque. A la sortie de la filière, les plaques obtenues sont conformées et refroidies pour présenter une épaisseur prédéterminée puis chauffées pour libérer les tensions internes afin de leur conférer une planéité parfaite, puis sont découpées et palettisées en vue de leur stockage avant utilisation. Les plaques alvéolaires connues peuvent être additionnées, lors de leur réalisation d'additifs en faible concentration, à savoir à un taux maximum de 3 %, d'additifs tels que des colorants, des anti-ultraviolets, des antistatiques ou des ignifugeants. Les alvéoles de ces plaques connues sont habituellement de section carrée ou rectangulaire. Actuellement, les plaques alvéolaires sont réalisées en polypropylène homopolymère ou en copolymère standard. Les plaques ainsi obtenues permettent certes de satisfaire au besoin usuel de calage et d'emballage mais, cependant, elles présentent un compromis entre la rigidité en flexion, la tenue aux températures élevées et la résistance au choc à froid relativement faible et incompatible avec une utilisation dans une plage de température large, à savoir s'étendant à partir de températures négatives jusqu'à des températures élevées. L'addition de talc dans les mélanges pour la réalisation des plaques alvéolaires connues permet d'améliorer la tenue à haute température, mais une telle addition a pour conséquence de déplacer la fourchette d'utilisation sans l'augmenter, c'est-à-dire que le gain en tenue à haute température est compensé défavorablement par une perte de résistance à basse température. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet une composition de matières thermoplastiques pour la réalisation de plaques alvéolaires caractérisée en ce qu'elle est essentiellement constituée par un mélange d'un premier composant polypropylène copolymère hétérophasique de haut poids moléculaire et d'un second composant polypropylène copolymère hétérophasique avec une charge de talc. Le premier composant polypropylène copolymère hétérophasique de haut poids moléculaire est adapté à l'extrusion de pièces profilées, telles que des plaques alvéolaires et présente un indice de fluidité à chaud peu élevé. Ce premier composant présente les caractéristiques mécaniques et thermiques suivantes, selon les normes de mesure ASTM: Module d'élasticité en flexion (ASTM D 790) 2 1150 MPa Résistance au choc Izod avec entaille à -20 C (ASTM D 256) 2 80 J/m Point de ramollissement Vicat sous 10 N (ASTM D 525) 2 1500C Ces valeurs sont obtenues sur des échantillons standard moulés par injection (ASTM D 2146) et conditionnés à température ambiante (ASTM D 618procédure A). En outre, la matière de ce premier composant est résistante en température et résiste au moins 360 heures à un vieillissement thermique accéléré dans une étuve à 1500C, sous circulation forcée d'air, selon ASTM D 3012. Le second composant polypropylène copolymère hétérophasique avec une charge de talc est adapté à l'extrusion de plaques alvéolaires et présente un indice de fluidité à chaud faible. La charge de talc du second composant est présente à raison de 35 % à 45 % en poids, de préférence à raison de 40 %, dans le polypropylène copolymère hétérophasique. Ce second composant présente les caractéristiques mécaniques et thermiques suivantes, selon les normes de mesure ASTM: Module d'élasticité en flexion (ASTM D 790) 3 400 MPa Résistance au choc Izod avec entaille à 00C (ASTM D 256) 30 J/m Point de ramollissement Vicat sous 10 N (ASTM D 1525) 147"C Ces valeurs sont déterminées sur des éprouvettes standard moulées par injection (suivant norme ASTM D 2146) et conditionnées à 23"C et à une humidité relative de 50 % (ASTM D 618 - procédure A). Conformément à une caractéristique de l'invention, le premier composant polypropylène copolymère hétérophasique de haut poids moléculaire est avantageusement présent dans le mélange de la composition de matières thermoplastiques à raison de 60 % à 80 % en poids, tandis que le second composant polypropylène copolymère hétérophasique avec une charge de talc est présent à raison de 40 % à 20 % en poids. De préférence, le premier composant est présent à raison de 70 % en poids et le second composant à raison de 30 % en poids. Le premier composant est par exemple un polypropylène copolymère hétérophasique de haut poids moléculaire connu sous la dénomination commerciale MOPLEN EP D 60 R de la société HIMONT. Le second composant est par exemple un polypropylène copolymère hétérophasique avec une charge de talc connu sous la dénomination commerciale BT 4075 de la société BOREALIS. Conformément à l'invention, la plaque alvéolaire de grammage compris entre 