Brevet FR2782941A1 — publié le 20000310

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la réalisation en continu de plaques à structure alvéolaire ou de plaques à structure pleine dont le profil est variable dans sa longueur. Aucun des procédés existant actuellement dans le domaine de l'extrusion ne permet de réaliser en continu de façon convenable des plaques de longueur infinie en structure alvéolaire et en particulier en structure à nid d'abeilles à géométrie parfaite. 1o Certains procédés dans le domaine de l'extrusion de polymère permettent de réaliser en continu des plaques à structure alvéolaire de longueur infinie, cependant jusqu'à ce jour ces procédés ne permettaient pas d'obtenir une qualité géométrique et donc structurelle suffisante pour trouver des applications industrielles. Les mauvais résultats obtenus par ces procédés sont dus à la non prise en compte de la mémoire du plastique dans la réalisation de la structure. En effet, dans ces procédés, la formation de la structure alvéolaire a lieu de façon rapide au niveau de l'ensemble filière- matrice, ainsi quand le matériau est ensuite libéré sans s'être solidifié, il tend à revenir vers sa forme initiale en déformant la structure précédemment obtenue, d'o une mauvaise qualité structurelle. Le procédé proposé consiste à réaliser par extrusion continue une plaque pleine et plane, qui passe ensuite au travers de moules mobiles pour prendre la forme de la structure alvéolaire et se solidifier dans cet état. Ainsi, le procédé proposé permet lui d'effectuer la formation de la plaque à structure alvéolaire après l'ensemble filière-matrice et permet la solidification de la structure avant que celle-ci soit libérée. De cette façon, la structure alvéolaire obtenue est de qualité. En ce qui concerne la réalisation de plaque pleine dont le profil est variable sur sa longueur, aucun procédé dans le domaine de l'extrusion ne permet actuellement de réaliser des plaques de ce type ayant des applications industrielles. L'objet de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif pour permettre la réalisation en continu de plaques à structure alvéolaire ou de plaques à structure pleine dont le profil est variable dans sa longueur. Une plaque plane et pleine en matière extrudable est tout d'abord obtenue par extrusion continue. La matière extrudable pourra être par exemple un matériau polymère. Le -2- matériau extrudable pourra être renforcé par un produit de renforcement, de remplissage ou par des fils de renfort sans fin placés dans la plaque extrudée. Une fois la plaque extrudée et dans la continuité de l'extrusion, un moule mobile (se déplaçant avec la plaque et complètement fermé sauf sur ses faces perpendiculaires à son sens de déplacement) vient en continu se fermer pendant un certain temps sur la plaque extrudée pour donner à la plaque sa forme de structure alvéolaire ou de structure pleine à profil variable dans sa longueur. La structure alvéolaire pourra être par exemple une structure à nids d'abeille. Le dispositif permettant l'exécution du procédé est situé dans le prolongement de l'extrudeuse de plaque. Ce dispositif est constitué de 2 parties en vis-à-vis autour du plan d'extrusion, comprenant chacune au moins 2 courroies ou équivalent en mouvement perpétuel, sur lesquelles sont fixés des demi-moules, lesquels éléments viennent se mettre en contact avec leur vis-à-vis dans le plan d'extrusion de façon cyclique et pendant un certain temps pour former le moule mobile dans lequel la plaque prend sa structure alvéolaire ou sa structure pleine à profil variable dans sa longueur. Afin de permettre une meilleur fermeture des demi-moules, chaque demi moule pourra être mobile perpendiculairement au sens de déplacement de la courroie ou équivalent sur laquelle il est fixé, la position de chaque demi moule sur cette course perpendiculaire étant fonction de la position du demi-moule dans le cycle de moulage. Afin de faciliter le moulage de la plaque et ensuite afin de solidifier la plaque moulée, la plaque pourra être contrôlée thermiquement pendant toute la durée du procédé par l'utilisation d'un dispositif permettant de chauffer ou de refroidir les demi-moules sur des zones prédéterminées du cycle de moulage. Dans le cas de la réalisation d'une plaque à structure alvéolaire, celleci pourra comporter oune zone de séparation partielle ou complète située entre ses 2 faces ou située sur une de ses faces, par