Brevet FR2955800A1 — publié le 20110805

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention se rapporte à un matériau composite thermoformable et à une méthode de fabrication d'un tel matériau composite. Le matériau composite thermoformable trouve une application particulière et non exclusive dans l'industrie du conditionnement. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE De nombreuses industries, notamment celle du conditionnement par exemple le conditionnement de pièces fragiles nécessitent l'utilisation de contenants spécifiques. Le contenant peut notamment comporter un calage intérieur destiné à assurer la protection du contenu, par exemple par l'évitement des contacts ou des chocs entre une pluralité de pièces formant le contenu. Lorsque de telles pièces sont sensibles à la corrosion, par exemple des pièces contenant des métaux ferreux, une feuille ou une poche de protection additionnelle est rajoutée. Cette feuille ou une poche de protection évite, à tout le moins ralentit, la corrosion des pièces lors de la période de conditionnement. Le conditionnement de pièces sensibles à la corrosion telle que décrit ci-dessus présente plusieurs inconvénients puisqu'il comporte un premier élément assurant le calage mécanique et un second élément assurant la protection contre la corrosion. Ceci entraîne de nombreuses manipulations lors du conditionnement. Ceci rend également l'automatisation du conditionnement difficile. En outre, l'adjonction de feuille ou poche contre la corrosion au calage mécanique rend le conditionnement coûteux. EXPOSE DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un matériau composite thermoformable et une méthode de fabrication d'un tel matériau composite remédiant à au moins un des inconvénients de l'art antérieur. Selon un premier aspect, l'invention propose une méthode de fabrication d'un matériau composite comportant: - une étape de coextrusion générant une première feuille en matière plastique et une seconde feuille en matière plastique à une température propre à entraîner une fusion à une interface entre les deux feuilles en matière plastique, la seconde feuille en matière plastique étant chargée avec un additif inhibiteur de corrosion, et - une étape de calandrage et de laminage en continue des feuilles en matière plastique les unes sur les autres selon une pression et une température propre à définir une épaisseur du matériau composite. L'étape d'extrusion peut comporter en outre la coextrusion d'une troisième feuille en matière plastique chargée en additif inhibiteur de corrosion sur une seconde face de la première feuille en matière plastique selon une température propre à entraîner une fusion à une seconde interface entre la première feuille en matière plastique et la troisième feuille en matière plastique. La méthode de fabrication peut comporter en outre une étape de conditionnement du matériau composite comportant l'enroulage sur bobine ou le découpage en feuilles. La méthode de fabrication peut comporter en outre une étape de thermoformage du matériau composite. La première feuille en matière plastique peut être composée d'un plastique de la famille des styréniques ou un mélange d'un plastique de la famille des styréniques et d'un plastique de la famille des polyéthylènes. La seconde et la troisième feuilles en matière plastique peuvent être composées d'un plastique de la famille des polyéthylènes. La densité de la feuille en matière plastique peut être de l'ordre de 850 kg/m3 à 1150 kg/m3. L'additif inhibiteur de corrosion peut être un mélange d'une amide et d'un nitrite. Selon un autre aspect, l'invention propose un matériau composite thermoformable fabriqué par la méthode de fabrication selon l'invention, comportant une première couche en matière plastique et une seconde couche en matière plastique chargée par un additif inhibiteur de corrosion, superposée et liée l'une à l'autre par une zone d'interface résultant de la fusion des feuilles en matière plastique lors de l'étape de coextrusion. Selon encore un autre aspect, l'invention propose un matériau composite thermoformable fabriqué par la méthode de fabrication selon l'invention, comportant une première couche en matière plastique et deux secondes couches en matière plastique chargées par un additif inhibiteur de corrosion, chaque couche en