Brevet FR2748956A1 — publié le 19971128

Réservoir métallique pour liquide. L'invention concerne la fabrication de réservoirs métalliques destinés à contenir des liquides et susceptibles de résister à la pression, même d'un gaz, comme par exemple des réservoirs automobiles à carburant, des radiateurs de chauffage pour bâtiments ou des évaporateurs de réfrigérateur. Pour fabriquer des tels réservoirs à partir de flans de tôles métalliques, on met lesdits flans en forme de coquilles de forme adaptée au réservoir à réaliser, puis on assemble lesdites coquilles pour réaliser le réservoir. L'assemblage est généralement réalisé par soudage au niveau de zones ou de rebords d'assemblage, de façon à assurer à la fois l'étanchéité aux liquides et la résistance à la pression. Dans le cas où le réservoir est destiné à contenir des liquides corrosifs, notamment dans le cas de réservoirs à carburant, on utilise couramment des tôles d'acier revêtues d'une couche de protection contre la corrosion interne. Le brevet US 4 824 736 décrit notamment un réservoir en tôle d'acier revêtu intérieurement d'une couche protectrice de polypropylène modifié avec de l'anhydride maléique. Mais la présence sur la tôle d'une couche protectrice de polymère peut être gênante pour l'opération de soudage des coquilles : en effet, les effets thermiques du soudage provoquent souvent une détérioration du revêtement polymère au voisinage du cordon de soudure des coquilles et la zone interne du cordon de soudure n'est plus efficacement protégée contre la corrosion. Dans le cas où la tôle est dotée d'un revêtement de protection contre la corrosion externe, la détérioration du revêtement externe, également consécutive à l'opération de soudage, nécessite l'application d'une couche de protection externe dans la zone de soudage après le soudage. Pour éviter l'inconvénient lié à la nature des couches de protection de la tôle, on pourrait tenter d'effectuer le soudage des coquilles dans des conditions adaptées pour limiter l'échauffement du revêtement polymère à une simple fusion. Outre l'inconvénient de nécessiter un contrôle très strict des conditions de soudage, un tel procédé d'assemblage laisse encore le cordon de soudage luimême sans protection contre la corrosion. L'invention a pour but d'offrir un réservoir formé de plusieurs coquilles métalliques assemblées, résistant à la pression et protégé intérieurement contre la corrosion par une couche polymère, y compris au niveau des zones d'assemblage des coquilles. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un réservoir en tôle d'acier, destiné à contenir un liquide et résistant à la pression d'un gaz, caractérisé en ce que - on revêt une bande de ladite tôle d'une couche à base de polymère thermoplastique semi-cristallin adaptée pour résister à la corrosion dudit liquide, - on découpe des flans dans ladite bande revêtue et on prépare des coquilles de forme adaptée pour réaliser ledit réservoir, dotées de zones d'assemblage, notamment de rebords d'assemblage, destinées à s'appliquer les unes contre les autres au moment de l'assemblage, lesdites coquilles étant préparées pour que la face revêtue de la tôle soit située à l'intérieur du réservoir et à l'interface des zones d'assemblage en contact, - pour former le réservoir, on assemble ensuite lesdites coquilles au niveau des zones d'assemblage, on consolide l'assemblage par des moyens d'assemblage mécanique à froid appliqués au niveau desdites zones d'assemblage, comme le sertissage ou le clinchage, et on chauffe lesdites couches polymères en contact au niveau de l'interface desdites zones, à une température supérieure à la température de fusion dudit polymère de façon à préparer un joint étanche de collage entre les coquilles. L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - ladite tôle d'acier est revêtue d'une couche métallique, notamment de zinc, d'aluminium, d'alliage de zinc ou d'alliage d'aluminium et/ou d'une couche de peinture. - ledit polymère thermoplastique semi-cristallin est à base de polyoléfine, notamment de polyéthylène ou de polypropylène. - ladite polyoléfine est modifiée ou copolymérisée, notamment au niveau de son interface avec la tôle d'acier, avec au moins un produit de caractère polaire choisi de préférence parmi l'acide acrylique, I'acétate