Brevet FR2871406A1 — publié le 20051216

La présente invention est relative au domaine public des matériaux composites. Plus précisément, la présente invention a pour objet des nouveaux panneaux composites remplissant une double fonction de renfort et d'isolation phonique, leur procédé de fabrication, ainsi que leur utilisation pour la fabrication de pièces pour l'automobile, ou d'éléments de construction, notamment. Dans de nombreux domaines tels que la construction automobile, il est connu de réaliser des panneaux à base de matière thermoplastique qui ont pour vocation d'établir une isolation thermique et/ou acoustique entre deux milieux. Dans ces applications, il est également recherché des panneaux qui présentent, en plus, une résistance structurelle leur permettant d'être auto-porteurs. Il est également connu d'utiliser des parements espacés par des structures en forme d'alvéoles tubulaires, communément nommé structure nid d'abeille , pour réaliser des panneaux à la fois volumiques et légers. Un des inconvénients majeur de telles structures est leur faible pouvoir acoustique. De plus, le parement auquel ils sont associés a tendance à céder au niveau des lignes de liaison. Le besoin se fait donc sentir de pouvoir disposer de panneaux qui soient à la fois légers et volumiques, résistants, susceptibles d'être produits à un prix de revient intéressant et capables, de surcroît, d'assumer des fonctions d'isolation phonique, comme cela est particulièrement recherché dans des applications spécifiques, telles que le domaine automobile. L'invention vise donc à fournir un panneau espaceur présentant les propriétés ci-dessus et devant répondre aux problèmes actuels de recyclabilité, c'est à dire que ce panneau peut être réalisé à partir de fibres de deuxième vie et aptes à être recyclés en fin de vie. C'est justement un objet de l'invention que de répondre à ce besoin, en proposant un nouveau panneau composite remplissant une double fonction de renfort et d'isolation phonique comportant: - deux armatures de renfort en forme générale de plaque à base de fibres de renfort et de résine thermoplastique, présentant chacune un module d'Young supérieur à 10 000 MPa, - un espaceur réalisé au moyen d'au moins un non-tissé constitué d'un mélange de fibres de renfort et de fibres thermoplastiques, conformé en trois dimensions selon un motif alternant des formations concaves et des conformations convexes, s'étendant dans au moins une direction, ledit espaceur maintenant les deux armatures à distance l'une de l'autre, en ménageant des zones de vide entre ces dernières et constituant, pour chacune des armatures, une série de surface d'appui et de liaison. La description qui suit, en référence aux figures annexées, permet de mieux comprendre l'invention. La Fig. 1 est une vue en perspective d'un exemple de panneau selon l'invention. La Fig. 2 est une vue en perspective d'un autre exemple de panneau selon l'invention. La Fig. 3 est une vue en coupe selon le plan A-A d'un panneau selon la Fig. 2. La Fig. 4 est une vue analogue à la Fig. 3 d'un autre exemple de réalisation. La Fig. 5 est une vue analogue à la Fig. 4 d'un autre exemple de réalisation. Les panneaux I selon l'invention comportent deux armatures de renfort 1, nommées la et lb en forme générale de plaque à base de fibres de renfort et de résine thermoplastique, c'est à dire constituées essentiellement de fibres de renfort et de résine thermoplastique. De préférence, chacune de ces armatures la et lb comporte un complexe de renforcement 2, nommé respectivement 2a et 2b, éventuellement associé à un matériau de parement 3, nommé respectivement 3a et 3b. La fonction de renfort de chaque armature 1 est assurée essentiellement par ce complexe de renforcement 2. Chaque complexe de renforcement 2a et 2b est, avantageusement réalisé à partir de fils de renfort 4 continus de fibres de verre, carbone ou aramide qui assurent, de part leur propriété mécanique, la fonction de renfort. Les fibres de verre sont préférées, pour les applications dans le domaines de l'automobile. Le matériau constitutif des fibres de renfort sera choisi en fonction de l'application visée. Le fils de