Brevet FR2834927A1 — publié le 20030725

La présente invention concerne le domaine technique des matériaux composites et elle vise plus particulièrement des matériaux composites destinés à être utilisés pour aboutir, par des procédés de transformation, à l'obtention de produits finis. En ce sens, de tels matériaux composites peuvent être qualifiés de produits intermédiaires. En particulier, la présente invention a pour objet des nouveaux matériaux composites en forme générale de plaque, présentant une structure allégée et renforcée, ainsi que certains de ces matériaux de type thermoformables et les pièces ou structures obtenues après thermoformage de ces derniers. Dans de nombreux domaines, des produits composites intermédiaires sont mis en oeuvre pour obtenir par combinaison et/ou transformation, des produits définitifs qui doivent généralement offrir une bonne résistance mécanique alliée à une légèreté relative. Depuis déjà un certain temps, la technique antérieure s'est souciée de pouvoir réaliser de tels produits composites de manière qu'ils puissent, supplémentairement, être obtenus à un prix de revient intéressant et qu'ils présentent une fonction d'isolation phonique et/ou thermique et/ou une fonction anti-vibration. Le besoin se fait donc sentir de pouvoir disposer de nouveaux matériaux composites qui soient à la fois allégés et renforcés et capables de surcroît d'assumer des fonctions d'isolation phonique et/ou thermique et/ou une fonction anti-vibration. De tels matériaux sont particulièrement recherchés pour la fabrication de parois destinées à isoler des sources de production d'énergie bruyantes, telles que celles faisant appel à des moteurs thermiques du type à explosion. Aussi, l'objet de l'invention est de répondre à ce besoin en proposant un nouveau matériau composite qui présente les propriétés ci-dessus, de façon qu'il puisse être utilisé en tant qu'élément de structure proprement dit, mais aussi en tant que structure d'espacement ou d'allégement entre deux plaques, panneaux ou parement de revêtement, avec lesquels il peut constituer une structure définitive stable, légère, résistante et isolante. Pour atteindre ces objectifs, l'objet de l'invention vise un nouveau produit composite en forme générale de plaque, présentant une structure allégée et renforcée, et composé d'une âme en mousse, caractérisé en ce qu'au moins l'une des grandes faces de l'âme en mousse est intimement liée à un réseau de renforcement constitué d'au moins une nappe de fils de renfort tendus parallèles entre eux et liés à l'âme en mousse par fusion de fibres ou filaments de liage à base de matière thermoplastique. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une perspective partielle d'un nouveau produit composite conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe partielle prise, à plus grande échelle, sensiblement selon le plan II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe illustrant une variante de réalisation d'un réseau de renforcement selon l'invention. La fig. 4 est une coupe, analogue à la fig. 2, mais illustrant une autre variante de réalisation. La fig. 5 est une perspective partielle, avec arrachement, montrant une autre variante de réalisation. La fig. 1 montre que le produit composite 1 en forme de plaque, conforme à l'invention, se caractérise par une constitution élémentaire simple faisant intervenir une âme en mousse 1. Cette âme en mousse 1 peut être en matière thermodure de type polystyrène ou polyuréthane. Selon un mode de réalisation préféré, l'âme en mousse 1 est réalisée en matière thermoplastique telle que les polyoléfines comme le polyéthylène ou le polypropylène, ou encore l'éthylène vinyle acétate. Lorsque l'âme en mousse 1 est réalisée dans une matière thermoplastique, le produit composite 1 selon l'invention présente la propriété d'être thermoformable, et peut donc servir de produit intermédiaire pour la fabrication de produits finis de formes variées, par exemple, de type nacelles, berceaux, chambres... L'âme en mousse 1 se présente sous la forme d'une couche présentant, par exemple, une épaisseur comprise entre 0,5 et 200 mm et répondant généralement aux caractéristiques suivantes : - une densité comprise entre 20 et 300 kg/m3, - présentant des cellules qui peuvent être fermées ou ouvertes, - à