de vinyle, I'anhydride maléique et les esters acryliques. - ledit polymère thermoplastique semi-cristallin présente une température de transition vitreuse inférieure à 1 00C environ. - ledit polymère thermoplastique semi-cristallin présente une masse moléculaire moyenne supérieure à 100 000, un taux de cristallinité supérieur à 60% et un paramètre de solubilité proche de celui dudit liquide à contenir. L'invention a également pour objet un réservoir métallique résistant à la pression et destiné à contenir un liquide, du type comprenant plusieurs coquilles en tole d'acier assemblées d'une manière étanche, caractérisé en ce que lesdites coquilles sont revêtues intérieurement d'une couche de polymère thermoplastique semi-cristallin pour la protection contre la corrosion interne et en ce que ladite couche polymère sert de joint adhésif étanche de collage entre lesdites coquilles assemblées. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif. L'installation de fabrication de réservoir comporte des moyens pour revêtir une bande d'acier d'une couche polymère thermoplastique, des moyens de découpe de bande de tôle en flans de tôle, des moyens de mise en forme de flans de tôle, des moyens d'assemblage mécanique à froid, comme par exemple des moyens de sertissage ou de clinchage, et des moyens de chauffage adaptés pour fondre au moins localement ledit polymère sur la tôle. Ces moyens sont connus en eux-mêmes et ne seront pas décrits ici en détail On va maintenant décrire le procédé de fabrication du réservoir métallique à partir d'une bande d'acier. La bande d'acier peut être déjà préalablement revêtue d'une couche métallique de protection contre la corrosion, comme une couche de zinc, d'aluminium, d'alliages de zinc ou d'aluminium. Ce revêtement préalable est notamment utile pour protéger la surface extérieure du réservoir contre la corrosion. Toujours pour l'extérieur du réservoir, cette bande d'acier peut même être revêtue au préalable d'une couche de peinture (acier dit "prélaqué"), sur la face destinée à former ultérieurement la surface externe du réservoir. A l'aide des moyens de revêtement, sur la face de la bande d'acier destinée à former ultérieurement la surface interne du réservoir, on applique, de préférence en continu, une couche à base de polymère thermoplastique semi-cristallin. Outre le polymère thermoplastique, la couche appliquée peut contenir des colorants, des pigments, des plastifiants et autres additifs classiques dans le domaine des vernis ou peintures. La méthode d'application est connue en elle-même et ne sera pas décrite ici en détail , elle peut impliquer l'utilisation de solvants et une opération de séchage ou d'évaporation. L'épaisseur de la couche appliquée sur la bande d'acier et la nature du polymère thermoplastique semi-cristallin sont adaptées d'une manière connue en elle-même pour apporter une résistance à la corrosion suffisante aux liquides que le réservoir sera susceptible de contenir. Pour apporter à la tôle d'acier une bonne résistance à la corrosion par le liquide du réservoir, le polymère appliqué doit être à la fois insoluble ou très peu soluble dans ce liquide et fortement adhérant à la tôle d'acier. Dans le cas de réservoirs de chauffage, le liquide à contenir étant de l'eau chaude, comme polymère thermoplastique semi-cristallin, on peut utiliser un mélange de polyéthylène et de polyamide. Dans le cas de réservoirs automobiles à carburant, comme polymère thermoplastique semi-cristallin, on utilise de préférence un polyoléfine, notamment un polyéthylène ou un polypropylène. Pour limiter la sensibilité du polymère aux carburants, il est ainsi préférable que le polymère appliqué présente un taux de cristallinité supérieur à 60% et un paramètre de solubilité proche de celui du carburant à contenir (par exemple environ 8 (cal/cm3)0,5 pour l'essence). Pour assurer une forte adhérence du polymère sur la tôle, le polyoléfine qu'on utilise est de préférence modifié ou copolymérisé, notamment au niveau de son interface avec la tôle d'acier, avec au moins un produit de caractère polaire choisi de préférence parmi l'acide acrylique, I'acétate de vinyle, I'anhydride maléique et les esters acryliques. Pour éviter toute dégradation au moment de la mise en forme et même de l'assemblage, on choisit de