matière plastique chargée par un additif inhibiteur de corrosion étant superposée et liée à chaque face de la première couche en matière plastique par des zones d'interface résultant de la fusion de la première feuille en matière plastique et des feuilles en matière plastique chargées par l'additif inhibiteur de corrosion lors de l'étape de coextrusion. L'invention permet donc une fabrication en continue et en ligne d'un matériau composite ayant à la fois des caractéristiques mécaniques de rigidité pour le calage et la protection contre la corrosion particulièrement avantageuse du point de vue économique. D'autres avantages ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre. DESCRIPTION DES FIGURES La présente invention est illustrée par des exemples non limitatifs sur les Figures jointes, dans lesquelles des références identiques indiquent des éléments similaires: La Figure 1 illustre schématiquement une méthode de fabrication d'un matériau composite thermoformable selon un premier mode et une variante de réalisation de l'invention, ainsi que la fabrication de divers éléments de conditionnement à partir du matériau composite obtenu; La Figure 2 représente une coupe dans un matériau composite thermoformable obtenu selon la méthode de fabrication de la Figure 1; La Figure 3 illustre schématiquement une méthode de fabrication d'un matériau 20 composite thermoformable selon un second mode et une variante de réalisation de l'invention; La Figure 4 représente une coupe dans un matériau composite thermoformable obtenu selon la méthode de fabrication de la Figure 3; et La Figure 5 représente un exemple d'utilisation d'un contenant en matériau 25 composite thermoformable. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La Figure 1 illustre schématiquement une méthode de fabrication d'un matériau composite thermoformable selon un premier mode et une variante de réalisation, 30 ainsi que la fabrication de divers éléments à partir du matériau composite obtenu. Lors d'une première série d'étapes S1-1 et S1-2, respectivement, des granulés 5 de matière plastique sont extrudés en continue pour former une première feuille 6 en matière plastique et des granulés 7 de matière plastique additionnés d'un additif 8 sont extrudés en continue pour former une seconde feuille 9 en matière plastique. Les étapes S1-1 et S1-2 réalise une coextrusion des deux feuilles 6, 9. Les étapes S1-1 et S1-2 peuvent être consécutives comme représenté à la Figure 1. Dans ce cas, chaque étape d'extrusion est réalisée au moyen d'une extrudeuse 20, respectivement 21, comportant un fourreau thermorégulé, une filière et un calibrateur (non représentés). Le fourreau thermorégulé malaxe et transporte les granulés vers la filière, et a pour fonction de générer une masse plastique homogène par l'effet de la chaleur et du cisaillement. La filière a pour fonction de donner à la masse plastique la forme désirée. Le calibrateur a pour fonction d'ajuster les dimensions des feuilles plastique 6, respectivement 9, ainsi générées. Les étapes S1-1 et S1-2 peuvent être simultanées (non représenté). Dans ce cas, les étapes d'extrusion sont réalisées au moyen d'une seule extrudeuse simultanément. Les extrudeuses 20 et 21 de la Figure 1 sont rassemblées en une seule unité. La température exercée lors de la coextrusion sur les feuilles en matière plastique 6 et 9 opère une fusion à l'interface 4 des deux feuilles (voir Figure 2). Ceci permet de rendre solidaire les feuilles 6 et 9 les unes aux autres assurant la cohésion du composite ainsi formé. Lors d'une deuxième étape S2, la première feuille en matière plastique 6 et la seconde feuille en matière plastique 9 sont calandrées en continue pour former le matériau composite 1. Généralement l'étape de calandrage consiste à appliquer la première feuille 6 sur la seconde feuille 9 puis en un laminage de l'ensemble entre des cylindres 22. Les cylindres peuvent être chauffants 22. Le calandrage permet de garantir l'obtention d'une épaisseur constante du matériau composite 1 généré. Le calandrage requiert un contrôle de la pression d'application P1 des cylindres sur les différentes feuilles, de la vitesse de défilement v des feuilles entre les cylindres, de la température Ti des cylindres, de l'épaisseur de la feuille de plastique, de l'épaisseur finale du matériau