Brevet FR2904258A1 — publié le 20080201

PRODUIT PLAN POUR MOULAGE ET SA FABRICATION. La présente invention concerne un produit (ou semi-produit), en particulier un produit plan (ou panneau ou plaque), destiné à la fabrication par moulage de pièces de structures (produit structural), par exemple automobiles, ce produit comprenant différents composants ou matériaux (produit hybride ou composite), et se présentant notamment sous forme d'un empilement de couches (produit sandwich) ; la présente invention concerne également la fabrication dudit produit et son utilisation dans des procédés de moulage. Il est connu d'utiliser pour le moulage de pièces dans une presse (notamment par compression à chaud ou thermocompression ) des panneaux formés de différentes couches, en particulier de couches de fibres de renforcement et de couches de matière organique thermoplastique, liées entre elles par aiguilletage ou par l'intermédiaire de couche(s) de matière de liaison thermoplastique, par exemple pour la fabrication de pièces automobiles, telles que pièces de carrosserie, tableaux de bords, etc. L'utilisation de produits présentant diverses couches aux propriétés différentes permet d'obtenir à la fois la résistance mécanique et l'aptitude à la déformation thermoplastique recherchées mais multiplie les opérations nécessaires à la réalisation de ces produits les rendant le cas échéant coûteux. La présente invention a donc pour but de fournir un nouveau produit plan présentant les propriétés de résistance mécanique et d'aptitude à la déformation thermoplastique recherchées tout en restant économique, simple de fabrication et de mise en oeuvre. Ce but est obtenu par le produit selon la présente invention comprenant au moins une couche fluable extrudée (ou issue d'un extrudat) incorporant des fibres de renfort, et au moins une couche non fluable incorporant des fibres de renfort. 2904258 2 Ce produit se présente généralement sous forme d'un produit plan mais la présente invention concerne également ce produit mis en forme ou le composite obtenu par moulage de ce produit. La présente invention concerne également le procédé d'obtention du 5 précédent produit, selon lequel on forme par extrusion au moins une couche fluable thermoplastique incorporant des fibres de renfort et on assemble à chaud et sous pression ladite couche avec au moins une couche non fluable incorporant des fibres de renfort. Par couche fluable (ou présentant une bonne coulabilité), on entend 10 selon la présente invention que l'ensemble des matériaux (dont le cas échéant la matière de renfort, ici les fibres de renfort) de cette couche est apte à se déplacer (en particulier se répartir) dans l'empreinte d'un moule lors du moulage (cette aptitude s'opérant généralement à la température de fusion d'au moins une partie des matériaux de la couche, en particulier à la température de fusion de matière(s) 15 organique(s) ou polymère(s) formant la couche) afin de la remplir correctement (avantageusement jusque dans ses détails). Par couche non fluable , on entend que la couche comprend au moins une matière (en particulier, le cas échéant, la matière de renfort, ici les fibres de renfort), éventuellement déformable, mais ne se dispersant pas (ou restant en 20 place sans extension ou étirement conséquent) dans le moule lors du moulage. Par couche extrudée (ou issue d'un extrudat ) dans le produit selon l'invention, on entend la couche formée par extrusion, telle qu'obtenue après refroidissement. Avantageusement, les fibres de renfort sont des fibres de verre (plus 25 exactement à base de verre), ces fibres se présentant notamment sous forme de filaments de verre (de diamètre généralement compris entre 5 et 24 microns) ou de fils formés de filaments de verre, ces fibres pouvant être agencées de différentes manières (fils continus, coupés, tissus, etc.), comme illustré ultérieurement. Avantageusement, la présentation des fibres varie selon le type de 30 couche, comme précisé ultérieurement, selon qu'il s'agit d'une couche fluable ou non fluable telle que précédemment définie. De préférence, le produit ou l'essentiel dudit produit (c'est-à-dire de 70 à 100%, et de