renfort 4 peuvent être du type monofilament ou de préférence multifilament. A titre non limitatif, les fils de renfort 4 possèdent dans chacune des nappes, un titre compris entre 20 et 1000 tex pour les fils d'aramide, entre 68 et 9600 tex pour les fils de verre et entre 68 et 6000 tex pour les fils de carbone. A titre de complexe de renforcement 2 convenant au sens de l'invention, on peut citer les renfort unidirectionnels, ceux essentiellement orientés dans le sens de production ou bidirectionnel équilibré, les multiaxiaux, les renforts tissés. En particulier, on peut se référer aux demandes de brevet publiées sous les numéros FR 2 792 952, EP 1 350 615 et WO 01/31105, au nom de la déposante, qui décrivent des complexes de renforcement, parfaitement adaptés pour être utilisés dans la présente invention. Certains d'entre eux sont commercialisés sous la marque Roviplast par la déposante. Avantageusement, les complexes de renforcement 2 comprennent, comme illustré fig. 1, un support-grille 21 constitué d'au moins deux nappes de fils de renfort 4, parallèles entre eux dans chacune des nappes, lesdites nappes étant superposées et croisées sans entrelacement. Les fils de renfort peuvent être jointifs 4 dans chacune des nappes, afin d'obtenir une armature 1 de couverture quasi-totale ou, de préférence, répartis à plat pour former des rubans espacés les uns des autres, afin d'obtenir une armature 1 de couverture largement ajourée. Les rubans présentent une largeur, de préférence, comprise entre 1 et 20 mm et seront avantageusement espacés d'un pas compris entre 5 et 20 mm. Le pas peut être différent ou identique dans chacune des nappes et définira, en fonction, une maille ou jour de forme rectangulaire ou carrée. La liaison entre les fils de renfort 4, au sein des complexe 2a et 2b est, notamment, réalisée grâce à une résine thermoplastique présente sous forme de fils de liage répartis au sein des fils de renfort 4, de fils cômélés avec les fils de renfort 4, de poudrage sur les fils de renfort 4. La résine thermoplastique est, par exemple choisie parmi le polypropylène (PP), polyéthylène, polyéthylène téréphtalate (PET), polyamide (PA), poly(sulfure de phénylène) (PPS), polyétherimide (PEI)...DTD: Pour éviter que le complexe de renforcement 2 donne au panneau I selon l'invention un aspect de surface irrégulier ou marqué, en particulier dans le cas d'un complexe de renforcement 2 du type support-grille 21 ajouré tel que défini ci-dessus, le complexe de renforcement 2 sera avantageusement associé à un matériau de parement 3 destiné à masquer l'aspect du complexe 2 mécanisant. Le complexe de renforcement 2 est, par exemple, imbriqué dans un non-tissé ou associé à un film ou mousse disposé en surface du panneau selon l'invention comme illustré aux Fig. 1 à 4. Il est également possible d'associer plusieurs de ces matériaux de parement 3 à un complexe de renforcement 2. En plus de conférer un état de surface amélioré aux armatures de renfort 1 et donc au panneau I, le matériau de parement 3 peut être constitué au moins en partie d'une résine thermoplastique qui peut, alors, assurer totalement ou partiellement la liaison entre les fils de renfort 4 et donner donc sa cohésion au complexe de renforcement 2. De tels support-grille 21 associés à un ou plusieurs matériaux de parement 3 sont notamment décrit dans la demande de brevet publiée sous le numéro FR 2 821 790, à laquelle on peut se référer pour plus de détails. Les deux armatures 1 mises en oeuvre dans le panneau I de l'invention ont un rôle de renfort et présentent donc un module d'Young E élevé, supérieur à 10 000 MPa. Avantageusement, lorsque les armatures sont, essentiellement ou exclusivement, constituées de fibres de verre et de polypropylène, leur module de Young est compris entre 10 000 et 30 000 MPa. Ce module peut, par exemple, être déterminé par la norme flexion 3 points NF EN ISO 14130. L'homme du métier est à même d'obtenir des armatures 1 ci-dessus définies présentant un module d'Young dans la gamme souhaitée, en jouant, notamment, sur la nature des matériaux, le poids et ou la densité des fils et/ou fibres, leur orientation. De même, les deux