Brevet FR2813818A1 — publié le 20020315

- 1 - Corps creux multicouche, procédé pour la fabrication d'un tel corps creux et moule de compression-soufflage La présente invention concerne un corps creux en matière plastique de structure polymérique multicouche. Les corps creux en matière plastique de structure polymérique multicouche ont été développés pour répondre à des besoins d'utilisation qui exigent des propriétés ne pouvant être conférées par une seule matière thermoplastique. On a notamment fait appel à cette technique lorsqu'il s'est agit de fabriquer des corps creux en matière plastique qui présentent à la fois une rigidité élevée à 1 0 température ordinaire et une bonne imperméabilité vis-à-vis de liquides et de gaz qu'ils sont destinés à contenir. Dans ce cas, la fonction d'imperméabilisation est généralement conférée par une couche interne à la structure, de faible épaisseur et de faible résistance mécanique, qui est réalisée en un matériau se comportant comme une barrière vis-à-vis des liquides et des gaz contenus dans le corps creux. Une technique de réalisation de corps creux en matière plastique de structure polymérique multicouche consiste actuellement à assembler deux éléments de structure multicouche semblable, ou plus, par soudage. On assiste par ailleurs à une diminution importante des quantités de vapeur et de liquide admissibles qui s'échappent dans l'environnement des récipients contenant des matières organiques. Dans le domaine des réservoirs à carburant, de nouvelles normes imposant des limites extrêmement faibles de pertes admissibles entreront très prochainement en vigueur. Dans les corps creux fabriqués comme décrit plus haut par assemblage d'éléments multicouches soudés, la zone des plans de soudure présente une imperméabilité affaiblie, étant donné l'écrasement de la structure multicouche dans le plan de soudure, ce qui. provoque habituellement un repli des couches d'un élément sur celle de l'élément soudé et le soudage de la couche interne de chaque élément avec celle de l'autre élément. Il en résulte généralement une discontinuité dans la couche barrière de la structure du corps creux produit, donnant lieu de ce fait à un chemin préférentiel pour les fuites de vapeur et de liquide. -2 - On connaît la demande de brevet japonais N JA-63/178931 qui décrit des plans de joint résultant de l'assemblage de structures multicouches dans lesquels les extrémités des couches barrière se rejoignent en un point à l'intérieur du bourrelet de soudure. L'imperméabilité obtenue avec de tels joints n'est cependant pas encore suffisante pour parvenir à respecter les limites très basses imposées par les nouvelles normes, étant donné les difficultés à maintenir le contact entre l'extrémité des couches barrière de chaque élément sur toute la longueur du cordon de soudure. L'invention a pour but de fournir un corps creux qui présente un niveau de perméabilité aux plans de soudure sensiblement plus faible encore que celui obtenu avec les procédés connus basés sur la recherche du contact entre l'extrémité des couches barrière et qui puisse rencontrer les exigences imposées par les nouvelles normes environnementales. A cet effet l'invention concerne un corps creux en matière plastique de structure polymérique multicouche comprenant au moins une couche barrière interne imperméable aux gaz et aux liquides, dans lequel au moins deux éléments de structure semblable sont soudés l'un à l'autre, caractérisé en ce que les éléments soudés se prolongent vers l'extérieur du corps creux par un appendice comprenant les couches barrière. Par corps creux, on désigne toute structure dont la surface présente au moins une partie vide ou concave. De préférence le corps creux désigne ici une structure fermée destinée à contenir un liquide et/ou un gaz. Particulièrement préférés sont les cuves et les réservoirs. Le corps creux peut présenter des orifices percés dans son enveloppe et permettant la communication avec l'environnement extérieur. Généralement, le corps creux présente au plus 10 orifices. Les tubes sont le plus souvent exclus des corps creux selon l'invention. Par matière plastique, on désigne toute matière comprenant au moins un polymère. Les polymères thermoplastiques sont préférés. On désigne par le terme "polymère" aussi bien les homopolymères que les copolymères (binaires ou ternaires notamment). Des exemples de tels copolymères sont, de manière non limitative: les copolymères à distribution aléatoire, les copolymères séquences, les copolymères à