Brevet FR2909029A1 — publié le 20080530

Procédé de fabrication d'une plaque composite à base de PVC et structure incluant une telle plaque La présente invention concerne un procédé de fabrication de plaques composites à base de PVC, ainsi que des structures incluant de telles plaques et en particulier, des structures ayant une âme alvéolaire et au moins un telle plaque comme renfort. Dans de nombreuses industries (automobile, constructions civiles, navales...), on cherche à optimiser le rapport propriétés mécaniques/poids des structures utilisées. De nombreux procédés ont été mis au point pour réaliser cet objectif et l'un des plus courants consiste à utiliser une structure alvéolaire en nid d'abeilles éventuellement en sandwich entre deux plaques dites de finition. En combinant cette technique avec le choix d'un matériau léger (polymère plutôt que métal), on peut obtenir des structures particulièrement légères. La demande WO 2006/045723 au nom de la demanderesse décrit une structure particulièrement intéressante ayant une âme cellulaire comprenant une structure en nid d'abeilles à base de PVC (polychlorure de vinyle) remplie de mousse de PUR (polyuréthane) et deux couches externes de PVC. Une telle structure et non seulement performante en ce qui le rapport propriétés mécaniques/poids des structures, mais elle peut également présenter une excellente résistance au feu moyennant un choix adéquat des compositions des résines (formulations PVC et PUR classées indépendamment M1 selon la norme NFP 92.507). Cette demande présente le recours à des plaques de PVC biorientées comme étant avantageux (notamment pour encore améliorer le rapport précité). Un moyen alternatif d'augmenter les propriétés mécaniques à poids égal ou de réduire l'épaisseur (d'où le poids) à propriétés mécaniques similaires pourrait consister à utiliser des plaques composites c.à.d. incluant un renfort. De ce point de vue, des renforts fibreux dits longs (c.à.d. dont les fibres ont une longueur moyenne de l'ordre des cm) sont réputés pour conférer une amélioration du comportement en traction (module et résistance mesurés sur des plaques d'épaisseurs égales) plus marquée que des renforts fibreux dits courts (longueur de l'ordre des mm), ainsi qu'une augmentation de la résistance thermique, une meilleure stabilité dimensionnelle et une meilleure résistance aux 2909029 2 chocs. Toutefois, avec le PVC, qui est un polymère qui ne fond pas mais qui peut être gélifié (c.à.d. former une masse homogène où les grains de PVC ont perdu leur forme et leur identité) à condition d'être fortement malaxé en foncu, l'utilisation de tels renforts longs est difficile et la longueur de ces renforts est 5 de toute manière nettement réduite à l'issue de cette opération. Cet inconvénient (réduction de la longueur de fibre) est d'ailleurs également rencontré les polymères cristallins, fusibles s'ils sont mis en oeuvre par malaxage (extrusion par exemple). Des procédés alternatifs ont dès lors été proposés pour pouvoir incorporer des polymères dans des supports fibreux tissés ou non, et obtenir ainsi des 10 composites polymère/renforts fibreux tissés ou non. Certains de ces procédés consistent en une enduction desdits supports/renforts à l'aide d'un latex ou d'une solution du polymère et puis, en une évaporation de l'eau ou du solvant. Une telle technique est coûteuse d'un point de vue énergétique et ne permet souvent pas une bonne dispersion du polymère à l'intérieur du substrat. 15 Les demandes WO 99/22920 et WO 2005/038123 proposent un procédé amélioré consistant à disperser de la poudre (particules sèches) de polymère dans un réseau de fibres ou de filaments à l'aide d'un champ électrostatique alternatif et puis, à mouler l'ensemble par chauffage et pressage pour former des plaques. Ce procédé présente comme avantage d'obtenir à moindre coût, un composite plus 20 compact où les fibres sont bien imprégnées de polymère. Toutefois, les poudres exemplifiées dans ces demandes sont soit des poudres de polymères cristallins, faciles à fondre dans la matrice, soit des poudres de résines thermodurcissables ne nécessitant pas de malaxage pour leur mise en oeuvre. Or, la demanderesse a constaté que de manière surprenante, ce procédé 25 donnait également de bons résultats avec du PVC alors qu'a priori, il n'était pas évident que du PVC réparti dans un réseau fibreux et simplement pressé à chaud puisse gélifier. Dès lors, la présente invention concerne un procédé de fabrication de plaques composites à base de PVC et d'un réseau de fibres longues, ledit procédé 30 comprenant les étapes suivantes : on disperse du PVC sous forme de poudre sur ledit réseau ; on soumet l'ensemble à un champ électrostatique alternatif avec une durée et une intensité suffisante pour répartir la poudre dans le réseau ; on chauffe l'ensemble sous pression jusqu'à ce que la poudre forme une matrice continue. 