Brevet FR2883791A1 — publié le 20061006

Structure plane composée d'un assemblage cohésif de cellules alvéolaires jointives La présente invention concerne une structure plane composée d'un assemblage cohésif de cellules alvéolaires jointives (ou nid d'abeille), ainsi qu'un procédé et un appareillage convenant pour la fabrication d'une telle structure. Dans de nombreuses applications industrielles, telles que par exemple des panneaux pour le bâtiment ou des panneaux de garniture intérieure de véhicules terrestres, maritimes ou aériens, il est souhaitable de disposer de panneaux composites qui soient légers et peu coûteux tout en présentant de bonnes propriétés mécaniques, en particulier en ce qui concerne leur résistance au choc et à la flexion. De préférence, ces propriétés mécaniques ne doivent pas être excessivement affectées par des températures de l'ordre de 60 à 100 C, qui sont couramment atteintes à proximité de dispositifs de propulsion ou de chauffage, ou encore lorsqu'un véhicule ou une paroi non ventilée sont exposés au soleil. De tels panneaux qui conviennent bien sont ceux ayant une âme en nid d'abeille. Pour être économiquement rentables, ces panneaux doivent être réalisés avec des procédés simples, rapides et incluant le moins d'étapes possibles et de ce point de vue, le choix des polymères (et en particulier, des polymères thermoplastiques) comme matériaux constitutifs est également judicieux. En effet, compte tenu de leur thermoplasticité, ces matériaux peuvent être façonnés en une structure en nid d'abeille en une seule étape, voire en deux étapes maximum. Ainsi, un procédé pour la fabrication de structures alvéolaires par extrusion continue a été proposé dans la demande FR 2760999, tandis que la demande WO 00/32382 au nom de la demanderesse décrit un procédé d'obtention de telles structures par thermoformage et pliage d'une feuille façonnée au préalable. Pour répondre aux critères de rigidité et de résistance au choc, les structures de type nid d'abeille sont souvent couvertes de part et d'autre de leur plans de plaques en matières thermoplastiques diverses de façon à produire des panneaux. Pour réaliser l'assemblage de tels panneaux, on utilise généralement soit un adhésif (WO 00/32382) soit des méthodes de soudure thermique (FR 2760999) ou par rayonnement électromagnétique (WO 2005/014265). Toutefois, il faut dans les deux cas que les polymères composant le nid d'abeille et les plaques soient de la même famille chimique ou adhèrent entre 2883791 2 eux. Lorsque l'adhérence est insuffisante, il est nécessaire d'utiliser en intercalaire, un film adhésif, ou un film non tissé qui sert de surface d'encrage entre les 2 familles de produit. A ce jour les nids d'abeille sont toujours composés d'un seul polymère ou d'une seule formulation polymérique unique qui oblige le recours aux films intercalaires chaque fois que des panneaux de structures complexes sont produits. C'est par exemple le cas lorsque des plaques composées de PP additionné de fibres de verre sont collées sur des nids d'abeille en PP ou en PVC, lorsque des plaques de PVC ou de polyester sont collées des nids d'abeille en PO. Or, le recours à un film intercalaire est souvent coûteux et nécessite une étape supplémentaire de fixation du film sur les plaques. La présente invention vise à résoudre ce problème en proposant une structure en nid d'abeilles particulière, qui peut convenir pour la fixation de plaques de nature différente de la matière constitutive principale des alvéoles. La présente invention concerne dès lors une structure plane composée d'un assemblage cohésif de cellules alvéolaires jointives ayant une section quelconque et des parois essentiellement parallèles d'une cellule à l'autre, caractérisée en ce que les parois des alvéoles comprennent au moins deux portions à base de compositions polymériques différentes, la jonction entre lesdites portions étant substantiellement parallèle au plan de la structure. Par alvéoles , on entend désigner des cellules ouvertes ou fermées ayant une section quelconque, généralement circulaire ou hexagonale, avec des parois essentiellement parallèles d'une cellule à l'autre. Dans le cas de cellules hexagonales par exemple, on entend par là que les portions de parois homologues sont parallèles d'une cellule à l'autre. Selon l'invention, ces parois comprennent au moins deux portions à base de compositions polymériques différentes dont la jonction est substantiellement parallèle au plan de la structure. Chaque alvéole est donc en quelque sorte constituée d'au moins deux alvéoles différentes superposée et soudées. Par composition polymérique , on entend une composition comprenant au moins un polymère et éventuellement un ou plusieurs additifs. Le polymère peut être tout polymère ou élastomère thermoplastique, homopolymère ou copolymère (binaire ou ternaire notamment), ainsi qu'un mélange de tels polymères. Des exemples de copolymères utilisés sont les copolymères à distribution aléatoire, les copolymères séquencés, les copolymères à blocs et les copolymères greffés. 