préférence un polymère présentant une température de transition vitreuse inférieure à 10 C environ. Après revêtement de la bande de tôle par la couche de polymère, on prévoit de réaliser le réservoir en plusieurs segments ou coquilles, la segmentation du réservoir étant adaptée aux possibilités offertes par les moyens de mise en forme. Par exemple, pour un réservoir à carburant présentant des formes complexes, on segmente le réservoir en coquilles de forme réalisable par emboutissage et présentant des rebords d'assemblage applicables les uns contre les autres pour l'assemblage du réservoir. Lorsque le réservoir à fabriquer est un radiateur de chauffage, d'une manière classique, on prévoit également de réaliser le radiateur en plusieurs segments à assembler ces segments présentent également des zones d'assemblage applicables les unes contre les autres, notamment au niveau des rebords. L'invention s'applique également aux "radiateurs à froid", c'est à dire notamment aux évaporateurs de réfrigérateurs, qui présentent aussi des formes complexes segmentables en formes plus simples réalisables par emboutissage. Sur les coquilles ou éléments du réservoir, du côté de la face revêtue de polymère, on prévoit des zones d'assemblage, notamment sur les rebords, adaptées pour s'appliquer les unes contre les autres au moment de l'assemblage. La surface de ces zones est adaptée d'une part au mode d'assemblage mécanique à froid retenu (par exemple pour le sertissage de rebords, il convient de prévoir des rebords assez larges qui seront ensuite repliés), d'autre part à la rigidité et à la résistance à la pression qu'on souhaite obtenir pour le réservoir. A l'aide des moyens de découpe, on découpe ensuite des flans de tôle dans la bande revêtue de polymère ; puis, à partir de ces flans, à l'aide des moyens de mise en forme, on prépare d'une manière connue en elle-même les coquilles ou les éléments de réservoir dotés de zones d'assemblage. Pour ces opérations, on veille à maintenir la couche à base de polymère du côté destiné à former la surface interne du réservoir. Selon la forme des coquilles ou éléments de réservoirs, on peut utiliser d'autres méthodes de mise en forme que l'emboutissage, notamment le pliage. On assemble ensuite les différentes coquilles ou éléments pour composer le réservoir, en appliquant les zones d'assemblage les unes contre les autres et, dans le cas de rebords d'assemblage, rebord contre rebord. Au niveau de l'interface des zones d'assemblage de coquilles ou éléments adjacents, on a donc deux couches à base de polymère qui viennent en contact sur la surface de la zone d'assemblage. A l'aide des moyens d'assemblage mécanique à froid, on solidarise les coquilles ou éléments entre eux, par exemple par sertissage ou clinchage au niveau des zones d'assemblage. Puis, alors que les coquilles ou éléments sont ainsi solidarisés, à l'aide des moyens de chauffage, on chauffe alors la tôle au moins au niveau des zones d'assemblage de façon à obtenir un collage (ou thermocollage) des deux couches polymères en contact. Les moyens de chauffage sont adaptés pour porter la surface des couches polymères en contact à une température d'une part supérieure à la température de fusion du polymère, d'autre part largement inférieure à la température de dégradation du polymère ou autres prérevêtement ou prélaquage de la tôle. Ces moyens de chauffage peuvent, par exemple, procéder par rayonnement infra-rouge, par induction magnétique ou par conduction. On obtient un réservoir étanche aux liquides et susceptible de résister à un gaz sous pression. Le film polymère de revêtement de la tôle assure alors la double fonction de protection interne contre la corrosion des liquides à contenir et de jonction étanche et solide entre les coquilles ou éléments métalliques qui forment le réservoir. Selon l'invention, la surface intérieure du réservoir reste totalement protégée contre la corrosion, même au niveau des zones d'assemblage. Grâce à la solidarisation par les moyens d'assemblage mécanique à froid préalable au chauffage pour collage, le joint de colle se forme dans des conditions parfaitement statiques, ce qui améliore sa résistance. Grâce à la forte adhérence du polymère sur la tôle, le joint de colle contribue efficacement à la solidarisation des