Brevet FR2903931A1 — publié le 20080125

Etat de l'art : Les matériaux composites se développent par rapport aux autres matériaux comme les matériaux métalliques (acier, aluminium, magnésium, alliages légers) en forte croissance grâce à leurs belles performances (gain de poids, absence de corrosion, résistance à la fatigue, tenue aux chocs) et aussi au gain de poids qu'ils permettent sans oublier la liberté de conception (design) et l'intégration de fonctions. Leur évolution depuis les dernières trente années les a placés dans tous les secteurs d'application comme l'aéronautique, le nautisme, les sports et loisirs et l'automobile. Toutefois il reste encore une étape importante à franchir lorsque les pièces réalisées nécessitent un état de surface (pièces d'aspect : exemple de la classe A dans le secteur de la carrosserie automobile) ou une mise en décor (articles de sports)). Cette dernière étape est souvent longue en temps car elle nécessite des opérations de reprise ultérieures : préparation de la surface à peindre, souvent un bouche-porage, apprêtage avec un primaire d'adhérence, adjonction d'un film de collage pour un décor, etc. Les différentes étapes ont évidemment un coût qui peut avoisiner le coût de la pièce brute tombée de son outillage Si ces opérations de décoration sont maîtrisées à ce jour pour les matériaux composites thermodurcissables (résines époxydes, polyesters) avec des contraintes au niveau de la taille des séries qui restent faibles à moyennes comme décrit dans le brevet CA 2,329,125 et également pour les matériaux thermoplastiques mis en oeuvre par injection comme décrit dans les brevets HK 142294 et CA 2,171,673 pour des séries plus industrielles. Ceci n'est pas encore le cas pour la décoration des matériaux composites thermoplastiques mise en oeuvre par compression. Des solutions sont proposées comme décrit dans le brevet TW 504470B pour réaliser un support décor sur film silicone modifié, solution lourde et coûteuse ou comme décrit dans le brevet US 5,261,984 où les opérations restent unitaires avec placement individuel du décor et du pré-imprégné dans un moule. 1 2903931 Description de l'Invention : L'objet de l'invention est d'apporter dans le cadre des matériaux composites thermoplastiques mis en oeuvre par compression une solution efficace et peu coûteuse pour le décor de pièces de grande série : En effet 5 suivant le procédé décrit ci-après il est possible de réaliser en continu ou semi-continu et en une seule étape le semi-produit stratifié thermoplastique avec son décor. De même des pièces 2D ou 3D peuvent être moulées à la presse en une seule étape à partir de ce semi-produit. La pièce décorée ainsi réalisée est par ailleurs d'excellente qualité avec une surface brillante, une 10 résistance à la rayure élevée, le décor faisant partie intégrante de la structure et est de nature à éviter les problèmes de délaminage, de fissures. Selon l'invention, le décor et le renfort composite thermoplastique devant être inclus dans le semi-produit sont calandrés et consolidés dans une seule et même étape à l'aide d'une presse chauffante à fonctionnement continu ou 15 semi continu, le semi-produit ainsi obtenu étant réchauffé et transformé en pièces 2D ou 3D par compression. Les pièces obtenues offre un décor intégré de qualité. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, une presse (5) chauffante à bandes (continu) ou à intervalles (semi-continu) est alimentée 20 avec des rouleaux de matériaux suivants : • Film de papier siliconé (1) • Pré- imprégné à base de renforts de fibres (2) type verre, aramide, carbone ou autre fibre dite de renfort sous toutes les formes connues de l'homme de l'art et de résine thermoplastique type PE, PP, PET, PA 25 6, PA6.6, PA 12, PC, TPU, ABS,etc. • Tissu de fil synthétique (3), caractérisé par le fait que le fil est à faible taux de rétractation thermique et réalisé à partir des polymères suivants PP, PET, PBT, PA ou de leur famille, le choix s'effectue en regard des autres polymères de la matrice du matériau composite thermoplastique 30 et des conditions de mise en oeuvre. Le grammage est compris entre 2 2903931 3 40 et 250 g/m2. Le décor est apporté