blocs et les copolymères greffés. Les polymères thermoplastiques comprennent aussi les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges. -3 - Tout type de polymère ou de copolymère thermoplastique dont la température de fusion est inférieure à la température de décomposition conviennent. Les matières thermoplastiques de synthèse qui présentent une plage de fusion étalée sur au moins 10 degrés Celsius conviennent particulièrement bien. Comme exemple de telles matières, on trouve celles qui présentent une polydispersion de leur masse moléculaire. En particulier, on peut trouver dans le corps creux des polyoléfines, des polyoléfines greffées, des polyesters thermoplastiques, des polycétones, des polyamides et leurs copolymères. Un polymère souvent présent dans le corps creux est le polyéthylène. D'excellents résultats ont été obtenus avec du polyéthylène haute densité (PEHD). Un copolymère souvent utilisé est le copolymère éthylène - alcool vinylique (EVOH). Un mélange de polymères ou de copolymères peut aussi être utilisé, de même qu'un mélange de matières polymériques avec des charges inorganiques, organiques et/ou naturelles comme, par exemple, mais non limitativement: le carbone, les sels et autres dérivés inorganiques, les fibres naturelles ou polymériques. Selon l'invention, la matière plastique du corps creux est de structure polymérique multicouche. De telles structures multicouches sont constituées de couches polymériques empilées et solidaires comprenant au moins un des polymères ou copolymères décrits supra Elles peuvent être obtenues à l'aide d'une tête de coextrusion ou par une technique de recouvrement total ou partiel d'une couche substrat par une ou plusieurs autres couches. Un exemple de la technique de recouvrement est la projection de matière thermoplastique sur la couche substrat par pistolage. Le corps creux conforme à l'invention comprend au moins une couche barrière. Cette couche se trouve située à l'intérieur de la structure polymérique multicouche et est par conséquent entourée de chaque côté par au moins une couche de matière plastique dont les propriétés barrière sont plus faibles. Le plus souvent, les couches situées de part et d'autre au voisinage d'une couche barrière présentent des propriétés barrière peu significatives. Par couche barrière, on entend une couche imperméable aux gaz et aux liquides. Elle comprend généralement une résine barrière. Toute résine barrière connue peut être présente dans le corps creux, pour autant qu'elle soit efficace vis-à-vis des fluides susceptibles de se trouver en contact avec ce corps creux, en - 4 - particulier des hydrocarbures et qu'elle soit compatible avec la technique de fabrication de la structure multicouche. Parmi les résines possibles, on peut citer, de manière non limitative, les polyamides ou copolyamides et les copolymères statistiques d'éthylène et d'alcool vinylique. Un mélange de différentes résines barrières est aussi possible. De très bons résultats ont étés obtenus avec un corps creux comprenant une résine barrière en copolymère statistique d'éthylène et d'alcool vinylique. Selon l'invention, le corps creux comprend au moins deux éléments soudés l'un à l'autre. Par le vocable élément, il faut comprendre toute pièce ou toute partie de pièce de structure polymérique multicouche dont la forme présente une surface plane ou une surface dont au moins une partie est concave. De préférence, le corps creux comprend un nombre d'éléments ne dépassant pas 10. Particulièrement préféré est le corps creux qui comprend au plus 5 éléments. Un corps creux à 2 éléments soudés a donné d'excellents résultats. Selon l'invention, les éléments sont de structure semblable. On entend par là que la structure de chacun des éléments comprend un nombre de couches ne différant pas entre eux de plus de 3 unités et, de préférence, pas de plus de 2 unités et que les natures des polymères intervenant dans les couches qui se correspondent de part et d'autre de la surface de soudure sont compatibles du point de vue chimique et du point de vue de leurs aptitudes à l'assemblage par soudage. On préfère un corps creux dans lequel les éléments ont des structures possédant le même nombre de couches. Particulièrement préféré est le corps creux dont les éléments ont des structures identiques. Dans ce cas, les éléments de structure identiques peuvent provenir de pièces différentes. Alternativement, ils peuvent aussi provenir de parties d'une même pièce. Cette dernière situation se rencontre lorsque les éléments