Brevet FR2950288A1 — publié le 20110325

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. Généralement, un contenant spécifique présente une face ayant une première caractéristique mécanique, par exemple rigide du côté extérieur et une autre face ayant une seconde caractéristique mécanique, par exemple souple du côté intérieur. La face rigide assure la protection du contenant contre les agressions extérieures, par exemple par la conservation de la forme du contenant lors des manipulations, ou par l'étanchéité du contenant aux fluides, etc... La face souple assure la protection du contenu contre les agressions extérieures, par exemple par l'isolation thermique, ou par l'isolation phonique, ou par l'absorption des chocs, ou par l'évitement des rayures par contact du contenu sur la face rigide intérieure, etc... Le contenant peut également comporter un calage intérieur présentant les mêmes caractéristiques mécaniques afin d'assurer la protection du contenu contre les agressions intérieures, par exemple par l'évitement du contact entre une pluralité d'élément formant le contenu. Il est connu de fabriquer de tel conditionnement en réalisant tout d'abord un premier élément de conditionnement ayant la première caractéristique mécanique (par exemple rigidité), puis de lui adjoindre un second élément de conditionnement ayant la seconde caractéristique mécanique (par exemple souplesse). Plus précisément, lors d'une première étape le premier élément de conditionnement est réalisé par thermoformage d'un matériau thermoplastique, lors d'une deuxième étape le second élément de conditionnement est réalisé par découpage ou usinage d'un matériau de type mousse selon une forme s'adaptant au premier élément, et lors d'une troisième étape de maintenir en position par exemple par collage le premier et le second élément de conditionnement afin de former le contenant définitif. La fabrication du matériau composite et du conditionnement telle que décrite ci-dessus présente plusieurs inconvénients puisqu'elle induit une perte de matière notamment en ce qui concerne la mousse et comporte des étapes rendant l'automatisation de la fabrication difficile, ce qui la rend couteuse. 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 10 matériau composite comportant: - une étape d'extrusion générant une feuille en matière plastique, et - une étape de calandrage et de laminage en continue comportant l'application d'une feuille de mousse sur une face de la feuille en matière plastique selon une pression et une température propre à entraîner une fusion à une interface entre la feuille en 15 matière plastique et la feuille de mousse. L'étape de calandrage et de laminage en continue peut comporter en outre l'application d'une seconde feuille de mousse sur une seconde face de la feuille en matière plastique selon une pression et une température propre à entraîner une fusion à une seconde interface entre la feuille en matière plastique et la seconde 20 feuille de mousse. La méthode de fabrication peut comporter en outre une étape de conditionnement du matériau composite comportant l'enroulage sur bobine lorsqu'une épaisseur de la feuille en matière plastique est de l'ordre de 0,5 mm à 2 mm ou le découpage en feuilles lorsqu'une épaisseur de la feuille en matière plastique est de l'ordre de 2 mm 25 à8mm La méthode de fabrication peut comporter en outre une étape de thermoformage du matériau composite. Avantageusement, la feuille en matière plastique est composée d'un plastique de la famille des styréniques. 30 Avantageusement, la densité de la feuille en matière plastique est de l'ordre de 950 kg/m3 à 1150 kg/m3. Avantageusement, la feuille en mousse est composée d'une mousse polyéthylène. Avantageusement, la densité de la feuille en mousse est de l'ordre de 30 kg/m3 à 40 kg/m3. Avantageusement, l'épaisseur de la feuille en mousse est de l'ordre de 2 mm à 6 mm. 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 mousse, superposée et liée l'une à l'autre par une zone d'interface résultant de la fusion de la feuille en matière plastique et de la feuille de mousse lors de l'étape de calandrage. 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 mousse, chaque couche en mousse étant superposée et liée à chaque face de la couche en plastique par une zone d'interface résultant de la fusion de la feuille en matière plastique et des feuilles de mousse lors de l'étape de calandrage. L'invention permet donc une fabrication en continue et en ligne d'un matériau composite ayant à la fois des caractéristiques mécaniques de rigidité et de souplesse 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 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 composite thermoformable selon un second mode et une variante de réalisation de l'invention, ainsi que la fabrication de divers éléments à partir du matériau composite obtenu; et La Figure 4 représente une coupe dans un matériau composite thermoformable obtenu selon la méthode de fabrication de la Figure 3. 