2909029 3 Dans le cadre de l'invention, on entend désigner par PVC , les homo-et copolymères dérivés du chlorure de vinyle (VC). Par copolymères dérivés du chlorure de vinyle, on entend désigner, dans la présente description, les copolymères contenant au moins 50 % et de préférence, au moins 70 % en poids 5 d'unités monomériques dérivées du chlorure de vinyle. On préfère les copolymères contenant environ 75 à environ 95 % en poids de chlontre de vinyle. A titre d'exemples de comonomères copolymérisables avec le chlorure de vinyle, on peut citer les monomères insaturés oléfiniques, tels que l'éthylène, le propylène et le styrène et les esters tels que l'acétate de vinyle (VA C) et les 10 acrylates et méthacrylates d'alkyles. La présente invention convient particulièrement bien aux homopolymères du VC et aux copolymères VC-VAC. On utilise de préférence, dans le cadre de l'invention, des PVC fluides c.à.d. des PVC ayant un indice de viscosité en fondu ou nombre K (classiquement appelé KW ou K-wert) faible c.à.d. inférieur ou égal à 68, de 15 préférence à 60 et de manière tout particulièrement préférée, inférieur ou égal à 58. Pour des raisons pratiques (disponibilité commerciale), le PVC utilisé dans le cadre de l'invention a généralement un Kw supérieur ou égal à 50. A noter toutefois que des grades plus fluides pourraient sans doute convenir. La granulométrie de la poudre de PVC utilisée est de préférence fine. 20 Ainsi, le diamètre moyen des particules est de préférence inférieur ou égal à 3001.1m, voire à 200 m et de manière tout particulièrement préférée, à 150 m. Dans le cadre de l'invention, des mélanges commerciaux incluant une poudre de PVC ordinaire et des additifs habituels tels que stabilisants, pigments, lubrifiants, ... et encore appelés compounds ou prémix conviennent bien. 25 Les fibres longues utilisées dans le procédé selon l'invention peuvent être des fibres quelconques disponibles commercialement. Il peut tant s'agir de fibres organiques (de produits naturels tel que le chanvre par exemple, ou de produits synthétiques tels que des fibres polymériques) que minérales (fibres de verre par exemple). Le procédé selon l'invention donne de bons résultats avec 30 des fibres de verre. Dans le cadre de l'invention, on entend par fibres longues , des fibres dont la longueur est de l'ordre des cm, de préférence supérieure ou égale à 10 cm, voire à plusieurs dizaines de cm (cette longueur pourrait même être de l'ordre des mètres). Ces fibres peuvent ou non être tissées et le réseau selon l'invention peut ou 35 non être ordonné. De bons résultats ont été obtenus avec des fibres simplement enchevêtrées et en particulier, avec des fibres de verre longues et enchevêtrées. 2909029 -4 La manière de disperser la poudre sur et dans le réseau et puis, de mouler la plaque est décrite en détail dans les demandes internationales WO 99/22920 et WO 2005/038123 susmentionnées. La présente demande concerne également une structure composite ayant 5 une âme alvéolaire et au moins une plaque à base de PVC renforcé de fibres longues susceptible d'être obtenue par le procédé décrit précédemment. A noter qu'une telle structure pourrait également présenter un intérêt en dehors du cadre de la présente invention (c.à.d. que les plaques de PVC/fibres longues û de préférence de verre - pourraient avoir été obtenues par un autre procédé). 10 De préférence, la structure composite est une structure sandwich ayant une telle plaque en renfort de part et d'autre de l'âme alvéolaire. De préférence, les fibres longues sont des fibres de verre ce qui permet d'obtenir une structure ayant une bonne résistance au feu. L'avantage de ces structures est de pouvoir utiliser des plaques de plus fine 15 épaisseur pour une rigidité de structure donnée ou atteindre une plus grande rigidité de structure à épaisseur de plaques donnée. La résistance aux chocs induite par les plaques est également un atout. De préférence, l'âme alvéolaire comprend une structure en nid d'abeilles. Par nid d'abeilles , on entend désigner un objet généralement plan (sous la 20 forme générale d'une plaque) ou légèrement courbe comprenant des alvéoles, c'est-à-dire des cellules ouvertes ou fermées ayant une section quelconque, généralement circulaire ou hexagonale, avec des parois essentiellement parallèles d'une cellule à l'autre et perpendiculaires aux surfaces de la plaque de renfort selon l'invention. De manière tout particulièrement préférée, cette structure en 25 nid d'abeilles est également en PVC. Elle peut ou non comprendre de la mousse en sein comme décrit dans la demande WO 2006/045723 précitée. Par mousse , on entend une matière dont la densité a été diminuée par l'ajout d'additifs connus sous le nom d' agents moussants . De tels additifs sont bien connus dans le métier de la plasturgie. Ils peuvent être de divers types 30 regroupés souvent en deux familles : agents moussants chimiques et agents moussants physiques. On peut aussi les mélanger. Des renseignements peuvent être trouvés à ce sujet dans de nombreux ouvrages techniques. Les réductions de densité varient fortement selon l'agent moussant et la quantité