proviennent de parties d'une même paraison en matière plastique de structure multicouche. Le corps creux conforme à l'invention comprend des éléments soudés, c'està-dire assemblés bords à bords et solidarisés par soudage. Les éléments peuvent être soudés sur la totalité de leur périmètre. Des exemples de cette situation sont les corps creux constitués d'éléments distincts soudés, et aussi les corps creux constitués d'une paraison unique pincée et soudée sur l'ensemble de son pourtour. Dans cette situation, les éléments de corps creux selon l'invention sont généralement soudés sur au moins 80 % de leur périmètre. Un autre exemple de tels corps creux sont ceux qui présentent au moins un orifice situé -5 - dans le périmètre des éléments soudés. Un corps creux préféré comprend des éléments soudés sur la totalité de leur périmètre Alternativement, les éléments peuvent aussi n'être soudés que sur une partie peu importante du périmètre du corps creux. Dans le cas d'éléments provenant d'une paraison unique, ces éléments peuvent n'être soudés qu'en deux régions voisines chacune d'une extrémité de la paraison. Dans cette situation, les éléments de corps creux sont généralement soudés sur au moins 5 % de leur périmètre. Selon l'invention, le corps creux comprend des éléments soudés qui se prolongent vers l'extérieur de ce corps creux. Le prolongement prend naissance au voisinage de la soudure entre deux éléments et s'étend vers l'extérieur sous la forme d'un appendice qui comprend les couches barrière de chaque élément. Cet appendice fait partie intégrante du corps creux dont il constitue une partie fonctionnelle. 1 5 Il peut se présenter sous différentes formes. De préférence, sa base ancrée dans le corps creux est de section plus large que son extrémité. Il se présente souvent sous la forme d'une excroissance dont la base, si on la coupe par un plan perpendiculaire à la surface du corps creux et aux trottoirs de soudage, présente une section triangulaire. Il se termine souvent, du côté extérieur au corps creux, par une lame aplatie comprenant les couches barrière. La longueur de cet appendice est telle que le chemin pour le traverser entre les couches barrière est suffisamment long que pour réduire à une valeur très basse la quantité de liquide et/ou de gaz qui peut y passer en un temps donné. De préférence, l'appendice a une longueur d'au moins 0, 2 mm. Par " longueur " de l'appendice, on désigne la longueur de la ligne d'intersection de la surface d'une face de cet appendice avec un plan perpendiculaire à la surface du corps creux et aux trottoirs de soudage, en un point centré sur la base de l'appendice. De préférence, la longueur de l'appendice est d'au moins 5 mm. Le plus souvent, cette longueur ne dépasse pas 60 mm. La longueur de l'appendice peut ne pas être uniforme en tout point. Un appendice intéressant est ainsi celui qui présente une longueur plus élevée dans certaines régions particulières de la surface du réservoir, en des endroits o n'existe pas de problème d'encombrement imposant le respect d'un gabarit maximum. Les éléments soudés se prolongent par un appendice sur une partie au moins du pourtour extérieur du corps creux. -6 - De préférence, ces éléments soudés se prolongent par un appendice sur la totalité du pourtour extérieur du corps creux. En plus des couches barrière de chaque élément, l'appendice peut aussi comprendre, dans le corps creux selon l'invention, au moins une couche polymérique de nature semblable à celle d'une des autres couches présentes dans chaque élément, d'un côté quelconque d'une couche barrière. Cette couche de nature semblable peut être une couche externe d'un des éléments, intérieure ou extérieure au corps creux. Alternativement cette couche peut aussi être une des couches internes d'un des éléments. De préférence, plusieurs couches de nature semblable à celle d'une des autres couches présentes dans chaque élément se retrouve dans l'appendice. De manière particulièrement préférée, l'appendice comprend, en plus des couches barrière de chaque élément, un nombre pair de couches qui se correspondent deux à deux dans chaque élément, disposées selon la même séquence que dans l'élément d'o elles proviennent. Une variante intéressante de l'appendice comprend toutes les couches de chaque élément. L'appendice peut être disposé de toutes manières par rapport à la surface extérieure du corps creux. De préférence, il est replié de façon à diminuer l'encombrement du corps creux. Une variante intéressante du corps creux selon