Brevet FR2773514A1 — publié le 19990716

Procédé de fabrication d'une nappe souple et d'une âme de panneau composite fortement chargée en résine. L'invention concerne un procédé de fabrication d'âme de panneau composite dans lequel - on prépare une nappe souple en imprégnant au moins une bande fibreuse souple, notamment d'étoffe textile, par une résine thermodurcissable, - on moule ladite nappe souple imprégnée et on cuit cette résine pour obtenir l'âme rigidifiée. Le brevet EP 0 436 419 décrit des âmes destinées à la fabrication de panneaux composites, notamment pour bâtiment. De tels panneaux composites sont par exemple fabriqués par collage de deux parements plans en tôle d'acier de part et d'autre d'une âme légère : il s'agit donc ici de panneaux sandwich. L'âme légère mais résistante est constituée d'une nappe fibreuse imprégnée de résine durcie qui présente des motifs en relief, comme des alvéoles, s'étendant perpendiculairement au plan général de l'âme il s'agit donc d'une âme tri-dimensionnelle. Les alvéoles forment par exemple un réseau de cupules tronconiques. La hauteur des alvéoles détermine la distance entre les parements, c'est à dire l'épaisseur des panneaux. On prépare généralement ces types d'âme à partir d'au moins une bande souple de fibres, notamment d'étoffe de fibres tissées ou non tissées, et d'une résine thermodurcissable non réticulée pour imprégner la bande. De préférence, on utilise des étoffes tricotées. Plusieurs bandes souples peuvent être superposées pour former l'âme, la résine servant alors non seulement à rigidifier les bandes, mais également à les coller entre elles pour former la nappe , on a alors affaire à une âme dite stratifiée. L'invention concerne tout particulièrement les âmes stratifiées fortement chargées en résine comprenant au moins deux bandes fibreuses superposées. On entend par âme fortement chargée en résine notamment une âme pour lesquelles la charge de résine est supérieure à la densité surfacique des bandes souples fibreuses avant imprégnation. L'imprégnation de charges importantes de résine dans ce type d'âme pose des problèmes: - le choix de la méthode d'imprégnation des bandes doit être adapté en effet, par simple trempage d'une bande dans une solution de résine, on ne peut pas, en général, atteindre des charges suffisamment élevées. - le niveau élevé d'imprégnation engendre des problèmes d'encrassement du moule par de la résine transférée de l'intérieur de l'âme sur les parois du moule, notamment dans la phase de début de la cuisson-moulage, au moment où la viscosité de cette résine d'imprégnation diminue fortement. Cet encrassement du moule entraîne des problèmes de démoulage. Pour fabriquer une nappe très chargée en résine, une solution à ces problèmes consiste à utiliser des sandwichs d'empilement de plusieurs bandes (ou étoffes) souples et à intercaler des films souples de prépolymères thermodurcissables entre chaque bande en choisissant convenablement l'épaisseur des films intercalés, on parvient alors à maîtriser la charge en polymère ou résine. Mais ces films prépolymères thermodurcissables sont très onéreux. Pour éviter les risques d'encrassement du moule par de la résine d'imprégnation en cours de cuisson, on peut utiliser des bandes souples d'extrémité de l'empilement (première et dernière bandes) de nature différente et adaptée pour former barrière au transfert de résine vers les parois du moule. Ces bandes souples d'extrémité, qui ne sont pas forcément fibreuses, sont donc imperméables à de la résine d'imprégnation à l'état liquide, de telle sorte que la résine d'imprégnation du coeur de l'âme reste bien isolée de la paroi du moule pendant la cuisson-moulage et ne risque plus d'encrasser la paroi du moule. Mais de telles bandes d'extrémité présentent également des inconvénients , elles sont notamment plus difficiles à faire adhérer aux parements du panneau que des bandes classiques fibreuses perméables à la résine. En effet, dans le cas classique où les bandes d'extrémité de l'empilement sont perméables à la résine, il se produit un enrobage des fibres de ces bandes externes par de la résine sur laquelle il est plus facile de coller les parements que sur des fibres non enrobées. Dans le cas où les bandes d'extrémité de l'empilement sont imperméables à la résine, I'absence de résine sur les faces externes de l'empilement nuit à la qualité de l'adhérence des parements ; le panneau composite obtenu avec de telles âmes peut être également plus sensible à la reprise d'humidité. L'invention a pour but d'offrir un moyen plus économique pour la fabrication de nappes et d'âmes fortement chargées en résine et d'éviter l'encrassage des moules lors de la fabrication des âmes. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une nappe souple stratifiée imprégnée de résine thermodurcissable destinée à la fabrication, par cuisson et moulage, d'une âme de panneau composite présentant des motifs en relief, caractérisé en ce que: - on prépare ladite nappe souple par empilement d'au moins deux bandes fibreuses superposées, - on applique ladite résine d'imprégnation à l'état de poudre par saupoudrage et/ou à l'état fondu par extrusion en quantité suffisante pour que, dans ladite nappe stratifiée: - la charge surfacique de résine soit supérieure à la densité surfacique des bandes fibreuses non imprégnées; - la zone imprégnée de résine soit strictement comprise entre la première et la dernière bande de l'empilement. L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - après imprégnation et empilement des bandes, on calandre ladite nappe stratifiée à une température comprise entre la température de fusion de la résine non réticulée et sa température de début de réticulation. - lesdites bandes souples sont des étoffes de fibres tissées ou non tissées. - lesdites bandes souples sont tricotées et présentent un allongement à la rupture supérieur à 100 %. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une âme de panneau composite par cuisson et moulage d'une nappe réalisée par un procédé selon l'invention, caractérisé en ce que, préalablement à l'étape de cuisson et de moulage à proprement parler, on effectue un préchauffage de ladite nappe dans des conditions adaptées, d'une part, pour obtenir une augmentation importante de la viscosité de la résine imprégnant les bandes fibreuses d'extrémité de l'empilement, et, d'autre part, pour ne pas limiter la formabilité de la nappe stratifiée. L'invention peut également présenter la caractéristique suivante - si Tp désigne la température de préchauffage et si Tç désigne la température de cuisson, on a : Tç -80 C 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 d'âme de panneaux sandwich comporte d'une manière classique - des moyens pour imprégner de résine une bande souple, notamment une bande d'étoffe de fibres tissées ou non tissées - des moyens pour empiler, appliquer et assembler différentes bandes imprégnées les unes sur les autres afin de former une nappe souple stratifiée - des moyens de cuisson-moulage adaptés pour chauffer les nappes stratifiées au dessus de la température de réticulation de la résine et pour former les motifs en relief, comme des alvéoles, destinés à séparer les deux parements des panneaux. Comme moyen d'imprégnation, on peut utiliser par exemple des moyens de poudrage ou des moyens d'enduction de résine à l'état fondu comme des moyens d'extrusion. Comme moyen pour empiler, appliquer et assembler différentes bandes imprégnées les unes sur les autres, on peut utiliser par exemple des moyens de calandrage Comme moyens de cuisson-moulage, on peut utiliser un moule chauffant discontinu assurant simultanément les deux fonctions de cuisson et de moulage, ou des moyens de cuisson et des moyens de moulage indépendants. Dans le second cas, comme moyen de cuisson, on peut utiliser un four tunnel et comme moyen de moulage, on peut utiliser un dispositif comprenant deux cylindres superposés tournant en sens contraires dont la surface présente les motifs en relief à mouler sur la nappe cette solution permet d'effectuer la cuisson et le moulage en continu. Ces moyens d'imprégnation, de calandrage et de cuisson-moulage sont connus en eux-mêmes et ne seront pas décrits ici en détail. A titre d'exemple non limitatif, on va maintenant décrire le procédé de préparation d'une nappe stratifiée comportant deux bandes imprégnées superposées. On choisit une bande souple de textile tissé. On choisit une résine d'imprégnation réticulable thermiquement présentant une température de fusion largement inférieure à la température de début de réticulation : répond par exemple à ce critère une résine à base de prépolymère polyuréthanne bloqué comprenant au moins un polyol, au moins un isocyanate comme durcisseur et un agent de blocage de réticulation. Comme autre type de résine d'imprégnation, on peut choisir par exemple une résine de type époxy réticulable thermiquement ou par rayonnement. Dans un premier mode de réalisation d'une nappe souple stratifiée, la résine est mise en oeuvre sous forme de poudre ; de préférence, le diamètre moyen des grains de la poudre est supérieur à la maille des bandes textiles utilisées a- on déroule une première bande textile b- à l'aide de moyens de poudrage, on saupoudre la résine sur la bande déroulée, en appliquant localement la quantité de résine souhaitée c- on applique une deuxième bande textile sur la face saupoudrée de la première bande