armatures 1 présentent, avantageusement, une contrainte 6 compris entre 200 et 700 MPa, par exemple égal à 500 MPa, dans le cas où elles sont, essentiellement ou exclusivement, constituées de fibres de verre et de polypropylène. Cette contrainte c peut, par exemple, être déterminé par la norme la norme flexion 3 points NF EN ISO 14130. Avantageusement, les armatures 1 selon l'invention présentent une épaisseur comprise entre 0,2 et 5 mm et une densité surfacique comprise entre 100 et 3000 g/m2. Bien entendu, il est possible de prévoir de réaliser un panneau I selon l'invention, soit à partir de deux armatures la et lb identiques, soit à partir de deux armatures la et lb différentes. En effet, il n'est pas exclu, de choisir des complexes de renforcement 2a et 2b et/ou des matériaux de parement 3a et 3b différents au sein des deux armatures la et lb. Il est également possible de n'utiliser un matériau de parement 3 qu'en surface de l'une des deux armatures 1. L'invention utilise, selon une de ses caractéristiques essentielles, un espaceur 5 constitué d'au moins un non-tissé 6 conformé en trois dimensions selon un motif alternant des conformations concaves 71 et des conformations convexes 72, s'étendant dans au moins une direction, pour maintenir ces deux armatures la et lb à distance l'une de l'autre, et ménager des zones de vide entre ces dernières. Le non-tissé 6 offre aussi, au niveau de ces conformations convexes 72 une série de surface 8 d'appui et de liaison, soit pour l'une des armatures 2a, soit pour un autre non-tissé 61 identique positionné en opposition, de façon à ce qu'une série des conformations convexes de l'un des non-tissés 6 soit en contact et liée à une série des conformations convexes de l'autre non- tissé 61, comme illustré Fig.5. Lorsque l'alternance de conformations concaves et de conformations convexes, s'étend dans une seule direction d1, le non-tissé a une conformation ondulée comme illustré Fig.l. L'alternance peut également s'étendre dans deux directions d1 et d2, de préférence orientées l'une par rapport à l'autre pour former un angle de 90 . On obtient alors une conformation du type boite à oeuf comme présenté Fig.2 et 3. Cette dernière variante est d'ailleurs préférée, car elle permet de réaliser un panneau I plus homogène et plus isotropique, quant à la répartition de ses propriétés mécanisantes et phoniques. Les conformations concaves 71 et convexes 72 peuvent être de forme arrondie comme illustré Fig. 3 ou de forme anguleuse comme illustré Fig. 4. Quelque soit la forme adoptée, le non-tissé 6 ainsi conformé offre au niveau de ses conformations convexes 72 des surfaces d'appui 8, par opposition aux lignes d'appui offertes par les espaceurs de type nid d'abeille de l'art antérieur. Les armatures 1 situées de part et d'autre de l'espaceur 5 sont liées à ce dernier au niveau des conformations convexes 72. Dans le cas d'armatures ajourées, ces dernières seront positionnées, par rapport à l'espaceur, de façon à avoir un nombre maximum de surface de contact entre l'espaceur et chaque armature, et donc une liaison optimale. La liaison entre les différents éléments constitutifs du panneau I se faisant sur une surface d'appui 8, ces derniers sont parfaitement maintenus et soudés les uns aux autres. Le panneau ainsi constitué va donc mieux résister aux sollicitations mécaniques, lors de son utilisation ultérieure. L'espaceur 5 est réalisé au moyen d'au moins un non-tissé 6 constitué d'un mélange de fibres de renfort et de fibres thermoplastiques. Là encore, on pourra utiliser à titre de fibres de renfort des fibres de verre, carbone ou aramide. Les fibres de verre qui sont préférées, ont un titre, avantageusement, compris entre 5 et 35 microns. La matière des fibres thermoplastiques est, par exemple, choisie parmi le polyéthylène, polypropylène, polyester, polyamide, le polypropylène étant particulièrement préféré. Les fibres thermoplastiques, quant à elles, ont de préférence un titre compris entre 0,1 et 110 dtex. Les armatures 1 et le non-tissé 6 sont avantageusement réalisés avec deux résines compatibles et avantageusement avec la même résine thermoplastique. De façon