préférence de 90 à 100%, de l'épaisseur) est formé d'une alternance de couches telles que précédemment mentionnées, c'est-à-dire de couche(s) 2904258 3 fluable(s) extrudée(s) incorporant des fibres de renfort et de couche(s) non fluable(s) incorporant des fibres de renfort, cet empilement (desdites couche(s) fluable(s) et couche(s) non fluable(s) précitées) étant éventuellement muni en l'une et/ou l'autre de ses faces (plus particulièrement ses faces de plus grandes 5 dimensions, supérieure et inférieure) de films thermoplastiques pour en améliorer par exemple l'état de surface. L'empilement précité formant le produit ou l'essentiel dudit produit peut comprendre uniquement deux couches superposées (une couche fluable extrudée incorporant des fibres de renfort et une couche non fluable incorporant des fibres 10 de renfort) mais de préférence il est constitué de (ou comprend uniquement) trois couches, deux couches d'une catégorie prenant en sandwich la couche de l'autre catégorie (c'est-à-dire soit une couche fluable extrudée précitée en sandwich entre deux couches non fluables incorporant des fibres de renfort, soit une couche non fluable précitée en sandwich entre deux couches fluables extrudées incorporant 15 des fibres de renfort), comme illustré ultérieurement. Les produits selon l'invention sont légers, économiques, faciles à réaliser (en particulier pas d'assemblage nécessitant une étape et/ou un matériau supplémentaires tels qu'aiguilletage ou matière supplémentaire de liaison, les couches du produit selon l'invention étant avantageusement liées thermiquement 20 comme il apparaît dans le procédé selon l'invention), et sont aptes à supporter les contraintes liées à leur utilisation. La couche fluable extrudée précitée est généralement à base d'une matière organique thermoplastique (voire éventuellement de plusieurs matières organiques thermoplastiques), choisie par exemple parmi les polyoléfines, 25 éventuellement greffées, telles que le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), les polyesters, tels que le polytéréphtalate d'éthylène, le polytéréphtalate de butylène, les polyamides, le chlorure de polyvinyle (PVC), le polysulfure de phénylène, etc, cette matière organique thermoplastique étant de préférence choisie parmi les polyoléfines (éventuellement greffées). Le cas échéant, à cette 30 base (ou matrice) thermoplastique peut ou peuvent venir s'ajouter une ou des charges (par exemple du talc) et/ou un ou des additifs (tels que des pigments, des ignifugeants, des stabilisants thermiques, des stabilisants UV, etc.) destinés à conférer des propriétés particulières au produit obtenu (allègement, réduction de coût, résistance au feu, coloration, bonne tenue à la mise en forme du semi- 2904258 4 produit, bonne tenue au milieu extérieur de la pièce moulée, etc.), le taux de ces charges et de ces additifs n'excédant pas de préférence 10% en poids de la couche fluable. La couche fluable incorpore au moins une matière de renfort, se présentant 5 selon l'invention essentiellement (de préférence uniquement) sous forme des fibres de renfort précitées, à un taux préférentiellement compris entre 20 et 40% en poids de la couche fluable. Avantageusement, les fibres de renfort de la couche fluable sont des fibres coupées. Elles sont initialement introduites dans le mélange (lors de la fabrication de la couche) sous forme de fils coupés (ces fils 10 pouvant être coupés soit préalablement à leur introduction dans l'extrudeuse, soit directement dans ou en entrée de l'extrudeuse), ou de bâtonnets ou granulés regroupant des fils coupés et/ou un grand nombre de filaments coupés, et elles se retrouvent dispersées sous forme de fils coupés et/ou de filaments coupés dans le mélange extrudé et dans la couche ainsi formée. Les fibres coupées dans la 15 couche fluable présentent une longueur généralement inférieure à 25 mm (les fils introduits dans l'extrudeuse, sous forme de fils coupés, granulés ou bâtonnets présentant généralement une longueur comprise entre 5 et 25 mm). La couche fluable extrudée comprend donc avantageusement (ou est composée de) une ou des matières organiques thermoplastiques (éventuellement 20 