2883791 -3 En particulier, tout type de polymère ou de copolymère thermoplastique dont la température de fusion est inférieure à la température de décomposition convient. On peut également prévoir d'utiliser des matériaux thermoplastiques de synthèse qui présentent une polydispersion de leur masse moléculaire et une plage de fusion étalée sur au moins 10 C. Ainsi, on peut utiliser de façon non limitative des polyoléfines, des polyhalogénures de vinyle (PVC PVDF), des polyesters thermoplastiques, des poly-phénylsulphones (PPSU) aliphatiques ou aromatiques, des polycétones, des polyamides (PA), des polycarbonates et leurs copolymères. En tant qu'additifs possibles de ces polymères, on peut citer des pigments, des charges notamment fibreuses ou particulaires, des stabilisants, des plastifiants, des ignifugeants, des antioxydants, des agents antistatiques, des agents compatibilisants ou des agents de couplage, des agents d'expansion etc. En particulier, l'utilisation d'un matériau thermoplastique avec un agent d'expansion (de moussage) permet d'obtenir un élément structurel particulièrement léger. Il peut s'agir d'un agent d'expansion dit physique , c'est-à-dire d'un gaz dissous dans le matériau sous pression et qui provoque son expansion à la sortie du dispositif d'extrusion. Des exemples de tels gaz sont le CO2, l'azote, la vapeur d'eau, les hydrofluorocarbones (tel que le mélange commercialisé par SOLVAY sous la marque SOLKANE XG87 comprenant 87 % en poids de CF3-CH2F et 13 % en poids de CHF2-CH3), les hydrocarbures (tels que butanes ou pentane) ou un mélange de ceux-ci. Il peut également s'agir d'un agent d'expansion dit chimique , c'est-à-dire d'une substance (ou un mélange de substances) dissoute ou dispersée dans le matériau et qui, sous l'effet de la température libère le ou les gaz qui serviront à l'expansion. Des exemples de telles substances sont l'azodicarbonamide et les mélanges de bicarbonate de sodium et d'acide citrique. Un mélange des 2 types d'agents d'expansion peut également convenir. En tant que charges ayant pour but de renforcer et/ou de diminuer le coût de la structure, des particules cellulosiques peuvent être ajoutées aux polymères thermoplastiques. Par particules cellulosiques, on entend notamment de la sciure de bois, de la farine de bois, des fibres de bois, des particules de papier ou de carton, ou des fibres végétales telles que des fibres de lin, de coton ou de bambou, des déchets de paille, ainsi que leurs mélanges. De telles particules ont de préférence la plus grande de leurs dimensions (longueur) d'environ 0,1 à 3 mm en moyenne. Il est souhaitable que leur teneur en eau ne dépasse pas 15 % 2883791 4 en masse. En vue d'améliorer l'adhérence des particules cellulosiques à la matière thermoplastique constitutive, il peut être utile de les compatibiliser, par exemple par addition d'une faible quantité d'agents compatibilisants tels que des organosilanes insaturés (vinyltriéthoxysilane, gammaméthacryloxypropyltriméthoxysilane, etc.), ainsi qu'éventuellement un ou des peroxydes. L'effet de tels agents compatibilisants peut encore être accru par l'utilisation conjointe de faibles quantités d'agents réticulants appropriés, par exemple des tri-, tétra- ou penta-acrylates de polyols. Une autre méthode de compatibilisation consiste à utiliser une matière thermoplastique comprenant un ou plusieurs polymères modifiés de manière à présenter une affinité accrue vis-à-vis des particules cellulosiques, tels qu'une polyoléfine greffée par de l'anhydride maléique. La concentration des particules cellulosiques au sein du thermoplastique est généralement d'au moins 15 parties en masse (par rapport à 100 parties en 15 masse de matière thermoplastique), de préférence d'au moins 50 parties. Par ailleurs, cette concentration est généralement d'au plus 250 parties, et de préférence d'au plus 150 parties. Les alvéoles de la structure selon l'invention peuvent comprendre 3 portions à base d'au moins 2 compositions polymériques différentes et dont les jonctions sont substantiellement (c.