préférée, l'espaceur 5 est réalisé au moyen d'au moins un non-tissé 6 constitué d'un mélange de fibres de verre et de fibres thermoplastiques de préférence de polypropylène, qui présente avantageusement un fibres thermoplastiques rapport massique au sein du(es) non-tissé(s) compris entre fibres de verre 70/30 et 30/70, de préférence, de l'ordre de 1. Avant conformation, le non-tissé 6 destiné à constituer l'espaceur 5, présente une faible masse surfacique, de préférence, comprise entre 100 et 2000 g/m2, préférentiellement comprise entre 300 et 600 g/m2. Après thermoconformation, les zones du non-tissé 6 correspondant aux conformations concaves 71 et convexes 72 sont des zones homogènes, fortement compactées, étant donné qu'elles ont pour fonction de soutenir les allnatures et doivent donc être mécanisantes. Les zones 9 situées entre une conformation concave 71 et une conformation convexe 72 consécutives déterminant la distance D existant entre les deux armatures la et lb. Ces zones 9 sont, quant à elles, faiblement compactées: elles assurent une double fonction acoustique (en absorbance) et de renfort, l'une au détriment de l'autre. C'est-à-dire que plus le compactage est important, moins la fonction acoustique est importante et plus la fonction de renfort est importante, et inversement. Dans ces zones, le non-tissé 6 présente une porosité non négligeable et donc des bonnes propriétés acoustiques. De façon avantageuse, le non-tissé présente une densité comprise entre 1 et 1,5 au niveau des conformations concaves/convexes 71, 72 et une densité comprise entre 0,1 et 1 dans les autres zones. Les deux armatures 1 sont maintenues à distance l'une de l'autre par l'espaceur 5. La distance D est donc ajustée en fonction de la structure de l'espaceur 5, du nombre de non-tissés 6 constituant ledit espaceur 5. En effet, comme mentionné précédemment, il est possible pour augmenter l'épaisseur du panneau I d'associer plusieurs, de préférence deux, nontissés conformés 6 et 61, disposés en opposition. L'alternance des conformations concaves et convexes 71 et 72 s'étend, de préférence, selon un motif répétitif, de sorte que la structure du nontissé 5 est homogène dans la direction de propagation du motif. Dans cette variante préférée de l'invention, les armatures la et lb sont donc espacées d'une distance D sensiblement constantes, les surfaces d'appui 8 étant réparties dans deux plans Pa et Pb d'appui parallèles l'un par rapport à l'autre. L'espacement d séparant deux formations concaves (ou convexes) consécutives, situées dans un même plan d'appui Pa ou Pb, est de préférence compris entre 1 et 100 mm. Un tel espaceur 6 permet également de ménager des vides au niveau de chaque zone concave 71. De l'air est donc emprisonné entre les deux armatures, au niveau des zones concaves. Selon une autre variante de réalisation, la distance d existant entre deux 15 conformations convexes 72 consécutives d'un même plan d'appui est égale à la distance D (ou à D/2) existant entre les deux plans d'appui Pa et Pb. L'espaceur 5 joue donc le rôle de structure d'espacement ou d'allégement entre les deux armatures 2a et lb avec lesquelles il constitue un panneau I qui peut être qualifié de structure définitive, stable, légère et résistante. Le panneau I présente, avantageusement, une épaisseur comprise entre 0,5 et 10 cm et une densité surfacique comprise entre 500 et 5000 g/m2. La fabrication des armatures la et lb est réalisée classiquement, en utilisant les techniques connues et sont consolidé, par chauffage et compactage. La fabrication du non-tissé 6 est également réalisée selon des techniques connues, notamment par voie sèche (cardage /nappage/liage). Ce dernier est alors compacté et mis en forme par thermocompression. Il est, avantageusement préchauffé à plat pour obtenir un ramolissement de la résine thermoplastique puis positionné sur un contre-moule, comportant une série de cylindres ou demi-cylindres ou une série de billes, de façon à présenter des ex-croissances sous la forme de demi- cylindres ou de demi-billes, selon la conformation désirée, à une température suffisamment basse pour entraîner le durcissement de la résine thermoplastique