chargée(s) et/ou additivée(s)) et des fibres de renfort coupées, et est obtenue par mélange de ces composants et extrusion de l'ensemble. La couche non fluable mentionnée selon l'invention comprend (ou est composée de) quant à elle des fibres de renfort formées de préférence de fils continus. Ces fibres peuvent notamment se présenter sous forme de faisceau(x) 25 de fils parallèles (renfort(s) unidirectionnel(s)), et/ou sous forme de réseau(x) de fils entrecroisés, et/ou sous forme d'un empilement de nappes de fibres incorporant au moins un desdits faisceaux ou réseaux. Comme réseau, il peut s'agir d'une forme non tissée (par exemple un mat de fils continus) ou d'un tissu ou tricot ou éventuellement d'une grille. Les mêmes fils peuvent être utilisés pour 30 former la chaîne et la trame du réseau, ou la trame et la chaîne peuvent être constituées de fils différents. La couche non fluable peut être formée uniquement de fibres de renfort (par exemple, il peut s'agir simplement d'un tissu de fils de renfort) ou elle peut comprendre également d'autres composants, en particulier au moins une matière 2904258 5 organique thermoplastique. Cette matière organique thermoplastique peut être choisie, notamment, parmi les polyoléfines (éventuellement greffées), les polyesters, les polyamides, le chlorure de polyvinyle, le polysulfure de phénylène, etc, et est de préférence choisie parmi les polyoléfines, cette matière étant 5 généralement compatible avec (ou de même nature) ou identique à celle principalement utilisée dans la couche fluable extrudée. Cette matière organique peut par exemple former une matrice dans laquelle sont noyées les fibres de renfort, ou cette matière peut être déposée sur et/ou entre les fibres de renfort (par exemple elle peut être déposée sous forme de poudre, elle peut être saupoudrée, 10 pulvérisée, etc). La couche non fluable peut également incorporer des additifs (pigment, ignifugeant, stabilisant, etc.), comme précédemment indiqué pour la couche fluable, à des taux de préférence inférieurs à 10% en poids de la couche non fluable. De préférence, la matière de renfort dans la couche non fluable, se 15 présentant selon l'invention sous forme essentiellement (de préférence uniquement) des fibres de renfort précitées, représente entre 40 et 100% en poids de la couche non fluable. Comme déjà indiqué, les fibres de renfort préférées sont des fibres de verre (plus exactement à base de verre). Dans un mode de réalisation avantageux, tout 20 ou partie des fibres de verre présentes dans la couche fluable et/ou dans la couche non fluable sont (incorporées sous forme) et/ou proviennent de fils mixtes (ces fils étant obtenus par la réunion et le bobinage simultané de fibres de verre et de fibres de matière organique) et de préférence sont et/ou proviennent de fils comêlés ou composites (composés de filaments de verre et de filaments de matière 25 organique mélangés au sein des fils, ce mode étant d'autant plus avantageux que le mélange est homogène), les fils composites étant généralement obtenus par assemblage des filaments directement lors de leur fabrication (comme décrit par exemple dans les brevets EP 0 599 695, EP 0 616 055, EP 0 367 661 et WO 98/ 01751 dans lesquels pendant l'étirage des filaments de verre, on extrude et on 30 entraîne simultanément les filaments organiques, les trajets suivis par les filaments convergeant avant que lesdits filaments soient rassemblés en au moins un fil composite). Dans ce mode de réalisation, la matière organique composant les fils composites est avantageusement choisie parmi les polyoléfines, les polyesters, les polyamides, le chlorure de polyvinyle, le polysulfure de phénylène, 2904258 6 etc, et de préférence parmi les polyoléfines, cette matière étant avantageusement compatible avec ou identique à la ou aux autres matières organiques présentes le cas échéant dans la couche non fluable et/ou dans la couche fluable, cette matière pouvant également (le cas échéant) constituer l'unique matière organique 5 thermoplastique de la couche non fluable (par exemple dans le cas où cette couche est un tissu formé de fils composites). Le cas échéant (notamment lorsque la