l'invention est celle dans laquelle l'appendice est replié contre la surface extérieure du corps creux. Ce repli est situé d'un côté quelconque de la soudure, sur un des éléments quelconque du corps creux. Selon cette variante, un corps creux possible est le corps creux dont l'appendice est solidarisé à la surface extérieure du corps creux contre laquelle il est replié. Tout type de solidarisation convient. Un exemple de solidarisation ayant donné de bons résultats est le soudage. Dans ce cas, la solidarisation peut être effective sur la totalité du pourtour du corps creux. En variante, elle peut aussi bien n'être effective que sur une partie unique ou multiple de ce pourtour. Dans les parties du pourtour du corps creux o elle est effective, la solidarisation peut aussi être effective sur la totalité de la surface de l'appendice en contact avec le corps creux. Elle peut également, en variante, n'être effective que dans une zone proche de l'extrémité de l'appendice. Le corps creux selon l'invention est particulièrement bien adapté à constituer un réservoir. Plus particulièrement encore, il convient bien pour contenir un carburant liquide et/ou gazeux. -7 - L'invention concerne aussi un procédé pour la réalisation, selon la technique du moulage par compression, d'un corps creux en matière plastique de structure polymérique multicouche comprenant une couche barrière aux liquides et aux gaz par soudage d'au moins deux éléments, selon lequel: a) on insère les éléments dans un moule ouvert en plusieurs parties, b) on pince entre des trottoirs de soudage disposés à la périphérie d'au moins deux parties de moule au moins une partie des extrémités des éléments à assembler de manière à les superposer, c) on presse les parties de moule les unes contre les autres afin de souder ensemble les éléments en fermant le moule et, dans le même temps, d) on force l'écoulement d'au moins les couches barrière de la structure de ces éléments dans une fente mince et étendue délimitée par un espace séparant deux parties de moule au voisinage des trottoirs de soudage et dont la section se rétrécit du côté de l'extérieur de la cavité du moule, e) on continue à presser les parties de moule, de manière à former un appendice qui émerge de la surface du corps creux du côté de l'extérieur de la cavité du moule, f) on ouvre le moule, g) on extrait le corps creux ainsi réalisé du moule. Dans ce procédé, les termes communs ont la même signification que celle donnée supra dans la description du corps creux. Le procédé selon l'invention fait usage d'un moule en plusieurs parties. Ce moule possède l'ensemble des caractéristiques des moules traditionnellement utilisés dans la technique du moulage par compression. Dans ce procédé, on entend par trottoir de soudage, une zone disposée à la périphérie d'une partie de moule et capable d'emprisonner et de presser l'un sur l'autre les bords correspondants de deux éléments à souder, par coopération avec la zone périphérique correspondante d'une autre partie de moule lorsque l'on rapproche ces parties en refermant le moule. Selon une variante préférée du procédé selon l'invention, on réalise en outre une mise en forme des éléments à l'intérieur du moule. Une méthode de choix pour effectuer cette mise en forme consiste à injecter un fluide de soufflage dans le moule, de manière à appliquer les éléments contre les parois de ce dernier. Tout fluide gazeux ou liquide convient, pourvu qu'il soit compatible avec les éléments à souder ainsi qu'avec le matériau dont est constitué le moule. L'air sous pression a donné de bons résultats. - 8 - Selon le procédé conforme à l'invention, y compris dans sa variante décrite ci-dessus, on peut en outre, après ouverture du moule en fin d'assemblage, replier l'appendice contre la surface du corps creux. Cette opération peut se faire directement dans le moule ouvert, le corps creux reposant encore dans une partie de moule. Il peut aussi s'effectuer alors que le corps creux a été complètement extrait de toutes les parties du moule. On peut également solidariser l'appendice à la surface extérieure du corps creux, après l'avoir replié contre cette surface. Une méthode de solidarisation ayant donné de bons résultats est le soudage de l'appendice sur la surface extérieure du corps creux. La longueur de l'appendice peut être laissée telle qu'obtenue de fabrication. Elle peut aussi être normalisée à une certaine valeur par coupure d'un excédent. Généralement, on ne coupe pas l'appendice à moins de 0,2 mm de longueur. De