et figer la conformation souhaitée. Les conformations convexes 72 correspondent à des points de compression qui permettent d'augmenter la compacité du non-tissé et de lui conférer la forme souhaitée. La conformation peut notamment être réalisée, par passage du non tissé 6 entre deux cylindres dont les surfaces correspondent respectivement au moule et contre-moule souhaitée. L'espaceur 5 peut être un non-tissé ondulé (Fig. 1) : dans ce cas la conformation est obtenue grâce à des cylindres ou demi-cylindres de diamètre, par exemple, compris entre 10 et 100 mm. L'espaceur peut également être un non-tissé du type boîte à oeuf (Fig.2), dans ce cas des billes ou demi-billes de diamètre compris entre 10 et 100 mm, par exemple égal à 16 ou 30 mm sont utilisées pour la conformation. Le diamètre du cylindres ou des billes utilisées ne correspond pas forcément à l'épaisseur de l'espaceur 5: en effet, lors de la conformation, il est possible de faire plus ou moins pénétrer les billes ou cylindres sur le non-tissé 6. Les armatures la et lb peuvent, quant à elles, être réalisées au préalable, ou fabriquées en continu. L'assemblage des armatures la et lb et de l'espaceur 5 est ensuite réalisé par réchauffage de surface pour mettre en humeur la résine thermoplastique présente en surface et afficher les différents composants. La liaison entre les armatures 2a et lb et l'espaceur 5 est le plus souvent réalisée grâce aux résines thermoplastiques présentes dans les armatures 2a et lb et le non tissé 6. Pour cela, il est nécessaire d'avoir la même résine dans les armatures la et 2b et le non-tissé 6, ou deux résines compatibles, car ce sont elles qui permettent l'assemblage. Le cas où les différentes résines constitutives sont incompatibles thermo-chimiquement ne peut être exclu mais ne constitue nullement une variante préférée. Dans ce cas, on procède à une opération intermédiaire de collage par un autre matériau, de type résine adhésive, structurelle. Par esprit de productivité , il est envisageable de réaliser l'assemblage en fin de conformation du non-tissé 6. Un exemple de réalisation est donné ci-après à titre purement illustratif et ne saurait en aucun cas limiter l'invention. Pour la constitution de l'espaceur 5, un non-tissé 6 constitué d'un mélange de fibres de verre et de fibres de polypropylène recyclés 50/50 (500 g/m2, épaisseur initiale = 8mm) est utilisé. Le non-tissé 6 est positionné à plat sur un tapis qui conduit le nontissé 6 dans un tunnel chaud. La T d'exposition de 140 à 150 à coeur et le temps de passage dans le four permettent de mettre en humeur le polypropylène. Le non-tissé 6 passe ensuite entre deux cylindres métalliques refroidis garnis de bossage (demi- sphères de diamètre de 5cm,en alternance entre le cylindre supérieur et le cylindre inférieur, incrustées dans le cylindre à une profondeur de 35 mm: ainsi, le bossage est saillant en surface du cylindre, sur une hauteur de 15mm) . L'épaisseur de l'espaceur 5 obtenu est de 17 mm. Dans les zones compactées convexes, le non-tissé 6 présente une épaisseur de 2mm, sur les autres zones qui ne sont quasiment pas compactées et sont absorbantes sur le plan acoustique, le non-tissé 6 présente une épaisseur de 5 à 8mm. Deux armatures la et lb tissées de 560 g/m2 en filaments continus de verre et polypropylène répartis à raison de 370 g/m2 en chaine et de 190 g/m2 en trame, compactés pour présenter une épaisseur de 1,2 mm, sont déroulées au dessus et en dessous de l'espaceur 5. Avant contact entre les armatures et l'espaceur, on réactive par IR court, les surfaces internes des deux armatures la et lb et les deux surfaces de l'espaceur 5 à 120-130 pour entrainer la fusion au moins partielle du polypropylène. Les deux armatures la et lb sont alors affichées sur le non-tissé 5, puis le tout est passé sur une calandre à tapis, pour conformer le panneau qui présente une épaisseur de 1,8 cm, refroidi pour obtenir une stabilisation du panneau, coupé en formats. Les panneaux I selon l'invention sont parfaitement adapté et pourront donc être utilisé pour la fabrication de pièces pour l'automobile, d'éléments de construction, dans le domaine du génie civil