pour obtenir une nappe stratifiée d- à l'aide des moyens de calandrage à rouleaux chauffants, on calandre à chaud la nappe stratifiée sous une pression suffisamment forte pour provoquer le collage des bandes de la nappe stratifiée, mais suffisamment faible pour empêcher la migration de la résine au travers des mailles textiles des bandes vers l'une des faces externes de la nappe. Dans le cas de l'emploi d'une résine autobloquée, on calandre de préférence à une température supérieure à la température de fusion de la résine mais largement inférieure à sa température de réticulation. On obtient ainsi une nappe souple imprégnée présentant une forte charge de résine selon le premier mode de réalisation. Selon une variante de ce premier mode de réalisation, après saupoudrage de la résine sur la première bande: - on fond et/ou on rammollit par chauffage la résine sur cette bande, - puis, après application de la deuxième bande, on calandre à une température inférieure à la température de fusion de la résine, mais de préférence supérieure à la moitié de la valeur de cette température de fusion. L'opération de calandrage est aussi qualifiée de complexage. Dans un deuxième mode de réalisation d'une nappe souple stratifiée, la résine est mise en oeuvre à l'état fondu, par exemple par extrusion a- on déroule une première bande textile; b- à l'aide de moyens d'extrusion doté d'une filière plate, on extrude une couche de résine sur la bande déroulée, en appliquant localement la quantité de résine souhaitée, à une température supérieure à la température de fusion de la résine, mais largement inférieure à sa température de réticulation c- on applique une deuxième bande textile sur la face revêtue de la première bande pour obtenir une nappe stratifiée d- à l'aide des moyens de calandrage, on calandre la nappe stratifiée. On obtient ainsi une nappe souple imprégnée présentant une forte charge de résine selon le deuxième mode de réalisation. Dans tous les modes de réalisation présentés, la charge d'imprégnation est donc appliquée sans solvant, ce qui présente un avantage important vis à vis de l'environnement, cette charge d'imprégnation peut être adaptée localement, selon les propriétés mécaniques requises pour l'âme, après mise en forme et cuisson. Le chauffage au moment du calandrage est particulièrement important pour bien fixer et répartir la résine au sein de la nappe stratifiée, afin de pouvoir ensuite manipuler la nappe sans précautions particulières, tout en conservant, en toutes zones de la nappe, la charge d'imprégnation initiale. A l'aide de ce procédé économique, on parvient donc à des charges d'imprégnation élevées et parfaitement maîtrisées qui, notamment, peuvent dépasser la densité surfacique de bandes fibreuses brutes (non imprégnées) dans la nappe. II est ainsi courant des dépasser des charges d'imprégnation supérieures à 150 g/m2. On peut éventuellement enrouler la nappe souple ainsi imprégnée et la stocker dans des conditions adaptées à la stabilité de la résine à l'état non réticulé. A partir des nappes imprégnées d'une charge élevée en résine, on peut fabriquer des âmes tridimensionnelles de panneaux composites, en procédant d'une manière connue en elle-même par cuisson et moulage de nappes dans des conditions de durée et de température adaptées pour faire réticuler aussi complètement que possible la résine d'imprégnation. On obtient alors des âmes rigides et mises en forme. En collant alors des parements sur les deux faces opposées de l'âme, on obtient alors un panneau composite. Selon une variante avantageuse de l'invention, afin de limiter les risques d'encrassage du moule qui sont très importants dans les cas de charges élevées de résine, on effectue, avant la cuisson-moulage, une étape de préchauffage de la nappe à une température adaptée pour parvenir à un début de réticulation de la résine, notamment sur les faces externes de la nappe. De préférence, les moyens de chauffage utilisés pour cette étape de préchauffage sont des moyens de chauffage par irradiation infrarouge, qui sont particulièrement adaptés pour le chauffage des faces externes de la nappe. La température et la durée de préchauffage sont choisies - à des niveaux suffisamment élevés pour obtenir une augmentation importante de la viscosité de la résine imprégnant les bandes fibreuses d'extrémité (première et dernière bandes de l'empilement formant la nappe à cuire et à mouler), cette augmentation traduisant le début de réticulation - à des niveaux suffisamment faibles pour ne pas limiter la formabilité de la nappe stratifiée. De préférence, dans le cas où on préchauffe la nappe sans pression, c'est à dire que la nappe est libre de toute contrainte en dehors de celle de