coquilles. Collage et assemblage mécanique au niveau des zones d'assemblage apportent donc une jonction très forte des coquilles entre elles et une très grande rigidité au réservoir. En fonction de la résistance souhaitée, on adapte d'une manière connue en elle-même le type de clinchage ou le nombre de points de clinchage au niveau des zones d'assemblage. Le réservoir est étanche au niveau des rebords d'assemblage notamment grâce au joint de colle formé par le revêtement à base de polymère et résiste en pression grâce à la jonction très solide entre les coquilles. Un tel procédé d'assemblage "mixte" (collage + assemblage mécanique à froid) autorise des cadences de production élevées, puisqu'on peut manipuler la pièce pendant et surtout immédiatement après le chauffage pour collage. Par ailleurs, le collage est ici effectué sans aucun apport de matière sur la tôle (pas d'application de colle), ce qui simplifie considérablement la fabrication (pas de manipulations de produits, pas de risques liés aux solvants). Un autre avantage de ce mode d'assemblage est qu'on peut facilement obtenir des réservoirs à rebords beaucoup moins larges que dans le cas d'assemblage par soudage, tout en conservant une résistance à la pression comparable à titre indicatif, les rebords des réservoirs selon l'invention dépasseraient de environ 5 à 10 mm dans le cas du sertissage, de environ 10 à 20 mm dans le cas du clinchage et de plus de 20 mm pour les réservoirs soudés de l'art antérieur. Ainsi, à contenance donnée, les dimensions extérieures du réservoir peuvent être réduites (rebords dépassant beaucoup moins que dans le cas des réservoirs soudés), ce qui est particulièrement avantageux pour les réservoirs automobiles. Un autre avantage de ce mode d'assemblage est de s'adapter à des rebords qui présentent un profil à faible rayon de courbure (contrairement au soudage), ce qui permet de fabriquer des réservoirs de formes complexes. On a ainsi réalisé un réservoir métallique destiné à contenir des liquides et susceptible de résister à la pression, entièrement protégé contre la corrosion interne par une couche à base de polymère, y compris au niveau des joints d'assemblage. Par ailleurs, dans le cas où la tôle qu'on utilise est prérevêtue d'une couche métallique ou prélaquée, pour des raisons d'aspect extérieur du réservoir ou de résistance à la corrosion externe, le prérevêtement ou le prélaquage n'est pas détérioré par les opérations de fabrication du réservoir. Sans se départir de la présente invention, I'application de la couche polymère sur la tôle est réalisée en continu sur un site industriel de production de tôle et les produits livrés à partir de ce site pour la fabrication de réservoirs sont alors des bandes de tôles dites "pré-encollées" sur une face, qui peuvent également être prélaquées sur l'autre face. Avantageusement, le fabricant de réservoirs n'a aucune soudure à réaliser, ni aucune colle ou solvant à manipuler. L'exemple suivant illustre l'invention. Exemple 1: Cet exemple a pour but d'illustrer la première étape de fabrication d'un réservoir selon l'invention, à savoir la préparation d'une bande de tôle prépeinte sur une face (dite face 1) et revêtue sur l'autre face (dite face 2) d'un film polymère adhésif, à l'aide d'une installation de laquage en continu et d'une installation de lamination. La tôle utilisée est en acier galvanisée (environ 150 g/m2 de prérevêtement à base de zinc) de environ 0,7 mm d'épaisseur. Le film polymère de revêtement est à base de copolymère éthylène-acide acrylique ("EAA") à 11% d'acide acrylique , I'index de fusion ("melt index") mesuré selon la norme ASTM D 1238 est de 8 g pour 10 min. ; sa densité mesurée selon la norme ASTM D 1505 est de 940 kg/m3 ; sa température de fusion mesurée selon la norme ASTM E 794 est de 94"C. Ce film de revêtement est réalisé par extrusion-soufflage et présente une épaisseur de 100 Klm. Pour fabriquer la bande de tôle prépeinte et revêtue, on dégraisse la tôle dans un bain alcalin, on applique un traitement de chromatation comportant un rinçage chromique, on applique une peinture sur la face 1 dans l'installation de laquage puis on lamine le film polymère de revêtement sur la face 2 à l'aide de l'installation de lamination à la vitesse approximative de 60 m/min et à une température