et, en particulier, pour la fabrication de tablette arrière ou de plancher d'automobile. REVENDICATIONS 1. Panneau composite (I) remplissant une double fonction de renfort et d'isolation phonique comportant: - deux armatures (1, la, lb) de renfort en forme générale de plaque à base de fibres de renfort et de résine thermoplastique, présentant chacune un module d'Young supérieur à 10 000 MPa, un espaceur (5) réalisé au moyen d'au moins un non-tissé (6, 61) constitué d'un mélange de fibres de renfort et de fibres thermoplastiques, conformé en trois dimensions selon un motif alternant des conformations concaves (71) et des conformations convexes (72), s'étendant dans au moins une direction (d1, d2) , ledit espaceur (5) maintenant les deux armatures (la, lb) à distance l'une de l'autre, en ménageant des zones de vide entre ces dernières et constituant, pour chacune des armatures, une série de surface (8) d'appui et de liaison. 2. Panneau composite (I) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le motif est répétitif, de sorte que la distance (D) séparant les deux armatures est sensiblement constante. 3. Panneau composite (I) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le motif alternant des conformations concaves (71) et des conformations convexes (72) s'étend dans deux directions (d1, d2) , perpendiculaires l'une par rapport à l'autre. 4. Panneau composite (I) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'espaceur (5) est constitué de deux non-tissés (6, 61) identiques positionnés en opposition, de façon à ce qu'une série des conformations convexes (72) de l'un des non-tissés (6) soit en contact et liée à une série des conformations convexes (72) de l'autre non-tissé (61) . 5. Panneau composite (I) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le non-tissé (6) est plus compacté au niveau de ses zones incurvées. 6. Panneau composite (I) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il présente une densité surfacique comprise entre 500 et 5000 g/m2. 7. Panneau composite (I) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur sensiblement constante comprise entre 0,5 et 10 cm. 8. Panneau composite (I) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les armatures (1, la, lb) sont constituées essentiellement de fibres de verre et de polypropylène et en ce qu'elles présentent un module de Young compris entre 10 000 et 30 000 MPa. 9. Panneau composite (I) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'espaceur (5) est réalisé au moyen d'au moins un non-tissé (6) constitué d'un mélange de fibres de verre et de fibres thermoplastiques, avantageusement de polypropylène. 10. Panneau composite (I) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport fibres thermoplastiques massique au sein du(es) non-tissé(s) est compris entre fibres de verre 70/30 et 30/70. 11. Panneau composite (I) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le rapport massique fibres thermoplastiques est de l'ordre de 1. fibres de verre 12. Panneau composite (I) selon la revendication 11, caractérisé en ce que le(s) nontissé(s) présente(nt) une densité comprise entre 1 et 1,5 au niveau des conformations concaves/convexes (71, 72) et une densité comprise entre 0,1 et 1 dans les autres zones. 13. Panneau composite (I) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'espacement (d) séparant deux formations concaves (ou convexes) consécutives est compris entre 1 et 100 mm. 14. Panneau composite (I) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les deux armatures (la, lb) de renfort sont identiques. 15. Panneau composite selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les armatures (la, lb) de renfort comprennent un support-grille (21) constitué de deux nappes de fils de renfort (4) superposées et croisées sans entrelacement, éventuellement associé à un matériau de parement (3). 16. Utilisation d'un panneau composite selon l'une des revendications 1 à 15 pour la fabrication de pièces pour l'automobile, d'éléments de construction. 17. Utilisation d'un panneau composite selon l'une des revendications 1 à 15 pour la fabrication de tablette arrière ou de plancher d'automobile.