l'état réticulé ou non. L'âme en mousse 1 présente deux grandes faces la et lb. Dans l'exemple de réalisation présenté aux fig. 1 à 6, une première de ses grandes faces la est intimement liée à un réseau 2 de renforcement. Le réseau 2 peut être constitué d'une nappe 3 unique de mèches de fils 4 de renfort tendus et de fils de matière thermoplastique, de telles mèches s'étendant parallèlement entre elles avec un écartement variable ou constant. Il doit être considéré que le réseau 2 peut aussi être constitué de fils 4 de renfort tendus parallèlement entre eux et de fils de matière thermoplastique qui sont établis sous une forme de nappe étalée dans laquelle les dits fils peuvent être jointifs. Les fils 4 peuvent, le cas échéant, être texturés. Comme le montrent les fig. 1 et 2, le réseau 2 peut également être constitué par des mèches disposées selon une grille 5 de renforcement telle que décrite, par exemple, dans le brevet français publié sous le numéro 2 792 952. La grille 5 de renforcement est composée d'au moins une première nappe 3 tendue de fils 4 de renfort qui s'étendent parallèlement entre eux, avec un intervalle constant dans l'exemple illustré. Ces fils 4 de renfort peuvent être qualifiés de fils de chaîne, par analogie à un procédé de fabrication qui serait semblable au tissage. Vient se superposer à la première nappe 3 sans entrelacement une seconde nappe 6 de fils 7 de renfort qui s'étendent aussi parallèlement entre eux, également dans l'exemple à intervalle constant, de préférence mais non exclusivement, identique à celui déterminant l'espacement entre les fils 4 de la première nappe 3. Par convention toujours, les fils 7 de la seconde nappe peuvent être qualifiés de fils de trame et, dans l'exemple illustré, s'étendent selon une direction générale qui est orthogonale à celle des fils 4 de chaîne. Il doit, cependant, être considéré qu'une orientation oblique pourrait aussi être retenue. La fig. 3 montre une autre variante de réalisation d'une grille 5 de renforcement qui peut être liée à la deuxième des grandes faces 1b de l'âme en mousse 1 et qui comprend deux nappes de fils 4a et 4b de renfort tendus, parallèles entre eux dans chaque nappe et pour les deux nappes et une nappe transversale dont les fils 7 de renfort sont emprisonnés entre les fils 4a et 4b de renfort des deux nappes tendues. Les fils 4 et 7 de renfort sont, par exemple, dans une matière choisie parmi les suivantes : verre, carbone, aramide, polyamide, polyester haute ténacité, fibres naturelles. De préférence, des fibres de verre de récupération seront utilisées, ce qui permet d'obtenir un produit composite 1 à un prix de revient d'autant plus intéressant. Ces fils 4 et 7 de renfort peuvent être continus ou discontinus, c'est-à-dire à base de fibres coupées puis rassemblées pour former un fil. Les fils de renfort peuvent également être voluminisés. Les nappes 3 et 6 sont associées pour posséder une tenue relative conférant un caractère cohérent à la grille 5 de renfort et, simultanément ou ultérieurement, cette grille 5 est liée à l'âme en mousse 1. A cette fin, les fils 4 et 7 de renforcement sont liés entre eux par une matière thermoplastique de liage. Cette matière est avantageusement constituée par des fibres ou filaments de liage qui sont réalisés, au moins en partie, à base de matière thermoplastique et qui sont, au moins localement, soumis à une fusion ou un ramollissement, de manière à établir, d'une part une liaison entre les nappes 3 et 6 entre elles et d'autre part, entre les deux nappes 3 et 6 et l'âme en mousse 1. De préférence, on utilisera des fils 4 et 7 de renfort co-mêlés avec des filaments de liage en matière thermoplastique, ou encore de tels fils à la fois co-mêlés et voluminisés. La matière thermoplastique des fibres ou fils de liage peut être choisie parmi : le polypropylène, le polyéthylène, la polyamide, le polyéthylène téréphtalate. La grille 5 peut être produite séparément ou directement sur l'âme en mousse 1. La grille 5 est, par exemple, liée à la première face la de l'âme en mousse 1, par thermocompressage. La grille 5 peut alors être imprimée au moins pour partie dans l'âme en mousse 1, sans qu'il en résulte pour autant un état de surface déformé. Le nouveau produit composite 1 selon l'invention peut être produit en soumettant