par les moyens classique et connu de l'homme de l'art (offset, transfert, jet d'encre, etc.). • Film plastique optionnel (4) de protection contre les UV, les éraflures type classiques utilisés comme le PA, PC ou PET. 5 L'ensemble des matériaux (1), (2), (3) et (4) est chauffé sous pression et consolidé lors du refroidissement dans la presse pour former un semi-produit (6) sous forme de plaque dans l'exemple choisi. L'invention n'est pas limitative à la fabrication de plaques et peut également se décliner à d'autres formes de semi-produits comme par 10 exemple des profils. Les réglages (pression, température, vitesse de défilement) de la presse pour une bonne mise en oeuvre de l'invention seront établis en fonction des matériaux travaillés. D'une manière générale le demandeur a découvert que les réglages d'une vitesse élevée et d'un refroidissement rapide sont des facteurs-clés et 15 importants de réussite pour un décor parfait. Ce procédé rapide donne à l'invention son grand intérêt économique. A titre indicatif et non limitatif les valeurs de travail sont : • pour les semi-produits : la pression de travail de la presse est de 3 à 5 bars, la température de chauffe de 230-250 C et les vitesses de 20 passage de 30 à 200 ml / heure. • Pour les pièces moulées à la presse à partir de ces semi-produits : pression de 1 à 20 bars, température 220-250 C, temps de séjour de 15 secondes à 3 minutes. Les pièces décorées obtenues présentent des propriétés inégalées par 25 rapport à ce qu'il est possible d'atteindre avec les procédés de décoration classiquement utilisés car une mise en peinture classique utilise des polymères dont les caractéristiques techniques (réticulation) rendent le film de peinture cassant (fissures dans le temps sous la sollicitation) et incompatible avec les pièces thermoplastiques. De plus ceci nécessite une opération 2903931 4 supplémentaire de vernissage pour obtenir une résistance aux griffures. L'invention permet en outre de réaliser des pièces décorées sur des composites thermoplastiques PE ou PP pour lesquelles la voie classique de mise en peinture ne fonctionne pas ou mal (accrochage difficile ou emploi de 5 primaire d adhérence) et donc une opération supplémentaire ! A titre illustratif et non limitatif de la présente invention quelques exemples d'application : • Exemple 1 : semi-produit = Plaque en PP/gf (fibre de verre) avec décor tissu (PET) ; transformation en pièce finale décorée =pagaie de canoë 10 kayak • Exemple 2 : semi-produit = Plaque en PA/gf (fibre de verre) avec décor tissu (PET) ; transformation en pièce finale décorée = ski • Exemple 3 : semi-produit = profil en PA/cf (fibre de carbone) avec décor tissu (PET) et film de protection PA ; transformation en pièce finale 15 décorée = raquette de tennis • Exemple 4 :semi-produit= Plaque en PP/gf avec décor tissu PET, transformation en spoiler pour automobile • Exemple 5 :semi-produit= Plaque en PP/gf avec décor tissu PET, transformation en siège bébé automobile REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un semi-produit composite thermoplastique avec décor intégré, caractérisé par le fait que le décor et le renfort composite thermoplastique sont calandrés et consolidés dans une seule et même étape à l'aide d'une presse chauffante à fonctionnement continu ou semi continu, le semi-produit ainsi obtenu étant réchauffé et transformé en pièces 2D ou 3D par compression. 2. Procédé de fabrication d'un semi-produit composite thermoplastique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le décor est un tissu imprimé à base de fil synthétique à faible taux de rétraction thermique. 3. Procédé de fabrication d'un semi-produit composite thermoplastique selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le fil synthétique est du PET. 4. Procédé de fabrication d'un semi-produit composite thermoplastique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le procédé est continu ou semi- continu et autorise des vitesses élevées de 30 à 200 m / heure. 5. Procédé de fabrication d'un semi-produit composite thermoplastique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les semi-produits sont sous formes de plaques ou de profils.