1800 et 2200 g/m2, d'épaisseur comprise entre 4,5 et 6,5 mm réalisée en polypropylène, est caractérisée en ce qu'elle contient 12 + 4 % de talc et présente les caractéristiques mécaniques suivantes: - rigidité en flextion ST 1,4 + 0,4 kg1/mm - rigidité en flexion SM 3,1 t 0,6 kgfmm - flèche à 110 C sous 90 g - pas de rupture ni fissuration sous un choc à une température à 30 C. La rigidité, la flèche et le choc sont à prendre en considération selon la définition donnée plus loin. Le tableau I ci-après présente les caractéristiques essentielles de la composition conforme à l'invention comparativement à un témoin polypropylène copolymère bloc hétérophasique standard. TABLEAU I Résistance au choc Module Température de Point de ramol Izod avec entaille d'élasticité en déformation sous lissement Vicat (J/m) (ASTM D 256) flexion (MPa) charge sous ( C) sous 10 N -20 C 23 C (ASTM D 790) 0,46 MPa (Newton) (ASTM D 648) (ASTM D 1525) ( C) Premier #80 #500 #1150 #85 #150 composant Second #20 #80 #3400 #130 #147 composant Témoin polypropylène copolymère bloc 60 350 1200 85 150 hétérophasique standard La résistance au choc IZOD avec entaille selon la norme ASTM D 256 consiste en une rupture d'une éprouvette par un coup appliqué à distance fixe du bord du porte éprouvette. L'entaille de l'éprouvette a pour but de réaliser un degré uniforme de concentration des contraintes. Cet essai est réalisé au moyen d'un pendule appelé mouton-pendule et permet de déterminer l'énergie nécessaire à la rupture. La température de ramollissement Vicat selon la norme ASTM D 1225 est obtenue en soumettant une éprouvette, par l'intermédiaire d'une tige, à un effort de compression défini. Cette éprouvette est soumise à une élévation à vitesse régulière de la température, dans un bain liquide. La température à laquelle la tige s'enfonce de 1 mm représente la température de ramollissement Vicat de la matière considérée. fi est à remarquer que la température de déformation sous charge et le point de ramollissement Vicat varient dans le même sens et, pour la définition de l'invention, la température de déformation sous charge sera retenue de préférence. Le mélange de matière conforme à l'invention est un compromis de propriétés très avantageux dans le domaine d'application de plaques en polyoléfines. En effet, la matière constituant le second composant permet de garder une rigidité et une tenue mécanique même à température élevée, tandis que la matière constituant le premier composant permet de garder une bonne résistance au choc, surtout à froid. A titre d'exemple, il a été réalisé cinq plaques présentant la composition conforme à l'invention, dans différents rapports masse surfacique et épaisseur ainsi que trois plaques témoin dont la composition comporte une partie du second composant selon l'invention mélangée à un copolymère standard et/ou à un homopolymère standard, suivant les définitions ci-après Plaque 1 Composition : 70 % premier composant + 30 % second composant Grammage : 1 940 g/m2 Epaisseur : 5,8 mm Plaque 2 Composition : 70 % premier composant + 30 % second composant Grammage : 2 040 g/m2 Epaisseur : 5,6 mm Plaque 3 Composition : 62 % premier composant + 38 % second composant Grammage : 2 100 g/m2 Epaisseur : 5,6 mm Plaque 4 Composition : 70 % premier composant + 30 % second composant Grammage : 1 980 g/m2 Epaisseur : 5,9 mm Plaque 5 Composition : 75 % premier composant + 25 % second composant Grammage : 2 050 g/m2 Epaisseur : 6,1 mm Témoin 1 (T1) Composition : 75 % de copolymére standard + 25 % second composant Grammage : 1 820 g/m2 Epaisseur : 4,9 mm Témoin 2 (T2) Composition : 60 % de copolymère standard + 15 % homopolymère + 25 % second composant Grammage : 1 900 g/m2 Epaisseur : 4,9 mm Témoin 3 (T3) Composition : 60 % de homopolymère + 15 % copolymère standard + 25 % second composant Grammage : 1 900 g/m2 Epaisseur : 4,8 mm Selon une caractéristique de l'invention, afin d'améliorer la résistance vis-à-vis du test de choc à la bille à froid, les alvéoles présentent une section rectangulaire à angles arrondis, afin de leur conférer un "effet tunnel" Une telle section est obtenue par mise en oeuvre d'un poinçon de forme correspondante. Dans les exemples ci-dessus, les plaques 1 à 3 présentent des alvéoles à section rectangulaire à angles arrondis, les plaques 4, 5 et T 1, T2, T3 des alvéoles à section rectangulaire. Les plaques obtenues ont été soumises à des mesures des caractéristiques mécaniques de rigidité en flexion à 23"C, de rupture en flexion à température ambiante, de tenue à chaud sous charge à 110 C et de tenue au choc à -30 C. Pour la mesure de la rigidité en flexion, on