composite, et de la taille de la laize de matériau composite. La pression détermine l'épaisseur du matériau composite 1. Lors d'une troisième étape S3A, le matériau composite 1 ainsi formé après refroidissement est enroulé sur une bobine 23. L'enroulage sur bobine est particulièrement adapté pour des épaisseurs de matériau composite faibles. Selon une variante, lors de la troisième étape S3B, le matériau composite 1 ainsi formé après refroidissement est découpé en feuilles/plaques 24. Le découpage en feuilles est particulièrement adapté pour des épaisseurs de matériau composite importantes. Le matériau composite 1 ainsi obtenu tel que représenté en coupe à la Figure 2 est composé d'une première couche dans un premier matériaux plastique 2 et une seconde couche dans un second matériau plastique chargé d'additif 3, superposée et liée l'une à l'autre par une zone d'interface 4 résultant de la fusion lors des étapes de coextrusion et de calandrage. La première couche en matière plastique 2 peut être composée d'un plastique de la famille des styréniques, par exemple en polystyrène (recyclé ou non recyclé). La densité de cette couche peut être de l'ordre de 1050 kg/m3 à 1150 kg/m3. L'épaisseur de cette couche peut être de l'ordre de 0,5 mm à 2 mm lorsque le matériau est enroulé sous la forme d'une bobine, et de l'ordre de 2 mm à 8 mm lorsque le matériau est découpé sous la forme de feuilles/plaques. Alternativement, la première couche en matière plastique 2 peut être composée d'un mélange de plastique de la famille des styréniques et de la famille des polyéthylènes. La seconde couche en matière plastique 3 peut être composée d'un plastique de la famille des polyéthylènes. La densité de cette couche peut être de l'ordre de 850 kg/m3 à 950 kg/m3. L'épaisseur de la seconde couche peut être de l'ordre de 5 à 10% de celle de la première couche. Avantageusement, l'additif 8 chargeant la seconde couche en matière plastique 3 est un inhibiteur de corrosion. A titre d'exemple, l'additif peut être un mélange d'une amide et d'un nitrite. Le nitrite peut être choisi dans le groupe de nitrite constitué par les nitrites de sodium, de potassium, de lithium, de calcium, de baryum, de magnésium, d'aluminium, d'ammonium, de morpholine, de triméthylamine, de tricyclohexylamine, de tribenzylamine, de diisopropyl ammonium, de diméthylamino éthanol, de diisobutyle, de 2,2-diméthyl-5,5-diéthyl-6-propyl-tétrahydro-&,4-oxazine, de 2,3-diméthyl-tétrahydro-1,4-oxazine, de 2-méthyl-tétrahydro-1,3-oxazine, de 5-npropyltétrahydro-1,3-oxazine, de triéthylammonium, etc.... L'amide peut être choisie dans le groupe d'amide constitué par la propionamide, l'allylurée, l'acétamide, le carbamate de propyle, la butyramide, la diméthylurée, la guanidine, la stéaramide, la N-butylurée, etc.... L'additif peut également être un inhibiteur de corrosion en phase vapeur tel qu'un molybdate, par exemple un molybdate d'ammonium. L'additif peut encore être un mélange d'inhibiteur de corrosion, comme par exemple un mélange de benzoate cyclohexylammonium, de nitrite sodium, de benzotriazole, et du sebacate de sodium. Bien évidemment, tout autre additif ayant la propriété d'inhiber la corrosion pourrait convenir dans la mesure où il est compatible avec l'étape d'extrusion. L'additif peut être ajouté dans une proportion de 1 à 20% de la masse de granulés 7 de matière plastique en fonction du niveau de protection contre la corrosion souhaité. Lors d'une quatrième étape S4, le matériau composite 1 est thermoformé pour 10 réaliser des pièces de diverses formes 25, par exemple des contenants, des éléments de calage, des plateaux, des parois, etc... D'une manière analogue au calandrage, le thermoformage est une transformation requérant un contrôle de la pression d'application P2 de l'outil sur le matériau composite et de la température T2 de thermoformage. 