les éléments constitutifs du produit composite 1 à une étape de montée en température et de calandrage, jusqu'à un seuil qui est de nature à provoquer le ramollissement ou la fusion au moins partielle de la matière thermoplastique des fibres de liage, après quoi le produit subit, à chaud, une contrainte de compaction ou de compression, de manière à établir une liaison aux points d'écrasement et de contact d'une part, entre les fils 4 et 7 de renfort entre eux, et d'autre part, entre les fils 4 et 7 de renfort et l'âme en mousse 1. Cette technique peut être mise en oeuvre selon un procédé en continu, consistant à déposer successivement sur l'âme en mousse 1 la première nappe 3 de fils 4 de renfort tendus co-mêlés avec des filaments de liage puis la deuxième nappe 6, et à faire passer l'ensemble dans un poste de montée en température et de compression relative. Il pourrait également être prévu de mettre en oeuvre un procédé non continu dans lequel le réseau 2 de renforcement serait produit séparément. Le nouveau produit composite 1 selon l'invention présente une cohérence de comportement structurel analogue à une masse unitaire homogène et peut être manipulé, stocké, transformé aisément. Le produit composite 1 selon l'invention présente une nature cohérente en ce sens qu'il bénéficie d'une tenue propre dans les trois dimensions, en raison des liaisons établies par fusion entre, d'une part, les fils 4 et 7 de renfort entre eux et d'autre part, entre l'âme en mousse 1 et le réseau de renfort 2. Compte tenu de ces éléments constitutifs, ce nouveau produit composite 1 est léger et donc facilement manipulable, et transportable. Un tel produit composite 1 présente, par ailleurs, une fonction d'isolation phonique et/ou thermique, et peut également constituer un filtre antichoc ou antivibration du fait de la présence de la mousse. De plus, un tel produit composite 1 présente, en outre, des caractéristiques mécaniques remarquables qui sont conférées par les fils 4 et 7 de renfort. De plus lorsque l'âme en mousse 1 est en matière thermoplastique, la plaque obtenue présente une propriété supplémentaire de déformabilité, lorsqu'elle est soumise à une montée en température. Cette faculté de déformation provient de la nature de l'âme, mais aussi du réseau 2 de renforcement dans lequel les fils 4 et 7 de renfort possèdent, après montée en température, une faculté de glissement relatif favorable à une mise en forme, notamment par moulage. Un des avantages du produit composite selon l'invention est celui de sa bonne résistance mécanique, en raison de la présence du réseau 2 de renforcement, qui permet de rendre l'une des faces de l'âme en mousse renforcée et tendue. De manière avantageuse, le produit composite 1 selon l'invention pourrait être réalisé de manière que les deux grandes faces la et 1b de l'âme en mousse 1 soient chacune associées à une armature de renforcement telle que celle représentée à la fig. 1. Cette possibilité est illustrée par la fig. 4 mettant en évidence l'existence d'un premier réseau 2 de renforcement intimement lié à la première face la de l'âme en mousse 1 et la présence d'un autre réseau 2 de renforcement intimement lié sur la deuxième face 1b de l'âme en mousse 1. Il n'est pas à exclure non plus que ces deux réseaux 2 de renforcement soient constitués de fils 4 et 7 de renfort et/ou de fibres de liage à base de matière thermoplastique de natures différentes. On peut également prévoir d'utiliser des fils 4 et 7 de renfort tendus en une matière identique, mais de choisir des espacements et/ou des orientations différentes. Selon un mode particulièrement préféré de l'invention, présenté à la fig. 5, il peut être prévu d'associer à la deuxième face 1b de l'âme en mousse 1, non pas un réseau 2 de renforcement, mais une armature 8 de renforcement. Cette armature 8 de renforcement est constituée de fibres 9 de renfort sectionnées et d'un film thermoplastique 10 qui assure la cohésion de ladite armature de renfort ainsi que sa liaison à l'âme en mousse 1. Ces fibres 9 de renfort sont disposées sensiblement dans un même plan parallèle à la deuxième face 1b de l'âme en mousse 1. Ces fibres 9 de renfort présentent de préférence un caractère rectiligne et sont réparties dans l'armature de renforcement, de préférence de façon régulière, et