couche non fluable est formée de fils mixtes ou composites ou comprend une matière organique), la couche non fluable peut être consolidée sous forme d'une nappe pleine (ou feuille ou plaque) en 10 effectuant une fusion préalable de la matière organique (par l'action, généralement, de chaleur et de pression) avant son utilisation pour former le produit selon l'invention. Ainsi, la couche non fluable lorsqu'elle comprend une matière organique peut se présenter sous forme d'au moins une nappe dans laquelle la matière 15 organique est (au moins en partie) sous forme de fibres, et/ou d'au moins un nappe pleine dans laquelle la matière organique est (au moins en partie) fondue ou forme la matrice, les fibres de renfort étant alors noyées dans ladite matière organique. De préférence, la couche non fluable comprend, ou consiste en, un tissu de 20 verre et /ou un tissu de fils composites et/ou une plaque composite intégrant des fils de verre (obtenue par exemple par consolidation d'un tissu de fils composites ou par consolidation d'un tissu de fils de verre imprégné d'une matière organique comme évoqué précédemment). Comme déjà évoqué, outre l'empilement de couches précité, le produit 25 selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs couches extérieures (par rapport à l'empilement formant le cas échéant la partie centrale ou interne du produit), par exemple pour protéger et/ou améliorer l'aspect de surface du produit et/ou pour conférer des propriétés ou fonctions particulières (propriétés anti-UV, étanchéité, anti-corrosion, tenue chimique, etc) audit produit ou au composite 30 résultant formé par moulage. Ces couches de surface sont généralement sous forme de film(s), en particulier de film(s) à base de matière(s) organique(s) thermoplastique(s) (par exemple des films en polyéthylène ou polypropylène ou un mélange des deux), cette ou ces matières étant avantageusement compatibles avec ou identiques à celle(s) de la couche adjacente, ces films pouvant également 2904258 7 incorporer le cas échéant un ou des additifs conférant une ou des propriétés particulières (tel qu'un anti-oxydant pour éviter des dégradations lors d'un chauffage, par exemple lors du moulage, un additif anti-UV, etc), l'ajout d'additifs dans le(s) couche(s) extérieure(s) (minces) pouvant présenter un intérêt 5 économique par rapport au fait de l'intégrer dans la partie centrale du produit (plus épaisse). Généralement, dans le produit selon l'invention, l'épaisseur de chaque couche non fluable est comprise entre 0.3 et 2 mm (de préférence entre 0.5 et 2 mm), l'épaisseur de chaque couche fluable est comprise entre 0.5 et 5 mm (de 10 préférence entre 1 et 4 mm), l'épaisseur de chaque couche extérieure éventuelle est inférieure à 500 microns (de préférence inférieure à 300 microns) et l'épaisseur totale du produit selon l'invention est comprise entre 1.5 et 10 mm (de préférence entre 1. 5 et 6 mm, en particulier de l'ordre de 2 à 4 mm). Comme précédemment évoqué, l'adhésion des couches entre elles se fait 15 avantageusement sans colle, sans matière supplémentaire et sans aiguilletage, l'accrochage se faisant notamment en effectuant la fusion de la matière organique (en particulier de la couche fluable) par l'action généralement de chaleur et de pression, comme explicité dans le procédé selon l'invention. Dans le cas de l'utilisation de fils composites, la fusion de la matière organique est facilitée ainsi 20 que l'accrochage, la répartition des renforts étant également améliorée et plus facilement maîtrisée. Egalement, lorsque la même matière organique est utilisée dans les différentes couches, la matière organique des différentes couches peut être fusionnée au sein du produit obtenu, ceci présentant des avantages en terme de pérennité et résistance. Le produit selon l'invention présente des avantages en 25 termes de tenue, de facilité de manipulation et de mise en oeuvre et contribue à l'obtention de produits finis présentant de bonnes propriétés mécaniques. Le produit selon l'invention peut être formé selon le procédé de l'invention tel que précédemment mentionné, ce procédé étant avantageusement continu. Ce procédé comprend au moins