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, ainsi que la fabrication de divers éléments à partir du matériau composite obtenu. Lors d'une première étape S1, des granulés 5 de matière plastique sont extrudés en continue pour former une feuille 6 en matière plastique. Généralement, l'étape d'extrusion est réalisée au moyen d'une extrudeuse 20 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 de la feuille plastique 6 ainsi générée. Lors d'une deuxième étape S2, la feuille en matière plastique 6 et une feuille de mousse 7 sont calandrées en continue pour former le matériau composite 1. Généralement l'étape de calandrage consiste à appliquer la feuille de mousse 7 sur la feuille 6 en matière plastique puis en un laminage de l'ensemble entre des cylindres chauffants 22. La pression et la température exercées par les cylindres sur les feuilles en matière plastique 6 et de mousse 7 opèrent une fusion à l'interface 4 des deux feuilles (voir Figure 2). Ceci permet de rendre solidaire la feuille 6 en matière plastique à la feuille de mousse 7. La feuille de mousse 7 peut être dévidée d'une bobine 21. Le calandrage permet en outre 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. Avantageusement, une bonne fusion est obtenue pour une température de 140°C. Alternativement, il est possible de rajouter une colle à l'interface des deux feuilles. 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 en matière plastique 2 et une seconde couche en mousse 3, superposée et liée l'une à l'autre par une zone d'interface 4 résultant de la fusion lors de l'étape de calandrage. La 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 950 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. La couche en mousse 3 peut être composée d'une mousse polyéthylène, par exemple un polyéthylène réticulé moussé mécaniquement. La densité de cette couche peut être de l'ordre de 30 kg/m3 à 40 kg/m3. L'épaisseur de cette couche peut être de l'ordre de 2 mm à 6 mm quelque soit le mode de réalisation/variante. Lors d'une quatrième étape S4, le matériau composite 1 est thermoformé pour réaliser des pièces de diverses formes 25, par exemple des contenants, des éléments de calage, des plateaux, des parois, etc... En raison de la liaison existant entre les différentes couches du matériau composite résultant de l'étape de calandrage, la technique du thermoformage permet de transformer le matériau composite bien que celui-ci soit constitué de matériaux inhomogènes, c'est-à-dire de matériaux dont les densités et les caractéristiques mécaniques sont relativement différentes. D'une manière analogue au calandrage, le thermoformage est une transformation requérant un contrôle la pression d'application P2 de l'outil sur le matériau composite et de la température T2 de thermoformage. La couche de mousse réagit rapidement et localement à toute modification de température en raison de sa densité faible. 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. 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 formées de deux matières différentes en termes de densité et donc de caractéristiques mécaniques permettant de réaliser des fonctions distinctes (rigidité vs souplesse); • 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; et • une réduction significative des pertes de matière comparativement aux méthodes de l'art antérieur. La Figure 3 illustre schématiquement une méthode de fabrication d'un matériau composite thermoformable selon un second mode et une variante de réalisation de l'invention, ainsi que la fabrication de divers éléments à partir du matériau composite obtenu. 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 deuxième étape S2. Lors de la deuxième étape S2, la feuille 6 en matière plastique et deux feuilles de mousse 7A et 7B sont calandrées en continue pour former le matériau composite 1. L'étape de calandrage consiste à appliquer une feuille de mousse 7A et 7B sur chacune des deux faces de la feuille 6 en matière plastique puis en un laminage de l'ensemble entre les cylindres chauffants 22. Préférentiellement, l'application des deux feuilles de mousse est réalisée simultanément. La pression P1 et la température Ti exercées par les cylindres sur les feuilles en matière plastique 6 et de mousse 7A et 7B opèrent une fusion aux interfaces 4A et 4B des deux feuilles (voir Figure 4). Ceci permet de rendre solidaire la feuille en matière plastique 6 aux feuilles de mousse 7A et 7B. Chacune des feuilles de mousse 7A et 7B peut être respectivement dévidée d'une bobine 21A et 21 B. De la même manière, selon une alternative, il est possible de rajouter une colle aux interfaces entre la feuille plastique et les feuilles de mousse. 