l'utilisation de demi-moules qui, lorsqu'ils sont mis en position de fermeture de moule, sontjoints au niveau du plan de moulage sur les 2 cotés parallèles au sens de déplacement du moule, mais ne sont pas joints sur une partie ou sur l'ensemble du motif alvéolaire. La plaque réalisée pourra être utilisée comme une couche dans le cadre d'un procédé d'extrusion multicouche par l'utilisation dans la continuité du dispositif proposé d'un dispositif d'extrusion multicouche. Les dessins annexes illustrent l'invention: La figure 1 représente en coupe le procédé selon l'invention. La figure 2 représente en coupe un détail d'une variante du procédé selon l'invention. La figure 3 représente un exemple de moule mobile pour la réalisation de plaques en structure à nids d'abeille. La figure 4 représente un schéma électrique de chauffage des moules mobiles. La figure 5 représente un exemple de contrôle thermique du moulage. La figure 6 représente deux exemples de demi-moules ayant des pas différents pour la réalisation de plaques en structure à nids d'abeille. La figure 7 représente deux exemples d'emboîtements de demi-moules ayant des pas différents pour la réalisation de plaques en structure à nids d'abeille. La figure 8 représente un exemple de demi-moule avec un motif plein introduit dans une série de demi-moules de motif type nids d'abeille. La figure 9 représente un exemple de demi-moules avec des motifs consécutifs différents. La figure 10 représente un exemple de plaque à structure pleine à profil variable dans sa longueur réalisable par le procédé. La figure 1 1 représente des exemples de moules mobiles symétriques et non symétriques. La figure 12 représente en coupe des plaques réalisables par le procédé avec des moules mobiles symétriques et non symétriques. La figure 13 représente en coupe une plaque avec deux couches différentes réalisée par une variante du procédé selon l'invention. En référence à ces dessins: Une plaque (1) d'épaisseur et de largeur constante est obtenue par extrusion continue, la tête d'extrusion ( 4) donnant à la plaque ses caractéristiques géométriques ( largeur et épaisseur) (figure 1). Le matériau utilisé est un matériau extrudable qui pourra être renforcé par un produit de renforcement, de remplissage ou par des fils de renfort sans fin placés dans la plaque lors de son extrusion. A la sortie de la tête d'extrusion, la plaque extrudée à la vitesse 'Vex' rentre dans l'installation constituée de 2 ensembles qui se font vis-à-vis ( 5 et 5'). Chaque ensemble étant de part et d'autre de la plaque. -4- Chaque ensemble ( 5 et 5') est constitué de roues ( 7 et 7', 8 et 8') qui assurent le déplacement à une vitesse linéaire 'Vc' de courroies (6 et 6'). Sur toute la circonférence de ces courroies sont montés des demi-moules ( 10 et 10'). Les roues ( 7 et 7', 8 et 8') sont positionnées de telle sorte que les demi-moules ( 10 et 10') viennent se fermer périodiquement sur la plaque dans son plan d'extrusion pendant une période fonction de Vc' et de l'écartement entre les roues ( 7 et 7', 8 et 8'). L'ensemble des demi-moules ( 10 et 10') venant se fermer sur la plaque à un instant donné forme un moule ( M) (figure 3) fermé et étanche sur les 4 côtés parallèles au sens 0o de déplacement de la plaque, mais ouvert sur les cotés perpendiculaires au sens de déplacement. Le moule ( M) est un moule en mouvement perpétuel se déplaçant à la vitesse 'Vc'. Le moule ( M) a une empreinte de structure alvéolaire ou de structure pleine à profil variable, ainsi la plaque (1) une fois rentrée dans le moule mobile (M) prend la forme de la structure alvéolaire ou de la structure pleine à profil variable ( 2) (figure 1) imposée par l'empreinte du moule. La structure alvéolaire pourra être une structure à nids d'abeille. Le système de courroie - roues qui permet la fermeture des demi-moules ( 10 et 10') peut être remplacé par tout autre système assurant la fermeture cyclique des demi-moules sur la plaque dans son plan d'extrusion pendant une période donnée et formant un moule (M) en mouvement perpétuel. Les demi-moules ( 10 et 10') sont mis en contact face à face au moyen de 2 courroies (6 et 6') montées en vis-à-vis. Cette mise en contact se fait avec un angle qui est fonction du diamètre de la roue à l'entrée du dispositif ( 7 et 7') et fonction de la largeur des demi- moules ( 10 et 10'). Cependant, il est possible d'envisager (figure 2) une mise en contact en parallèle, en donnant à