utilisée. Généralement, par mousse , on entend désigner une matière dont la densité a 35 été réduite à moins de 20 % de sa valeur initiale (sans agents moussants), voire à moins de 10 % de celle-ci et même, à moins de 5 % de celle-ci, pour des 2909029 5 conditions de pression et température identiques. De préférence, la matière expansée est une matière plastique. Dans une variante, l'invention concerne également une structure ayant une âme cellulaire comprenant une structure en nid d'abeilles à base de PVC remplie 5 de mousse de PUR et deux plaques externes en PVC renforcé de fibres de verre longues. De manière tout particulièrement préférée, les deux plaques externes sont solidaires d'un nid d'abeilles en PVC rempli de mousse de PUR et sont séparées par une couche de mousse PUR exempte de nid d'abeilles. La structure en nid d'abeilles selon l'invention peut être obtenue de toute 10 manière connue. De préférence, elle est obtenue par extrusion et de manière tout particulièrement préférée, elle est obtenue pas le procédé objet de la demande copendante PCT/EP2006/065385 au nom de la demanderesse. Dans ce procédé : • on extrude en continu, dans une direction sensiblement horizontale, à travers 15 une filière comprenant une face avant munie d'une pluralité de fentes parallèles et d'un matériau isolant au moins en surface, des lamelles parallèles d'une composition à base d'au moins une matière plastique ; • dès la sortie de la filière, on soumet, en alternances successives et entre deux calibreurs dont la longueur est suffisamment faible pour que la composition 20 de matière plastique reste fondue, les espaces compris entre deux lamelles adjacentes à une injection de gaz comprimé et à une dépression, les deux côtés d'une même lamelle étant, pour l'un, soumis à l'action du gaz comprimé et, pour l'autre, à l'action de la dépression, et inversement lors de l'alternance suivante, afin de réaliser la déformation des lamelles et leur soudure deux à 25 deux avec formation, dans un plan sensiblement parallèle à la direction d'extrusion, d'une structure alvéolaire dont les alvéoles constitutives s'étendent perpendiculairement à la direction d'extrusion. Le nid d'abeilles et la ou les plaques en PVC renforcées peuvent être assemblées de toute manière connue : collage, soudure, ... Dans le cas où le nid 30 d'abeilles comprend de la mousse, celle-ci peut être générée in situ et servir également à solidariser la/les plaque(s) et le nid d'abeilles (comme décrit dans la demande WO 2006/045723 précitée). 2909029 6 Enfin, la présente invention concerne également l'utilisation de plaques obtenues par le procédé décrit ci avant et/ou de structures composites telles que décrites ci avant dans le bâtiment/en construction et en particulier, dans les murs, les plafonds, les planchers et les coffrages pour béton, applications pour 5 lesquelles la rigidité, la tenue au fluage et la résistance au choc sont importantes. Le fait de pouvoir diminuer les épaisseurs des parois pour une performance égale est également un atout. En particulier les structures composites sont intéressantes dans ces applications. REVENDICATIONS 1. - Procédé de fabrication de plaques composites à base de PVC et d'un réseau de fibres longues, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : û on disperse du PVC sous forme de poudre sur ledit réseau ; û on soumet l'ensemble à un champ électrostatique alternatif avec une durée et une intensité suffisante pour répartir la poudre dans le réseau ; û on chauffe l'ensemble sous pression jusqu'à ce que la poudre forme une matrice continue. 2. - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le PVC a un indice de viscosité en fondu ou nombre K (K,,, ou K-wert) inférieur ou égal à 68. 3. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la poudre de PVC est à base de particules ayant un diamètre moyen inférieur ou égal à 300 m. 4. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fibres longues sont des fibres de verre. 5. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fibres sont non tissées mais enchevêtrées. 6. - Structure composite ayant une âme alvéolaire et au moins une plaque à base de PVC renforcé de fibres longues obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 7. - Structure composite selon la revendication précédente, dans laquelle l'âme alvéolaire est prise en sandwich entre 2 plaques à base de PVC renforcé de fibres longues obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8. - Structure composite selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle l'âme alvéolaire comprend un nid d'abeilles en PVC. 9. - Structure selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le nid d'abeilles en PVC est rempli de mousse de PUR. 2909029 8 10. - Utilisation d'une plaque obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou d'une structure selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 dans le bâtiment/en construction et en particulier, dans les murs, les plafonds, les planchers et les coffrages pour béton.