sont orientées selon des directions aléatoires, assurant ainsi la résistance mécanique de l'âme en mousse 1 de façon pluridirectionnelle. Les fibres 9 de renfort présentent un caractère non continu et possèdent une longueur élémentaire comprise entre 10 et 1 000 mm et de préférence inférieure à 100 mm. Le titre de ces fibres 9 de renfort est, par exemple, compris entre 50 et 5 000 tex. Leur diamètre peut être compris entre 10 et 50 um. La masse surfacique des fibres 9 de renfort peut être comprise entre 50 et 2000 g/m2. Le caractère non continu des fibres 9 de renfort confère une certaine déformabilité au produit composite I. Cette propriété est particulièrement avantageuse lorsque l'âme en mousse 1 est en matière thermoplastique et que le produit composite 1 est mis en forme par thermoformage. Ces fibres 9 monobrins ou multibrins de renfort peuvent être en une matière choisie parmi les suivantes : verre, carbone, aramide, polyamide, polyester haute ténacité, fibre naturelle et de préférence en fibres de verre de récupération.. Comme le montre la fig. 5, les fibres 9 de renfort sont emprisonnées dans un film 10 en matière thermoplastique. Les matières thermoplastiques ci-dessus définies pour les fibres de liage, conviennent parfaitement pour le film thermoplastique 10. Le film 10 peut présenter une épaisseur comprise entre 0,1 et 3 mm et une masse surfacique comprise entre 50 et 3 000 g/m2. Le film 10 est soit issu d'une production antérieure en feuille, soit fabriqué directement lors de la fabrication du produit composite 1, ou encore de l'armature 8 de renforcement dans le cas d'un procédé de fabrication non continu. Ce film 10 peut alors être constitué à partir d'une pellicule, couche ou amoncellement d'une masse poudreuse ou granuleuse qui est soumise à une opération de fusion compression pour donner lieu à la formation du film 10. Lorsque le produit 1 selon l'invention présente une structure mixte : réseau 2 sur la face la et armature 8 sur la face lb, le réseau 2 permet d'améliorer les propriétés mécaniques, l'armature 8 améliore l'aspect de surface. Pour illustrer l'invention, un exemple de réalisation est donné ci-après. EXEMPLE - Mousse de polypropylène de 2,5 mm d'épaisseur et d'une densité de 67 kglm3. - Sur une de ses faces : grille de fils comêlés à base de fibres de verre (60 % en poids) et de polypropylène. - Sur l'autre face : film de polypropylène contenant 60 % en poids de fibres de verre et présentant une masse surfacique de 450 g/m2. En fonction de la nature de l'âme en mousse 1, des fils 4 et 7 de renfort et éventuellement, des fibres 9 de renfort, de la matière thermoplastique utilisée pour assurer la cohésion du réseau 2 et de l'armature 8, de la densité de la mousse, de la section et de la longueur des fibres 9 de renfort, il est possible de produire un produit composite 1 qui offre des caractéristiques de résistance et d'isolation phonique, thermique ou contre les chocs ou vibrations qui peuvent être adaptées à chaque application spécifique. Le produit composite 1 selon l'invention se prête également à l'application d'un revêtement décoratif, par exemple sous la forme d'un support en feuille déformable appliqué et collé ou autrement lié en relation avec le réseau 2 de renforcement et/ou encore l'armature 8. Des éléments de décor de type textile tel qu'un tissu, un tricot ou un non tissé peuvent être utilisés. On pourra par exemple réactiver le réseau 2 ou l'armature 8 par chauffage, puis appliquer le revêtement décoratif froid, puis presser et refroidir l'ensemble sur un moule plat ou en forme. Il pourrait également être prévu que le revêtement décoratif soit directement inclus lors de la formation de l'armature 8 de renforcement. Dans le cas où l'âme en mousse 1 est en matière thermoplastique, le produit composite 1 peut être thermoformé pour donner des articles ou structures qui font partie intégrante de l'invention. Le produit composite 1 selon l'invention, pourra être utilisé pour la fabrication de pièces industrielles nécessitant des fonctions de renfort mécanique, d'isolation thermique et acoustique et éventuellement de décor, ou bien de pièces ou éléments de pièce plans ou thermoformés mis en oeuvre dans le domaine de l'habillage intérieur de moyens de transports tels que les automobiles, bateaux, bus, camions, trains, de bâtiments. L'invention ci-dessus n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1-Nouveau produit composite (I) en forme générale de plaque, présentant une structure allégée et renforcée, et composé d'une âme en mousse (1), caractérisé en ce qu'au moins l'une des grandes faces (la, lb) de l'âme en mousse (1) est intimement liée à un réseau (2) de renforcement constitué d'au moins une nappe (3) de fils (4) de renfort tendus parallèles entre eux et liés à l'âme en mousse (1) par fusion de fibres ou filaments de liage à base de matière thermoplastique. 