chaque demi moule ( 10 et 10') un degré de liberté perpendiculairement au sens de déplacement de la courroie ou équivalent ( 6 ou 6') sur laquelle il est fixé. La position de chaque élément de moule sur cette course perpendiculaire étant fonction de la position du demi-moule ( 10 et 10') dans le cycle de rotation. Il est à remarquer que lors de ce moulage, il faudra veiller à la conservation du flux de matière, le flux de matière extrudée devra être égal au flux de matière moulée. Cette égalité sera obtenue en réglant la vitesse d'extrusion 'Vex' par rapport à la vitesse d'avance des moules 'Vc'. Le rapport de 'Vex' sur 'Vc' sera fonction des caractéristiques géométriques de la plaque extrudée et de la plaque moulée. -5 - Lors de l'étape du moulage, différentes tecmhniques de contrôle thermique de la plaque extrudée puis moulée peuvent être utilisées selon le type de matériau constituant cette plaque. Des résistances thermiques ( 1 1 et 1 1') peuvent être utilisées (figure 4) pour permettre de chauffer les demi-moules (10 et 10') et ainsi faciliter le moulage de la plaque en structure alvéolaire ou en structure pleine à profil variable ( 2). io Ces résistances thermiques ( 1 1 et 1 1') sont mises en contact avec les conducteurs de zone ( 13 et 13') au moyen de balais ( 12 et 12'). Les conducteurs de zone (13 et 13') sont reliés à une source de tension réglable ( 9 et 9'). Ainsi, les résistances thermiques (11 et 11') peuvent être utilisées de 0 à 100% de leur puissance en fonction de la tension choisie. A chaque zone, une tension différente peut être associée, et ainsi chaque zone peut être contrôlée thermiquement de façon indépendante. Par exemple (figure 5), sur une première zone ( zone 1) représentant la zone o la plaque extrudée ( 1) prend sa forme ( 2), les résistances thermiques seront utilisées à 100% de leur puissance, puis sur une deuxième zone ( zone 2) les résistances seront utilisées à 80 % de leur puissance pour enlever les contraintes résiduelles dans la structure moulée ( 2). De la même façcon d'autres zones ( zone 3, zone 4,...) peuvent être définies pour assurer le contrôle thermique de la structure moulée ( 2). Dans le cas de matériaux polymères, il est important qu'une fois la structure moulée ( 2) obtenue, la structure reste tenue dans son moule ( M) pendant un temps suffisamment long associé à un chauffage si nécessaire pour permettre de 'mémoriser' sa nouvelle forme et donc d'éviter, lors du démoulage, des problèmes de déformations dus à la mémoire' du plastique. Il est aussi possible avant le démoulage de refroidir la structure ( par jet d'eau, par soufflage d'azote ou tout autre procédé de refroidissement) afin de figer la structure moulée dans sa position. La structure moulée est alors libérée ( 3) (figure 1) et a pour forme, au retrait près, la forme donnée par le moule ( M). La structure alvéolaire ou structure pleine à profil variable dans sa longueur obtenue (3) est ainsi une structure de qualité. -6- Les demi-moules ( 10 et 10') peuvent avoir une largeur ou plutôt un pas différent. Par exemple, dans le cas d'une structure alvéolaire de type nids d'abeille, le pas peut être d'une cellule, de deux cellules, de trois cellules ou plus (figure 6). Il est à noter que si le pas est de 2n+l cellules, il y aura obligatoirement deux types différents de demi-moules pour que la liaison entre 2 demi-moules consécutifs ( 10 et 10') puisse se faire, par contre si le pas est de 2n cellules un seul type de demi-moules suffira (figure 7). De même que les demi-moules ( 10 et 10') consécutifs peuvent avoir des pas différents, ils peuvent aussi avoir des structures de types différents, ceci dans la mesure o les demi- io moules consécutifs se joignent sur toute leur longueur (figures 8 et 9). De même, les 2 demi-moules (10 et 10') qui se font vis-à-vis peuvent être différents, dans la mesure o les 2 demi-moules une fois en position de fermeture sont joints au niveau du plan de moulage sur les 2 cotés parallèles au sens de déplacement du moule. Par exemple dans le cas d'une structure alvéolaire, les demi-moules peuvent être non symétriques et être, lorsqu'ils sont en position de fermeture, joints au niveau du plan de moulage sur les 2 cotés parallèles au sens de déplacement du moule, mais non joints sur une partie ou sur l'ensemble du motif alvéolaire (figures l 1-b, 1 1-c), ce qui donnera alors une plaque à structure alvéolaire possédant entre ses faces ou sur une