15 Avantageusement, afin d'éviter des déformations non désirées du matériau composite lors des opérations de thermoformage, les outillages de thermoformage (par exemple les moules, les presses, etc...) sont préalablement chauffés à une température proche de la température de déformation élastique du matériau plastique pour le composite en plaque. De manière générale, des outils et techniques 20 de thermoformage identique à celle utilisée pour du plastique de la famille des styréniques peuvent être employés pour thermoformer les matériaux composites obtenus avec l'invention. La Figure 3 illustre schématiquement une méthode de fabrication d'un matériau 25 composite thermoformable selon un second mode et une variante de réalisation de l'invention. Principalement, la méthode de fabrication selon le second mode et sa variante diffère de celle relative au premier mode et sa variante en ce qui concerne la première série d'étapes S1. Lors de la première série d'étapes S1-1, S1-2 et S1-3, respectivement, des granulés 30 5 de matière plastique sont extrudés en continue pour former une première feuille 6 en matière plastique et des granulés 7 de matière plastique additionnés d'un additif 8 sont extrudés en continue pour former une deuxième feuille 9 et une troisième feuille 10 en matière plastique. La deuxième feuille 9 et la troisième feuille 10 sont disposées sur chacune des deux faces de la première feuille 6, respectivement. Les 35 étapes S1-1, S1-2 et S1-3 réalisent une coextrusion des trois feuilles 6, 9, 10. Les étapes S1-1, S1-2 et S1-3 peuvent être consécutives comme représenté à la Figure 3. Dans ce cas, chaque étape d'extrusion est réalisée au moyen d'une extrudeuse 20, respectivement 21A, respectivement 21B, comportant un fourreau thermorégulé, une filière et un calibrateur (non représentés). Le fourreau thermorégulé malaxe et transporte les granulés vers la filière, et a pour fonction de générer une masse plastique homogène par l'effet de la chaleur et du cisaillement. La filière a pour fonction de donner à la masse plastique la forme désirée. Le calibrateur a pour fonction d'ajuster les dimensions des feuilles plastiques 6, respectivement 9, respectivement 10, ainsi générées. Les étapes S1-1, S1-2 et S1-3 peuvent être simultanées (non représenté). Dans ce cas, les étapes d'extrusion sont réalisées au moyen d'une seule extrudeuse simultanément. Les extrudeuses 20, 21A et 21B de la Figure 3 sont rassemblées en une seule unité. Le matériau composite 1 ainsi obtenu tel que représenté en coupe à la Figure 4 est composé d'une première couche formant une âme en matière plastique 2 et deux secondes couches extérieures en matière plastique chargées en additif inhibiteur de corrosion, l'une 3A sur une première face et l'autre 3B sur une seconde face de l'âme. Chaque couche en matière plastique chargée en additif inhibiteur de corrosion 3A et 3B est superposée et liée respectivement à la première couche en matière plastique 2 par des zones d'interface 4A et 4B résultant de la fusion lors de l'étape de coextrusion. La couche en matière plastique 2 et les couches en matière plastique chargées en additif inhibiteur de corrosion 3A et 3B ont des caractéristiques identiques à celles indiquées pour le premier mode de réalisation. Ce matériau composite à double face est particulièrement intéressant pour réaliser des parois ou des éléments de calage permettant de protéger deux pièces fragiles disposées en vis-à-vis tout en profitant de la rigidité conféré par l'âme. La Figure 5 illustre un exemple d'utilisation dans lequel un contenant 25 en matériau composite thermoformable a une forme complexe définissant plusieurs espaces dans lesquels ont été conditionnées des pièces mécaniques 26. Ce contenant 25 présente de bonnes caractéristiques mécaniques de rigidité et de résistance permettant de caler et d'éviter les contact entre les pièces mécaniques 26, tout en les protégeant de manière optimale de la corrosion en raison de l'action de l'inhibiteur de corrosion se trouvant dans le matériau composite du contenant 25. Ceci permet donc en une seule manipulation tout en réduisant le nombre d'éléments de conditionnement de caler et protéger des pièces. Il ressort donc clairement les avantages suivants de la méthode de fabrication du matériau composite thermoformable selon l'invention décrite ci-dessus: • le matériau composite obtenu présente deux faces permettant de réaliser à la fois la fonction de rigidité et de protection contre la corrosion; • le matériau composite obtenu est directement recyclable à la manière d'un mono- matériau; • un gain en temps et en coût de fabrication par la transformation en ligne d'une manière sensiblement continue de la matière première jusqu'au matériau composite voir de l'élément en matériau composite fini; • une