son propre poids, on choisit la température de préchauffage (Tp) par rapport à la température de cuisson (Tc) selon le critère suivant Tç -80 C Dans le cas où le temps de préchauffage est très supérieur au temps de cuisson, il est préférable de choisir Tp proche de Tç -80 C. Dans le cas où le temps de préchauffage est très inférieur au temps de cuisson, il est préférable de choisir Tp proche de Tc -30 C. Ainsi, grâce à cette étape de préchauffage, lorsqu'on effectue ensuite d'une manière classique la cuisson et le moulage de la nappe, on limite encore les risques d'encrassement du moule. En effet, puisque, au moment de la cuisson et du moulage, la résine est très visqueuse au niveau des faces externes de la nappe stratifiée et entre les fibres des bandes d'extrémité, on limite les transferts de résine sur le moule et donc les risques d'encrassement. On évite ainsi d'encrasser le moule tout en utilisant, au départ, des bandes fibreuses perméables à la résine liquide même pour les première et dernière bandes de l'empilement,l'étape préalable de préchauffage permet en effet d'éviter, dans l'étape ultérieure de cuisson-moulage, tout risque de transfert de résine vers le moule, notamment lors de la chute de viscosité de la résine en début de cuisson. L'exemple suivant illustre l'invention On prépare une nappe souple stratifiée à partir de bandes d'étoffes textiles de polyester dont la densité surfacique est de 1 50 g/m2 et de résine de type époxy en poudre. On prépare cette nappe souple par empilement de deux bandes superposées en ayant appliqué par saupoudrage la poudre de résine entre les deux bandes en quantité suffisante pour atteindre une charge de résine de 450 g/m2. Ainsi, la charge surfacique de résine correspond à 1,5 fois la densité surfacique des bandes fibreuses non imprégnées et la zone imprégnée de résine est strictement comprise entre la première et la deuxième bande de l'empilement. La réalisation de la nappe souple présente les étapes suivantes - saupoudrage de résine sur une bande - fusion de la résine à 110"C pendant 1 minute, - complexage avec la deuxième bande de l'empilement à 80"C. La réalisation de l'âme en relief présente ensuite les étapes suivantes: - préchauffage sans pression de la nappe souple à 1800C pendant 80 à 120 secondes; - puis, moulage à 230"C pendant 120 secondes. Selon ce mode opératoire, on ne rencontre aucun problème de démoulage et on conserve une capacité de formage de la nappe identique à celle qu'on obtiendrait lorsqu'on applique la résine d'imprégnation par voie liquide. L'âme obtenue présente une résistance mécanique élevée , on n'observe aucune dégradation des performances mécaniques de cette nappe après une opération de vieillissement humide accéléré. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'une nappe souple stratifiée imprégnée de résine thermodurcissable destinée à la fabrication, par cuisson et moulage, d'une âme de panneau composite présentant des motifs en relief, caractérisé en ce que: - on prépare ladite nappe souple par empilement d'au moins deux bandes fibreuses superposées, - on applique ladite résine d'imprégnation à l'état de poudre par saupoudrage et/ou à l'état fondu par extrusion en quantité suffisante pour que, dans ladite nappe stratifiée: - la charge surfacique de résine soit supérieure à la densité surfacique des bandes fibreuses non imprégnées - la zone imprégnée de résine soit strictement comprise entre la première et la dernière bande de l'empilement. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, après imprégnation et empilement des bandes, on calandre ladite nappe stratifiée à une température comprise entre la température de fusion de la résine non réticulée et sa température de début de réticulation. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdites bandes souples sont des étoffes de fibres tissées ou non tissées. 4.- Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que lesdites bandes souples sont tricotées et présentent un allongement à la rupture supérieur à 100 %. 5.- Procédé de fabrication d'une âme de panneau composite par cuisson et moulage d'une nappe réalisée par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, préalablement à l'étape de cuisson et de moulage à proprement parler, on effectue un préchauffage de ladite nappe dans des conditions adaptées, d'une part, pour obtenir une augmentation importante de la viscosité de la résine imprégnant les bandes fibreuses d'extrémité de l'empilement, et, d'autre part, pour ne pas limiter la formabilité de la nappe stratifiée. 6.- Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que, si Tp désigne la température de préchauffage et si Tç désigne la température de cuisson, on a:T 800C