de ses faces une zone de séparation partielle ou complète (figures 12-b, 12-c). Une structure alvéolaire peut avoir des alvéoles de différentes tailles, voire de taille nulle, ce qui correspond alors à une structure pleine. Ainsi, de la même façon qu'il est possible de réaliser des plaques à structure alvéolaire par ce procédé, il est possible de réaliser des plaques pleines. Cependant, il est intéressant d'utiliser ce procédé pour réaliser des plaques à structure pleine uniquement si ce type de plaque n'est pas réalisable par une extrusion classique. Ainsi, il n'est pas intéressant de réaliser par ce procédé des plaques dont le profil est constant sur toute sa longueur, puisque de telles plaques sont réalisables par une extrusion classique. Par contre, il est très intéressant d'utiliser ce procédé pour la réalisation de plaques pleines dont le profil est variable dans sa longueur ( figure 10). Il est aussi possible d'utiliser la plaque réalisée comme une des couches dans le cadre d'une extrusion multicouche (figure 13). La plaque sera donc tout d'abord extrudée, ensuite moulée, puis enfin recouverte d'une ou plusieurs autres couches. -7 - Ce procédé permet la réalisation de plaques de longueur infinie en structure alvéolaire ou à structure pleine à profil variable sur sa longueur. Ceci à un coût réduit, puisque ces plaques sont faites dans la continuité d'une extrusion continue. Ce procédé permet entre autres de produire en continu et à un coût réduit des plaques en structure à nids d'abeille de longueur infinie, structure à la fois légère, solide, et donc très intéressante dans de nombreux domaines industriels. Il est à noter que les différents modes de fabrication actuels de plaques en nids d'abeille restent coûteux, limitant ainsi l'utilisation des plaques en structure à nids d'abeille aux domaines industriels de pointe. 0o Le procédé proposé, de par son coût de réalisation réduit, permettra donc de vulgariser l'utilisation des plaques en structure à nids d'abeille à de nombreux domaines industriels autres que les secteurs de pointe. Ce procédé permet aussi de réaliser des plaques à structure alvéolaire ou à structure pleine à profil variable possédant des types de structures différentes dans leur longueur (succession de types de structures qui reviennent de façon cyclique le long de cette plaque), ceci en utilisant des demi-moules consécutifs de motifs différents. Cette possibilité est intéressante dans le cadre d'applications industrielles spécifiques. Par exemple, dans le cas d'une plaque à structure alvéolaire, un motif plein introduit dans le cycle de moulage (figure 8) peut permettre la fixation de cette plaque sur un support. Ce procédé permet aussi de réaliser des plaques à structure pleine dont le profil est variable dans le sens de sa longueur ( figure 10), ce qui est irréalisable par une extrusion classique. La réalisation en continu de plaques à structure pleine dont le profil est variable dans sa longueur, à un coût réduit, a de nombreuses applications industrielles. Par ce procédé, il est aussi possible de produire des plaques en structure alvéolaire possédant entre ses faces ou sur une de ses faces une zone de séparation partielle ou complète (figures 12-b, 12-c). Une plaque en structure alvéolaire possédant une surface de séparation entre ses 2 faces ou sur une de ses faces présente des applications industrielles supplémentaires. En effet, dans certaines applications il est nécessaire d'avoir une plaque ayant pour fonction, entre autres, de séparer 2 milieux l'un de l'autre. De même, dans la continuité du procédé proposé, de la même façon que lors de la réalisation de plaque multicouche (figure 13), il est possible de superposer sur la plaque réalisée une couche supplémentaire. La matière utilisée pour cette deuxième couche peut être une matière différente de celle utilisée pour réaliser la structure alvéolaire ou la structure pleine à profil variable. -8- Dans le cas, d'une plaque en structure alvéolaire, le produit obtenu est alors une plaque en structure alvéolaire fermée sur I de ses faces ou sur ses 2 faces. Un tel produit à de nombreuses applications industrielles de par ses caractéristiques thermiques et acoustiques. De plus, le fait que l'une des faces de cette plaque puisse être d'une matière différente du reste de la plaque permet encore d'accroître le champ des applications de ce type de plaque. Par exemple, la plaque en structure alvéolaire