une étape d'extrusion d'au moins une couche fluable, 30 et au moins une étape de consolidation d'au moins une couche fluable et d'au moins une couche non fluable (consolidation simultanée des couches après assemblage). Comme déjà évoqué, la couche fluable est généralement formée en mélangeant tous ses constituants, par exemple, pour les fibres de renfort, sous 2904258 8 forme de fibres, granulés ou bâtonnets (à base de fibres longues, ou bâtonnets concentrés, éventuellement gainés, etc), etc, et pour la matière organique sous forme de poudre, etc, dans au moins une extrudeuse (ou boudineuse ), l'alimentation de l'extrudeuse se faisant par exemple par l'intermédiaire d'une ou 5 plusieurs trémies, la couche étant mise en forme au sortir de l'extrudeuse par passage dans au moins une filière d'extrusion (généralement plate, ladite filière équipant généralement directement l'extrudeuse). La couche non fluable peut être, par exemple, dévidée sous forme d'une bande continue, en particulier une bande de tissu(s), consolidé(s) ou non, à partir 10 d'au moins un enroulement. De la même façon, le ou les films de surface peuvent être dévidés à partir d'enroulement(s). Selon les modes de réalisation de l'invention, plusieurs extrudeuses peuvent être utilisées et/ou plusieurs enroulements peuvent être dévidés, en fonction du nombre de couches souhaitées. Généralement, l'ensemble des 15 couches (issues des extrudeuse(s) et enroulement(s)) sont simultanément introduites dans au moins un dispositif de consolidation (tel qu'un dispositif double bande ou une ou des calandres) dans lequel elles sont successivement chauffées, de préférence sous pression, puis refroidies sous pression. La zone de chauffe permet de fondre la ou les matières organiques des couches, la température 20 (choisie de façon à effectuer cette fusion, en particulier comprise entre la température de ramollissement et la température de dégradation de la matière organique à fondre) et la pression éventuelle (par exemple de l'ordre de 1 à 50 bars) compactant le produit et évacuant les bulles d'air. La zone froide, sous une pression par exemple de l'ordre de 1 à 50 bars (la zone froide pouvant le cas 25 échéant être à la même pression que la zone chaude ou à une pression supérieure), et à une température par exemple de l'ordre de -20 à +20 C, solidifie le produit final à travers toute son épaisseur. L'assemblage obtenu après consolidation de l'ensemble des couches est ensuite généralement enroulé et/ou découpé (en ligne ou en reprise) pour former 30 les (semi-)produits selon l'invention. D'autres avantages et caractéristiques vont à présent être décrits en regard des figures suivantes illustratives mais non limitatives, la figure 1 a représentant schématiquement un premier mode de réalisation d'un procédé selon l'invention permettant d'obtenir un premier produit selon l'invention illustré en figurel b, et la 2904258 9 figure 2a représentant schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un procédé selon l'invention permettant d'obtenir un deuxième produit selon l'invention illustré en figure2b. Le produit plan 1 selon l'invention représenté en figure 1 b comprend une 5 partie centrale formée de trois couches superposées consistant en deux couches non fluables 3 de part et d'autre d'une couche fluable 2. La couche fluable est constituée de polypropylène et de fibres de verre de longueur essentiellement de 5 à 25 mm, et les couches non fluables sont constituées de polypropylène et de fibres de verre continues, par exemple sous forme de fils composites, ces fils 10 pouvant être tissés et/ou disposés en une ou plusieurs nappes unidirectionnelles. La couche non fluable peut également n'être présente que sur l'une des deux faces de la couche fluable. Eventuellement, une ou des couches extérieures 4 de protection et/ou d'aspect sous forme de films de polypropylène peuvent être ajoutées sur une face ou de part et d'autre de l'empilement. Dans le mode de 15 réalisation illustré, l'épaisseur de la couche fluable est par exemple de l'ordre de 2 mm, l'épaisseur de chacune des couches non fluables est par exemple de l'ordre de 1 mm et l'épaisseur de chaque film