préférence, on ne coupe pas cet appendice à moins de 5 mm de longueur. Le procédé selon l'invention, en ce compris toutes ses variantes, convient bien pour réaliser un réservoir à carburant en matière plastique de structure polymérique multicouche. L'invention concerne enfin un moule de compression-soufflage formé d'au moins deux parties distinctes comprenant à leur périphérie des trottoirs de soudage capables de pincer et souder des éléments distincts en matière plastique de structure polymérique multicouche, selon lequel les trottoirs de soudage de deux parties de moule se faisant vis-à-vis laissent subsister entre eux, lorsque le moule est fermé, un espace dont la hauteur de la section diminue vers l'extérieur de la cavité du moule et se prolonge par une fente mince et étendue destinée à comprimer fortement la matière plastique pendant la fermeture du moule. Dans ce moule, les termes communs ont la même signification que celle donnée supra dans la description du corps creux. -9 - REVENDICATIONS 1. - Corps creux en matière plastique de structure polymérique multicouche comprenant au moins une couche barrière interne imperméable aux gaz et aux liquides, dans lequel au moins deux éléments de structure semblable sont soudés l'un à l'autre, caractérisé en ce que les éléments soudés se prolongent vers l'extérieur du corps creux par un appendice comprenant les couches barrière. 2. - Corps creux selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'en plus des couches barrière, l'appendice comprend aussi au moins une couche polymérique, de nature semblable à celle d'une des autres couches présentes dans chaque élément, d'un côté quelconque d'une couche barrière. 3. - Corps creux selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appendice est replié contre la surface extérieure du corps creux. 4. - Corps creux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'appendice est solidarisé à la surface extérieure. 5. - Corps creux selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un réservoir destiné à contenir un carburant liquide et/ou gazeux. 6. - Procédé pour la réalisation, selon la technique du moulage par compression, d'un corps creux en matière plastique de structure polymérique multicouche comprenant une couche barrière aux liquides et aux gaz par soudage d'au moins deux éléments, caractérisé en ce que: a) on insère les éléments dans un moule ouvert en plusieurs parties, b) on pince entre des trottoirs de soudage disposés à la périphérie d'au moins deux parties de moule au moins une partie des extrémités des éléments à assembler de manière à les superposer, c) on presse les parties de moule les unes contre les autres afin de souder ensemble les éléments en fermant le moule et, dans le même temps, d) on force l'écoulement d'au moins les couches barrière de la structure de ces éléments dans une fente mince et étendue délimitée par un espace séparant deux parties de moule au voisinage des trottoirs de soudage et dont la section se rétrécit du côté de l'extérieur de la cavité du moule, -10- e) on continue à presser les parties de moule, de manière à former un appendice qui émerge de la surface du corps creux du côté de l'extérieur de la cavité du moule, f) on ouvre le moule, g) on extrait du moule le corps creux ainsi réalisé. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on réalise en outre une mise en forme des éléments à l'intérieur du moule par injection dans celui-ci d'un fluide de soufflage, de manière à appliquer les éléments contre les parois du moule. 8. - Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'après ouverture du moule en fin d'opération d'assemblage, on replie en outre l'appendice contre la surface du corps creux, à laquelle on le solidarise ensuite. 9 - Procédé selon une quelconque des revendications 6 à 8 pour la réalisation d'un réservoir à carburant en matière plastique de structure polymérique multicouche. 10. - Moule de compression-soufflage formé d'au moins deux parties distinctes comprenant à leur périphérie des trottoirs de soudage capables de pincer et souder des éléments distincts en matière plastique de structure polymérique multicouche, caractérisé en ce que les trottoirs de soudage de deux parties de moule se faisant vis-à-vis laissent subsister entre eux, lorsque le moule est fermé, un espace dont la hauteur de la section diminue vers l'extérieur de la cavité du moule et se prolonge par une fente mince et étendue destinée à comprimer fortement la matière plastique pendant la fermeture du moule.