peut être en polymère et avoir une face en acier. Un avantage du dispositif est de pouvoir utiliser sur la même installation soit des demi- io moules de pas différents, soit des demi-moules consécutifs de motifs différents, soit des demi-moules en vis-à-vis différents, ou soit une combinaison de ces 3 possibilités. Le dispositif permet ainsi de pouvoir réaliser, avec la même installation en changeant uniquement les demi-moules, des plaques en structure alvéolaire ou en structure pleine à profil variable de types très variés. Ce procédé permet donc la réalisation, à coût réduit et sur une même installation, de plaques en structure alvéolaire ou de plaques pleines à profil variable, de longueur infinie, de types très variés, et utilisables dans de nombreux domaines industriels. -9- REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication en continu d'une plaque à structure alvéolaire ou à structure pleine à profil variable dans sa longueur à partir d'un matériau extrudable, caractérisé en ce qu'une plaque plane et pleine en matériau extrudable ( 1) est réalisée par extrusion continue, et qu'ensuite sur cette plaque vient en continu se fermer pendant un certain temps et dans la continuité de l'extrusion un moule mobile ( M) qui donne à la plaque sa forme de structure alvéolaire ou de structure pleine à profil variable dans sa longueur ( 2), le dit moule mobile se déplaçant avec la plaque et étant complètement fermé sauf sur ses faces perpendiculaires à son sens de déplacement. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau extrudable est renforcé par un produit de renforcement, de remplissage ou par des fils de renfort sans fin placés dans la plaque extrudée avant le moulage de sa structure. 3. Procédé selon la revendication I ou la revendication 2 caractérisé en ce que la plaque est contrôlée thermiquement pendant toute la durée du procédé. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, dans le cas d'une plaque à structure alvéolaire, celle-ci comporte une zone de séparation partielle ou complète située entre ses 2 faces ou située sur une de ses faces. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la plaque réalisée est utilisée comme une couche dans le cadre d'un procédé d'extrusion multicouche. 6. Dispositif pour l'exécution du procédé selon l'une quelconque des revendications de 1 à 5 caractérisé en ce que dans le prolongement d'une extrudeuse de plaque est disposé un ensemble constitué de 2 parties en vis-à-vis ( 5 et 5') autour du plan d'extrusion, comprenant chacune au moins 2 courroies ou équivalent (6 et 6') en mouvement perpétuel, sur lesquelles sont fixés des demi-moules ( 10 et 10'), lesquels éléments viennent se mettre en contact avec leur vis-à-vis dans le plan d'extrusion de façon cyclique et pendant un certain temps pour former un moule mobile ( M) dans lequel la plaque prend sa structure alvéolaire ou sa structure pleine à profil variable dans sa longueur, le dit moule mobile se déplaçant avec la plaque extrudée et étant complètement fermé sauf sur ses faces perpendiculaires à son sens de déplacement. - 10- 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que les éléments de demi-moules ( 10 et 10') sont chauffés ou refroidis sur des zones prédéterminées. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7 caractérisé en ce que les éléments de demi- moules ( 10 et 10') permettant la réalisation de plaques à structure alvéolaire, lorsqu'ils sont mis en position de fermeture de moule ( M), sont joints au niveau du plan de moulage sur les 2 cotés parallèles au sens de déplacement du moule, mais ne sont pas joints sur une partie ou sur l'ensemble du motif alvéolaire, afin de pouvoir réaliser une structure alvéolaire comportant une zone de séparation partielle ou complète entre les 2 faces de la plaque ou sur une de ses faces. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 6 à 8 caractérisé en ce que chaque demi moule ( 10 et 10') est mobile perpendiculairement au sens de déplacement de la courroie ou équivalent ( 6 ou 6') sur laquelle il est fixé, la position de chaque demi moule sur cette course perpendiculaire étant fonction de la position du demi-moule dans le cycle de moulage. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 6 à 9 caractérisé en ce que dans la continuité du dispositif la plaque réalisée est utilisée comme une des couches d'un dispositif d'extrusion multicouche pour réaliser une plaque multicouche.