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 mousse, l'une 3A sur une première face et l'autre 3B sur une seconde face de l'âme. Chaque couche en mousse 3A et 3B est superposée et liée respectivement à la première couche en matière plastique 2 par une zone d'interface 4A et 4B résultant de la fusion lors de l'étape de calandrage. La couche en matière plastique 2 et les couches en mousse 3A et 3B ont des caractéristiques identiques à celles indiquées pour le premier mode de réalisation. Ce matériau composite à double face en mousse 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. 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 ayant à la fois des caractéristiques mécaniques de rigidité et de souplesse assez différentes et utilisées dans d'autres types d'industries. A titre d'exemple, le matériau composite thermoformé selon l'invention pourrait s'appliquer également à des plateaux de manutention pour des pièces fragiles aux chocs et/ ou aux rayures (par exemple des pièces peintes, ou des pièces d'optiques, etc...), des plateaux de présentation cosmétique, des parois pour l'isolation phonique et/ou thermique pour le bâtiment, des contenants utilisables dans le domaine médical ou de la santé, etc... Les signes de références dans les revendications n'ont aucun caractère limitatif. Les 35 verbes "comprendre" et "comporter" n'excluent pas la présence d'autres éléments que ceux listés dans les revendications. Le mot "un" précédant un élément n'exclue pas la présence d'une pluralité de tels éléments. REVENDICATIONS1. Une méthode de fabrication d'un matériau composite (1) comportant une étape d'extrusion (Si) générant une feuille en matière plastique (6), et caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une étape de calandrage et de laminage (S2) en continue comportant l'application d'une feuille de mousse (7, 7A) sur une face de la feuille en matière plastique (6) selon une pression et une température propre à entraîner une fusion à une interface (4) entre la feuille en matière plastique (6) et la feuille de mousse (7). 2. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 1, dans laquelle l'étape de calandrage et de laminage (S2) en continue comporte en outre l'application d'une seconde feuille de mousse (7B) sur une seconde face de la feuille en matière plastique (6) selon une pression et une température propre à entraîner une fusion à une seconde interface (4B) entre la feuille en matière plastique (6) et la seconde feuille de mousse (7B). 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) lorsqu'une épaisseur de la feuille en matière plastique (6) est de l'ordre de 0,5 mm à 2 mm ou le découpage en feuilles (S3B) lorsqu'une épaisseur de la feuille en matière plastique (6) est de l'ordre de 2 mm à 8 mm. 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). 5. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon l'une quelconque des 30 revendications précédentes, dans laquelle la feuille en matière plastique (6) est composée d'un plastique de la famille des styréniques. 6. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 5, dans laquelle la densité de la feuille en matière plastique (6) est de l'ordre de 950 kg/m3 à 35 1150 kg/m3. 9 7. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la feuille en mousse (7) est composée d'une mousse polyéthylène. 8. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 7, dans laquelle la densité de la feuille en mousse (7) est de l'ordre de 30 kg/m3 à 40 kg/m3. 9. La méthode de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 8, dans 10 laquelle l'épaisseur de la feuille en mousse (7) est de l'ordre de 2 mm à 6 mm. 10. Un matériau composite thermoformable fabriqué par la méthode de fabrication selon l'une des revendications 1 à 9, comportant une première couche en matière plastique (2) et une seconde couche en mousse (3), superposée et liée l'une à l'autre 15 par une zone d'interface (4) résultant de la fusion de la feuille en matière plastique (6) et de la feuille de mousse (7) lors de l'étape de calandrage. 11. Un matériau composite thermoformable fabriqué par la méthode de fabrication selon l'une des revendications 1 à 9, comportant une première couche en matière 20 plastique (2) et deux secondes couches en mousse (3A et 3B), chaque couche en mousse (3A et 3B) étant superposée et liée à chaque face de la couche en plastique (2) par une zone d'interface (4A et 4B) résultant de la fusion de la feuille en matière plastique (6) et des feuilles de mousse (7A et 7B) lors de l'étape de calandrage. 25