diminution significative des emballages comparativement aux méthodes de l'art antérieur; et • un gain de temps et du nombre d'éléments de conditionnement à gérer pour l'opérateur lors des opérations de conditionnement. Les Figures et leurs descriptions faites ci-dessus illustrent l'invention plutôt qu'elles ne la limitent. En particulier, l'invention vient d'être décrite en relation avec un exemple particulier d'application de contenants relatifs à des applications de conditionnements. Néanmoins, il est évident pour un homme du métier que l'invention peut être étendue à d'autres applications, de manière générale à toutes applications nécessitant des pièces thermoformables ayant à la fois des caractéristiques mécaniques de rigidité et de protection contre la corrosion et utilisées dans tous types d'industries: automobile, aéronautique, horlogerie, etc... REVENDICATIONS1. Une méthode de fabrication d'un matériau composite (1) caractérisée en ce qu'elle comporte: - une étape de coextrusion (S1-1, S1-2) générant une première feuille en matière plastique (6) et une seconde feuille en matière plastique (9) à une température propre à entraîner une fusion à une interface (4) entre les deux feuilles en matière plastique (6, 9), la seconde feuille en matière plastique (9) étant chargée avec un additif inhibiteur de corrosion (8), et - une étape de calandrage et de laminage (S2) en continue des feuilles en matière plastique les unes sur les autres selon une pression et une température propre à définir une épaisseur du matériau composite (1). 2. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 1, dans laquelle l'étape d'extrusion (S1-1, S1-2) comporte en outre la coextrusion (S1-3) d'une troisième feuille en matière plastique (10) chargée en additif inhibiteur de corrosion (8) sur une seconde face de la première feuille en matière plastique (6) selon une température propre à entraîner une fusion à une seconde interface (4B) entre la première feuille en matière plastique (6) et la troisième feuille en matière plastique (10). 3. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 1 ou 2, comportant en outre une étape de conditionnement du matériau composite (1) comportant l'enroulage sur bobine (S3A) ou le découpage en feuilles (S3B). 4. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre une étape de thermoformage (S4) du matériau composite (1). 30 5. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la première feuille en matière plastique (6) est composée d'un plastique de la famille des styréniques ou d'un mélange d'un plastique de la famille des styréniques et de la famille des polyéthylènes. 925 6. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon l'une des revendications 2 à 5, dans laquelle la seconde (9) et la troisième (10) feuille en matière plastique est composée d'un plastique de la famille des polyéthylènes. 7. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle la densité de la feuille en matière plastique (6, 9, 10) est de l'ordre de 850 kg/m3 à 1150 kg/m3. 8. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes, dans laquelle l'additif inhibiteur de corrosion (8) est un mélange d'une amide et d'un nitrite. 9. Un matériau composite thermoformable fabriqué par la méthode de fabrication selon l'une des revendications 1 à 8, comportant une première couche en matière plastique 15 (2) et une seconde couche en matière plastique (3) chargée par un additif inhibiteur de corrosion (8), superposée et liée l'une à l'autre par une zone d'interface (4) résultant de la fusion des feuilles en matière plastique (6, 9) lors de l'étape de coextrusion. 10. Un matériau composite thermoformable fabriqué par la méthode de fabrication 20 selon l'une des revendications 2 à 8, comportant une première couche en matière plastique (2) et deux secondes couches en matière plastique (3A et 3B) chargées par un additif inhibiteur de corrosion (8), chaque couche en matière plastique (3A et 3B) chargée par un additif inhibiteur de corrosion (8) étant superposée et liée à chaque face de la première couche en matière plastique (2) par des zones d'interface (4A et 4B) 25 résultant de la fusion de la première feuille en matière plastique (6) et des feuilles en matière plastique (7A et 7B) chargées par l'additif inhibiteur de corrosion (8) lors de l'étape de coextrusion.