découpe dans les plaques des échantillons, de préférence cinq, sous forme de barreaux parallélépipédiques, d'une dimension de 4 cm x 20 cm, respectivement par découpe en sens transversal (ST), c'est-à-dire perpendiculairement aux alvéoles et par découpe dans le sens des alvéoles ou suivant le sens de marche (SM). Dans ce dernier cas, il est impératif que les échantillons aient tous le même nombre d'alvéoles. Cette mesure de rigidité en flexion est effectuée au moyen d'une machine de traction du type Instron 4301 munie d'un capteur de force 100 kgf, dans laquelle est placé un montage de flexion trois points, c'est-à-dire où le barreau repose sur deux appuis et est sollicité par une panne appliquée sur l'autre face de l'échantillon à égale distance des appuis et se déplaçant à vitesse constante. Cette machine, qui est en effet un dynamomètre permettant la mesure de caractéristiques mécaniques de traction ou de compression, réalise une mesure simultanée de la force et de la déformation. La mesure de flexion s'effectue par abaissement de la panne à une vitesse de 5 mm/min avec détermination au préalable des conditions opératoires optimales, à savoir la vitesse de défilement du papier et l'échelle des forces au niveau de l'enregistreur, puis par traçage de la courbe "force en fonction de la déformation" pour chaque échantillon. Par cette mesure, on détermine à chaque fois la valeur de la pente à l'origine suivant l'équation. P FxVp dxVt dans laquelle F = force (kg) d = déformation correspondant à F sur la droite que représente la pente à l'origine Vp = vitesse du papier (mm/min) Vt = vitesse de la panne = 5 mm/min La valeur prise en considération correspond à la moyenne des valeurs mesurées pour chaque série d'échantillons. La rupture en flexion à température ambiante s'effectue comme la rigidité en flexion avec, cependant, une vitesse de la traverse de 300 mm/min, la valeur de la force à la rupture correspondant au maximum de la couche de déformation et étant exprimée en kgf. La tenue à chaud sous charge à 100 C est effectuée sur des échantillons présentant des dimensions de 20 cm dans la direction perpendiculaire aux alvéoles, ces échantillons étant posés en équilibre sur deux appuis distants de 10 cm et une masse de 90 g étant posée au centre de l'échantillon. L'ensemble est soumis, pendant 48 heures, à une température de 100"C, puis la flèche de l'échantillon, sous l'effet de la masse, est lue. La tenue au choc à -30 C est constatée en soumettant des échantillons de plaques de format A4, dans un congélateur, à -30 C à un test de résistance au choc d'une bille d'acier d'un kilogramme tombant d'une hauteur de 70 cm. A cet effet, l'échantillon est disposé sur un support cylindrique d'un diamètre de 20 cm, un tube de guidage de la bille étant centré sur ledit échantillon, I'ensemble - échantillon + montage- étant conditionné depuis au moins quatre heures à la température de -30 C avant le test. Après le test de résistance de l'échantillon sur support cylindrique, un deuxième test est effectué sans le support cylindrique, c'est-à-dire l'échantillon étant posé à plat sur le fond du congélateur. Le Tableau II ci-dessous reproduit les résultats de ces essais. TABLEAU II Plaques Rigidité (kgEmn) Rupture (kgf) Tenue à 1 I00C Choc à -30 C ST SM ST SM en mm sous 90 g (avec ou sans support) 1 1,4 2,5 11,2 22,5 Pas de rupture ni fissuration 2 1,47 2,64 11,17 19,64 s 1 1 Necasse as 3 1,75 3,24 12,06 21,43 4 1,01 2,92 9,90 20,0 1,5 1,5 Ne casse pas 5 1,38 3,68 12,2 24,3 Ne casse pas T1 1,11 1,55 8,7 13,2 > 15 T2 1,21 1,76 10,2 14,8 1 Casse 1,54 2,21 12,1 18 Casse Ce tableau fait apparaître, en considérant, les différents essais réalisés, que les plaques 1 à 4 présentent le meilleur compromis tenue en température / résistance au choc à froid / rigidité en flexion satisfaisant. Ces plaques sont constituées par un mélange d'environ 60 % à environ 70 % de la matière du premier composant, le complément étant formé par le deuxième composant et présente un grammage de 2 000 g + 40 g et une épaisseur de 5,6 mm à 6 mm. n est à remarquer, en outre, que la mesure de rigidité sur des plaques de même structure et de même masse surfacique traduit le module d'élasticité en flexion mesurée sur la matière première polypropylène. La tenue à chaud à 100"C et la résistance au choc à -30 C sont des caractéristiques importantes pour une utilisation sur une plage de température très large. Les plaques alvéolaires obtenues conformément à l'invention sont plus particulièrement destinées à une utilisation sous contrainte mécanique entre des températures négatives relativement basses et des températures