à.d. à quelques degrés près et sur au moins 75 % , voire au moins 90 % de leur longueur) parallèles au plan de la structure. Une structure qui convient bien est celle où la paroi de chaque alvéole est formée de 3 portions avec une portion centrale d'une composition donnée, et deux portions d'extrémité. De préférence, les 2 portions d'extrémité sont à base de la même composition, qui est différente de celle de la portion centrale. De préférence, les portions d'extrémité sont minoritaires en étendue (et représentent donc moins de 50 % de la hauteur de la paroi) et représentent par exemple moins de 30 % , de préférence moins de 10 % et de manière particulièrement préférée moins de 1 % de la hauteur de la paroi. Selon une variante de l'invention, les portions d'extrémité sont à base d'une composition polymérique présentant un module en flexion différent de celui de la composition polymérique de la portion centrale. En effet, pour certaines applications, il peut être avantageux afin d'augmenter la résistance en flexion de la structure, d'utiliser pour les 2 portions d'extrémité une composition polymérique présentant un module en flexion plus élevé que celui de la composition polymérique utilisé pour la portion centrale. Inversement, 2883791 5 notamment pour augmenter la résistance au choc et conférer un toucher soft à la structure, il peut être avantageux d'utiliser pour les 2 portions d'extrémité une composition polymérique présentant un module en flexion plus faible que celui de la composition polymérique utilisé pour la portion centrale. Comme évoqué précédemment, le rôle de ces portions d'extrémité peut être de promouvoir l'adhérence de plaques de finition de part et d'autre de la structure. Il peut également s'avérer intéressant, pour certaines applications, de simplement vouloir protéger les alvéoles de tous coups et contaminations avant le collage de plaques de finition. Dans ce cas, le polymère constituant les portions extérieures sera choisi de façon à pouvoir se décoller par délaminage de la portion centrale (c.à. d. s'en désolidariser mécaniquement sans l'abîmer) juste avant la pose des plaques. Lorsque les portions extérieures sont destinées à servir de couche adhésive pour des plaques de finition, les compositions polymériques utilisées dans ces couches comprennent de préférence des adhésifs de coextrusion. De préférence, on choisira les co- ou terpolymères commercialisés sous la marque LOTADER , des polyoléfines greffées d'anhydride maléique commercialisées sous la marque PRIEX , ou des ionomères également commercialisés sous la marque PRIEX . Il convient également de noter que toutes les alvéoles de la structure n'ont pas nécessairement la même composition; ainsi par exemple, certaines cellules peuvent avoir au moins une portion de nature différente que ses voisines. La présente invention concerne également un procédé pour la fabrication de structures alvéolaires telles que décrites précédemment et consistant à alimenter une filière amont au moyen d'un bloc d'alimentation de coextrusion (tel que celui décrit dans le brevet US 4, 657,497 au nom de la demanderesse), ladite filière amont alimentant une filière aval (telle que celle décrite dans le brevet FR 2760999) avec au moins deux bandes de polymères juxtaposées (superposées). La filière amont répartit le matériau thermoplastique à l'état fondu selon une nappe plane sur la largeur d'entrée dans la filière aval. Cette dernière permet de mettre en forme la nappe plane de matériau fondu produite par la filière amont en un profilé tridimensionnel fournissant l'élément structurel. En d'autres termes, la présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'une structure telle que décrite précédemment, et qui comprend les étapes suivantes: 2883791 6 à l'aide d'un bloc de coextrusion, on alimente une première filière (dite amont), plate, avec au moins deux compositions polymériques différentes et on fabrique une nappe plane de polymère fondu comprenant deux bandes soudées à base des dites compositions à l'aide de cette filière; à l'aide d'une deuxième filière (dite aval), on transforme cette nappe en un profilé tridimensionnel qui, après refroidissement, constitue la structure. Une autre façon de satisfaire à l'invention est d'utiliser comme filière plate amont une filière plate dite à multicanaux comprenant au moins 2 canaux distincts se rejoignant juste avant l'entrée de la matière fondue dans la filière aval; de telles filières sont par exemple décrites dans Polymer Extrusion, Chris Rauwendaal, Hanser Publishers, pp.455-6 (1990 reprint edition). En d'autres termes, la présente invention concerne également un procédé pour la fabrication d'une structure telle que décrite précédemment, et qui comprend les étapes suivantes: à l'aide d'une première filière (dite amont), plate, on alimente une deuxième filière (dite aval) avec deux flux plats jointifs à base de deux compositions polymériques différentes fondues; à l'aide d'une deuxième filière (dite aval), on transforme ces deux flux en un profilé tridimensionnel qui, après refroidissement, constitue la structure. Enfin, la présente invention concerne également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé tel que décrit précédemment. Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il comprend deux filières: une première filière (dite amont), plate, susceptible de fabriquer une nappe comprenant deux flux plats, jointifs ou soudés, à base de deux compositions 25 polymériques différentes fondues; une deuxième filière (dite aval), susceptible de transformer cette nappe en un profilé tridimensionnel qui, après refroidissement, constitue la structure. La présente invention est illustrée de manière non limitative par les figures 1 à 5. La figure 4 illustre une extrudeuse de 30 mm de diamètre et une extrudeuse de 20 mm de diamètre qui alimentent respectivement en PVC naturel (couche A) et en PVC noir (couche B) un bloc d'alimentation de coextrusion tel que décrit aux figures 2, 3 et 4 du brevet US 4,657,497. Ce dernier alimente un flux de matière 3 couches B/A/B (voir figure 1), à une filière amont qui est une filière plate de 4 cm de largeur adaptée à l'écoulement du PVC. Cette filière amont transforme le flux tri-couches en une bande plate composée de 3 couches B/A/B 2883791 7 (voir figure 2) de polymèrse fondus que l'on alimente à une filière aval; cette dernière transforme la bande tri-couche plate en des bandes verticales composées de 3 bandes de matières B/A/B (voir figure 3). Ces bandes sont soudées entre elles dès la sortie de la filière aval par un système de pression dépression alternée entre 2 bandes adjacentes, de façon à fournir un nid d'abeille dont le polymère B se trouve sur les 2 surfaces du nid d'abeille et le polymère A au centre des parois verticales (voir figure 5) . Le rapport des hauteurs des bandes A et B est proportionnel au rapport des débits des extrudeuses alimentant le polymère A et le polymère B modulé selon le choix de la géométrie du feedblock et les différences de viscosité des polymères A et B. Des plaques extérieures peuvent ensuite être déposées sur le polymère B, de part et d'autre du nid d'abeille, par tout procédé connu, continu ou discontinu, notamment par laminage ou pressage à chaud sur le nid d'abeille, par soudure au moyen d'une rayon laser. 8 REVENDICATIONS 1 - Structure plane composée d'un assemblage cohésif de cellules alvéolaires jointives ayant une section quelconque et des parois essentiellement parallèles d'une cellule à l'autre, caractérisée en ce que les parois des alvéoles comprennent au moins deux portions à base de compositions polymériques différentes, la jonction entre lesdites portions étant substantiellement parallèle au plan de la structure. 2 - Structure selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les parois des alvéoles comprennent 3 portions à base d'au moins 2 compositions polymériques différentes et dont les jonctions sont substantiellement parallèles au plan de la structure. 3 - Structure selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les parois des alvéoles comprennent une portion centrale d'une composition donnée, et deux portions d'extrémité à base d'une même composition, différente de celle de la portion centrale. 4 - Structure selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les portions d'extrémité sont minoritaires en étendue et représentent donc moins de 50 % de la paroi des alvéoles. - Structure selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que les portions d'extrémité sont à base d'une composition polymérique présentant un module en flexion différent de celui de la composition polymérique de la portion centrale. 6 - Structure selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les portions d'extrémité peuvent se décoller par délaminage de la 25 portion centrale. 7 - Structure selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que les compositions polymériques utilisées dans les portions d'extrémité comprennent des adhésifs de coextrusion. 2883791 9 8 - Procédé pour la fabrication d'une structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: à l'aide d'un bloc de coextrusion, on alimente une première filière (dite amont), plate, avec au moins deux compositions polymériques différentes et on fabrique une nappe plane de polymère fondu comprenant deux bandes soudées à base des dites compositions à l'aide de cette filière; - à l'aide d'une deuxième filière (dite aval), on transforme cette nappe en un profilé tridimensionnel qui, après refroidissement, constitue la structure. 9 - Procédé pour la fabrication d'une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: à l'aide d'une première filière (dite amont), plate, on alimente une deuxième filière (dite aval) avec deux flux plats jointifs à base de deux compositions polymériques différentes fondues; à l'aide d'une deuxième filière (dite aval), on transforme ces deux flux en un profilé tridimensionnel qui, après refroidissement, constitue la structure. - Dispositif pour mettre en oeuvre un procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend deux filières: une première filière (dite amont), plate, susceptible de fabriquer une nappe 20 comprenant deux flux plats, jointifs ou soudés, à base de deux compositions polymériques différentes fondues; une deuxième filière (dite aval), susceptible de transformer cette nappe en un profilé tridimensionnel qui, après refroidissement, constitue une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.