de surface est par exemple de l'ordre de 75 m. La fabrication de ce produit se fait par exemple selon le procédé représenté 20 en figure 1 a. Des bâtonnets ou granulés fibres longues 5 formés de polypropylène et de fibres de verre de longueur entre 5 et 25 mm alimentent en continu une extrudeuse 6 par l'intermédiaire d'au moins une trémie 7, de façon à former au sortir de l'extrudeuse la couche fluable d'extrudat 2, cette couche étant mise en forme par passage dans au moins une filière d'extrusion plate 8. Parallèlement, 25 des bandes 9 de tissus préconsolidés de fils composites à base de filaments de polypropylène et de filaments de verre intimement mélangés (ces fils comprenant par exemple 60 ou 75 % en poids de verre) sont dévidées à partir de supports 10 et des bandes 11 de films de polypropylène sont dévidées à partir de supports 12 puis assemblées avec la couche d'extrudat à l'entrée d'un dispositif de 30 consolidation 13 formé par exemple d'une double bande métallique, dans lequel l'ensemble des couches, soumis à une pression de 20 à 50 bars, passe successivement dans une zone de chauffe 14 (réglée par exemple entre 195 et 230 C pour fondre le polypropylène) et une zone de refroidissement 15 (réglée par exemple entre -20 et +20 C). L'assemblage hybride ainsi obtenu est ensuite 2904258 10 découpé (dispositif non représenté) pour former les produits selon l'invention. Dans la variante illustrée en figures 2 a et 2b, l'empilement formant le produit 1' ou l'essentiel du produit comprend cette fois deux couches fluables 2 issues d'extrudats de part et d'autre d'une couche non fluable 3 telles que 5 précédemment décrites. Dans le procédé d'obtention de ce produit, on utilise cette fois deux extrudeuses 5 alimentées comme indiqué précédemment et un support 10 à partir duquel est dévidé une bande 9 telle que celle évoquée précédemment. Les produits selon l'invention peuvent être utilisés notamment dans les procédés de moulage comme par exemple la thermocompression pour la 10 fabrication de poutres de pare-chocs automobiles, de supports de roues de secours, etc. Un ou plusieurs de ces produits peuvent être utilisés dans un même moule et/ou peuvent être combinés dans un même moule à d'autres types de produits tels que un ou d'autres produits de renfort et/ou une ou plusieurs matières organiques (par exemple, ils peuvent être combinés à des produits de type mats 15 de fils de renfort coupés imprégnés de matière thermoplastique), ces produits étant introduits chacun aux dimensions appropriées pour le renforcement recherché (local ou sur la totalité de la pièce), le produit selon l'invention ayant dans la pièce moulée obtenue un rôle plutôt structurel (élément essentiel assurant une résistance globale). REVENDICATIONS 1. Produit, en particulier produit plan, comprenant au moins une couche fluable extrudée incorporant des fibres de renfort, et au moins une couche non fluable incorporant des fibres de renfort. 2. Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit ou l'essentiel du produit est formé d'un empilement sous forme d'une alternance de couche(s) fluable(s) d'extrudat thermoplastique incorporant des fibres de renfort et de couche(s) non fluable(s) incorporant des fibres de renfort. 3. Produit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'empilement comprend uniquement deux couches superposées ou comprend uniquement trois couches, deux couches d'une catégorie prenant en sandwich la couche de l'autre catégorie. 4. Produit selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une couche fluable et/ou au moins une couche non fluable comprend au moins des fils composites. 5. Procédé d'obtention d'un produit plan, dans lequel on forme par extrusion au moins une couche fluable thermoplastique incorporant des fibres de renfort et on assemble à chaud et sous pression ladite couche avec au moins une couche non fluable incorporant des fibres de renfort. 6. Composite ou produit mis en forme, obtenu, notamment par moulage, à partir d'un ou plusieurs produits selon l'une des revendications 1 à 4, éventuellement combiné(s) à un ou d'autres produits de renfort et/ou à une ou plusieurs matières organiques.25