de environ 200"C. Les tests de traction-cisaillement et de pelage effectués ensuite sur le film appliqué sur la tôle montrent une très bonne adhérence du film à la tôle, même après stockage de 7 jours à l'humidité. Dans le cas d'application du même film sur la même tôle à la presse sous 0,2 MPa et à 1 20 C, on obtient les résistances d'adhérence suivantes: - pour la traction-cisaillement, la résistance dépasse 11 MPa. - pour le pelage, la résistance dépasse 6 daN/cm. Dans les deux cas, après décohésion, on obtient un profil dit de "rupture cohésive superficielle", ce qui indique que la rupture se fait dans l'épaisseur du film de colle appliqué et non pas au niveau de l'interface-même film-tôle. Exemple 2: Cet exemple a pour but d'illustrer la résistance à la pression qu'on peut obtenir pour des réservoirs fabriqués selon l'invention. A l'aide d'une tôle peinte et revêtue selon l'exemple 1, on fabrique un réservoir de cinq litres environ de capacité. Pour fabriquer ce réservoir, on met en forme des coquilles et on les assemble selon l'invention, les moyens d'assemblage mécanique à froid utilisés étant le sertissage. Les test d'étanchéité effectués montrent que ce réservoir résiste à une pression de environ 7 105 Pa et que la résistance à la pression n'est limitée que par la déformation des coquilles métalliques qui forment ce réservoir. Cette valeur de résistance à la pression est largement supérieure aux spécifications généralement souhaitée, de l'ordre de 0,4 105 Pa. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un réservoir en tôle d'acier, destiné à contenir un liquide et résistant à la pression d'un gaz, caractérisé en ce que - on revêt une bande de ladite tôle d'une couche à base de polymère thermoplastique semi-cristallin adaptée pour résister à la corrosion dudit liquide, - on découpe des flans dans ladite bande revêtue et on prépare des coquilles de forme adaptée pour réaliser ledit réservoir, dotées de zones d'assemblage, notamment de rebords d'assemblage, destinées à s'appliquer les unes contre les autres au moment de l'assemblage, lesdites coquilles étant préparées pour que la face revêtue de la tôle soit située à l'intérieur du réservoir et à l'interface des zones d'assemblage en contact, - pour former le réservoir, on assemble ensuite lesdites coquilles au niveau des zones d'assemblage, on consolide l'assemblage par des moyens d'assemblage mécanique à froid appliqués au niveau desdites zones d'assemblage, comme le sertissage ou le clinchage, et on chauffe lesdites couches polymères en contact au niveau de l'interface desdites zones, à une température supérieure à la température de fusion dudit polymère de façon à préparer un joint étanche de collage entre les coquilles. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite tôle d'acier est revêtue d'une couche métallique, notamment de zinc, d'aluminium, d'alliage de zinc ou d'alliage d'aluminium et/ou d'une couche de peinture. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit polymère thermoplastique semi-cristallin est à base de polyoléfine, notamment de polyéthylène ou de polypropylène. 4.- Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite polyoléfine est modifiée ou copolymérisée, notamment au niveau de son interface avec la tôle d'acier, avec au moins un produit de caractère polaire choisi de préférence parmi l'acide acrylique, I'acétate de vinyle, I'anhydride maléique et les esters acryliques. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit polymère thermoplastique semi-cristallin présente une température de transition vitreuse inférieure à +10 C environ. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit polymère thermoplastique semi-cristallin présente une masse moléculaire moyenne supérieure à 100 000, un taux de cristallinité supérieur à 60% et un paramètre de solubilité proche de celui dudit liquide à contenir. 7.- Réservoir métallique comprenant plusieurs coquilles en tôle d'acier assemblées d'une manière étanche, obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites coquilles sont revêtues intérieurement d'une couche de polymère thermoplastique semi-cristallin pour la protection contre la corrosion interne et en ce que ladite couche polymère sert de joint adhésif étanche de collage entre lesdites coquilles assemblées.