positives relativement élevées, telle que, notamment, celles requises dans le domaine de l'automobile. En effet, les pièces qui sont utilisées à l'intérieur d'un véhicule subissent des contraintes en température particulièrement critiques. Ainsi, à titre d'exemple, une plaque destinée à garnir un fond de coffre subit, en période d'été, des températures élevées, tout en devant conserver une bonne rigidité tout en ne se déformant pas irréversiblement sous l'effet d'une charge posée dessus, alors qu'en période d'hiver elle doit pouvoir résister au dépôt brutal de charges telles que des caisses ou des valises sans risquer d'éclater suite à une trop grande fragilisation due à la basse température. REVENDICATIONS 1) Composition de matières thermoplastiques pour la réalisation de plaques alvéolaires caractérisée e ce qu'elle est essentiellement constituée par un mélange d'un premier composant polypropylène copolymère hétérophasique de haut poids moléculaire et d'un second composant polypropylène copolymère hétérophasique avec une charge de talc. 2) Composition, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le premier composant polypropylène copolymère hétérophasique de haut poids moléculaire est adapté à l'extrusion de pièces profilées, telles que des plaques alvéolaires et présente un indice de fluidité à chaud peu élevé. 3) Composition, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le premier composant présente les caractéristiques mécaniques et thermiques, selon les normes de mesure ASTM suivantes Module d'élasticité en flexion (ASTM D 790) 2 150 MPa Résistance au choc Izod avec entaille à -20 C (ASTM D 256) 2 80 J/m Point de ramollissement Vicat sous 10 N (ASTM D 1525) 2 1500C 4) Composition, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le second composant polypropylène copolymère hétérophasique avec une charge de talc est adapté à l'extrusion de plaques alvéolaires et présente un indice de fluidité à chaud faible. 5) Composition, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisée en ce que la charge de talc du second composant polypropylène copolymère hétérophasique est présente à raison de 35 % à 45 % en poids de matière première, de préférence à raison de 40 %, dans ledit second composant. 6) Composition, suivant l'une quelconque des revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce que le second composant présente les caractéristiques mécaniques et thermiques, selon les normes de mesure ASTM suivantes: Module d'élasticité en flexion (ASTM D 790 ) 3 400 MPa Résistance au choc Izod avec entaille à -20 C (ASTM D 256) 30 J/m Point de ramollissement Vicat sous 10 N (ASTM D 1 525) 147"C 7) Composition, suivant l'une des revendications 1 à 3, avec l'une des revendications 4 et 5, la revendication 1, caractérisée en ce que le premier composant polypropylène copolymère hétérophasique de haut poids moléculaire est avantageusement présent dans le mélange de matières thermo-plastiques à raison de 60 % à 80 % en poids, tandis que le second composant polypropylène copolymère hétérophasique avec une charge de talc est présent à raison de 40 % à 20 % en poids. 8) Composition, suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le premier composant est présent à raison de 70 % en poids et le second composant à raison de 30 % en poids. 9) Composition, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 7, caractérisée en ce que le premier composant est un polypropylène copolymère hétérophasique de haut poids moléculaire connu sous la dénomination commerciale MOPLEN EP D 60R de la société HIMONT. 10) Composition, suivant l'une quelconque des revendications 1, 4, 5 et 7, caractérisée en ce que le second composant est un polypropylène copolymère hétérophasique avec une charge de talc connu sous la dénomination commerciale BT 4075 de la société BOREALIS. 11) Plaques alvéolaire caractérisée en ce qu'elle présente la composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12) Plaque alvéolaire, suivant la revendication 11, caractérisée en ce que les alvéoles présentent une section rectangulaire à angle arrondi, afin de leur conférer un "effet tunnel", section obtenue par mise en oeuvre d'un poinçon de forme correspondante. 13) Plaque alvéolaire de grammage compris entre 1800 et 2200 g/m2, d'épaisseur comprise entre 4,5 et 6,5 mm réalisée en polypropylène, caractérisée en ce qu'elle contient 12 + 4 % de talc et présente les caractéristiques nécessaires suivantes: - rigidité en flexion ST 1,4 t 0,4 kgt/mm - rigidité en flexion SM 3,1 t 0,6 kgt/mm -flècheà 110 C sous 90 g s 1,5 mm - pas de rupture ni fissuration sous un choc à une température à 300C.