2-Nouveau produit composite (I) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux grandes faces (la et lb) de l'âme en mousse (1) sont chacune intimement liées à un réseau (2) de renforcement constitué d'au moins une nappe (3) de fils (4) de renfort tendus parallèles entre eux et liés à l'âme en mousse (1) par fusion de fibres ou filaments de liage à base de matière thermoplastique. 3-Nouveau produit composite (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une première des grandes faces (la) de l'âme en mousse (1) est intimement liée à un réseau (2) de renforcement constitué d'au moins une nappe (3) de fils (4) de renfort tendus parallèles entre eux et liés à l'âme en mousse (1) par fusion de fibres ou filaments de liage à base de matière thermoplastique, la deuxième des grandes faces (lb) de l'âme en mousse (1) étant intimement liée à une armature (8) de renforcement constituée de fibres (9) de renfort sectionnées qui sont disposées selon des directions aléatoires, réparties et amalgamées dans un film (10) thermoplastique assurant la cohésion de la dite armature (8), ainsi que sa liaison à l'âme en mousse (1). 4-Nouveau produit composite (I) selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le réseau (2) de renforcement est constituée d'une grille (5) de renforcement constituée d'au moins une première nappe (3) de fils (4) de renfort tendus parallèles entre eux et d'une deuxième nappe (6) transversale de fils (7) de renfort, lesdits fils (4,7) étant croisés sans entrelacement et liés entre eux et à l'âme en mousse (1) par fusion de fibres ou filaments de liage à base de matière thermoplastique. 5-Nouveau produit composite (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce que la grille (5) de renforcement liée à la deuxième des grandes faces (lb) de l'âme en mousse (1) comprend deux nappes de fils (4a et 4b) de renfort tendus, parallèles entre eux dans chaque nappe et pour les deux nappes et une nappe transversale dont les fils (7) de renfort sont emprisonnés entre les fils (4a et 4b) de renfort des nappes tendues. 6-Nouveau produit composite (1) selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'âme en mousse (1) est en matière thermoplastique choisie parmi : le polyéthylène, le polypropylène, l'éthylène vinyle acétate, rendant ainsi le produit composite thermoformable (1). 7-Nouveau produit composite (I) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fils (4 et 7) de renfort et les fibres (9) de renfort sont en une matière choisie parmi les suivantes : verre, carbone, aramide, polyamide, polyester haute ténacité, fibres naturelles. 8-Nouveau produit composite (I) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres (9) de renfort sont en fibres de verre de récupération. 9-Nouveau produit composite (I) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les fils (4 et 7) de renfort sont co-mêlés avec des filaments de liage en matière thermoplastique. 10-Nouveau produit composite (1) selon l'une des revendications 1 à 4 et 9, caractérisé en ce que la matière thermoplastique du film (10) et la matière thermoplastique des fibres ou filaments de liage sont choisies parmi : le polypropylène, le polyéthylène, la polyamide, le polyéthylène téréphtalate. 11-Nouveau produit composite (I) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins l'une de ses faces renforcées (la, lb) supporte un revêtement décoratif. 12-Pièces ou structures obtenues par thermoformage d'un produit composite (I) selon la revendication 6. 13-Pièces ou éléments de pièce plans ou thermoformés obtenus à partir d'un produit composite (1) selon l'une des revendications 1 à 12, utilisés dans le domaine de l'habillage intérieur de moyens de transport ou de bâtiments.